官地水电站左岸缆机平台边坡开挖及支护措施研究

王达会，彭文明，张连明

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 工程概况

官地水电站是雅砻江卡拉至江口河段水电规划五级开发方式的第三个梯级电站。工程枢纽区位于四川省凉山彝族自治州西昌市与盐源县交界处的打罗村境内。电站主要任务是发电，水库正常蓄水位高程1 330 m，水库回水长58 km，总库容为7.6亿m3，装机容量2 400 MW。大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程1 334 m，坝顶长516 m，最大坝高168 m。

左岸缆机平台边坡(高程1 523～1 334 m)与下部坝肩槽边坡(高程1 334～1 220 m)共同形成左岸坝肩边坡，边坡总高度达300多m，为官地水电站最大的开挖边坡。

2 工程地质条件

官地工程枢纽区属高山峡谷地形，河谷呈基本对称的“V”型，临江坡高大于700 m。谷坡较陡峻，左岸1 334 m高程以上地形坡度为40°～50°，局部段达50°～55°，边坡岩体岩性为角砾集块熔岩，表层岩体多为强风化、强卸荷，岩体完整性较差，多为碎裂结构，节理裂隙发育。边坡1 490 m高程以上以覆盖层边坡为主，边坡表层为崩坡积块碎石土夹孤石，下层土为块碎砾石土。开挖过程中，在基覆界线部位揭露倾向下游坡外、厚10～20 cm、遇水软化的含砾粘土层，边坡下游侧开口线外分布覆盖层滑坡体，高程范围约为1 650～1 440 m，滑坡体组成物质由上至下分别为崩坡积堆积的大孤石、含孤石块碎石土及坡残积碎砾石土等。边坡部分地段陡崖分布，下游开挖线附近高程1 380～1 460 m范围内发育两处陡崖，陡崖卸荷强烈，卸荷裂隙宽度较大，部分地段卸荷裂隙宽度可达数十厘米，岩体松散，部分基岩已被切割成独立的岩块。

图1 边坡弧形开挖调整优化平面图

3 边坡开挖设计

综合分析左岸开挖边坡地质条件、岩体及结构面力学特性等，对边坡高程1 490 m以上覆盖层开挖坡比采用1∶1，下部的岩质边坡开挖坡比采用1∶0.5。根据坝肩边坡整体开挖方式，左岸缆机平台边坡由倾向山里和下游侧两个开挖面组成，开挖平面总体呈“7”字型。由于高程1 406 m缆机机房平台尺寸较大，平面尺寸为28 m×40 m(垂直河向×顺河向)，按照常规开挖设计，边坡开挖开口线高程约为1 550 m，且严重影响边坡高程1 490 m以上的覆盖层滑坡体和块石堆的稳定。为减小开挖高度，避免影响边坡开口线上方的块石堆，对“7”字型开挖边坡拐角处采用67°弧形开挖方式进行优化设计(图1)，边坡开挖高度减少约30 m，减少开挖量约1.5万m3。

4 边坡覆盖层滑坡体稳定性分析

根据揭露的地质条件，边坡高程1 490 m以上及下游侧分布有较大的覆盖层滑坡体。滑坡体基覆分界线处滑带厚度为10～20 cm，充填遇水软化的含砾粘土层，呈可塑～硬塑状态，对滑坡体边坡稳定极为不利。采用岩质边坡稳定计算方法[1]、[2](使用陈祖煜 EMU 软件)对滑坡体典型地质剖面进行稳定计算，计算参数见表1。计算工况为天然、暴雨和地震工况。该边坡属于泄洪消能区，边坡级别为2级，抗震设防为丙级，地震峰值加速度采用0.172 g。

计算结果表明:最大开挖剖面沿滑带滑移地震工况安全系数较低，需采用6排1 000 kN锚索和7排1 500 kN锚索联合支护，才能满足规范稳定要求(图2);而边坡下游侧滑坡体覆盖层更深、沿高程方向跨度更大，需采用13排1 000 kN锚索和7排1 500 kN锚索联合支护，才能满足规范要求(图3)。计算成果见表2。

图2 最大开挖剖面沿滑带滑移通道计算示意图

表1 滑坡体计算参数

5 边坡支护处理措施研究

5.1 边坡支护的整体思路

图3 下游侧滑坡体剖面沿滑带滑移通道计算示意图

设置锚杆、锚杆束以及挂网(φ8@20 cm)喷15 cm厚C20混凝土护面，进行浅表支护，预应力锚索及锚索梁深层支护设置φ 10 cm塑料盲沟排水管(L=5 m，间、排距为3 m)、对坡面周边排水沟进行防渗排水处理，在开口线周围布置柔性被动防护网以保证施工安全等。

浅层支护采用普通水泥砂浆锚杆(φ32、L=9 m 或 φ25、L=4 m)和锚杆束(3φ25、L=12 m)交错布置，间、排距2.5 m;深层支护岩质边坡 采 用2 200 kN预应力锚索，覆盖层边坡采用1 500 kN和1 000 kN预应力锚索，间、排距均为5 m，锚索长度为30～75 m，共采用锚索527束。边坡锚索区布置框格梁，框格梁截面尺寸岩质边坡为60 cm×60 cm(宽×高)，覆盖层边坡为80 cm×60 cm(宽 ×高)。

5.2 局部支护处理

(1)陡崖支护。

缆机平台高程1 389 m开口线下游侧为一陡崖，宽度约20 m，高度约30 m，岩体以弱风化为主，强卸荷。陡崖下方为碎砾石土，厚度较小。据附近开挖出的边坡物质可知，该范围碎石土覆盖层厚度一般为2～5 m，红褐色，松散～稍密状，据揭示情况估计，块碎石含量一般为50% ～60%左右。根据开挖资料可以确定基岩下部发育不利结构面，一旦扰动其下部覆盖层，则可能破坏其平衡，进而影响陡崖上方覆盖层边坡的稳定。

结合现场情况，对该陡崖及其周边范围边坡采取的局部加强支护措施如下:

①为避免扰动陡崖下部发育的不利结构面，该处开挖按不扰动陡崖的原则往边坡内调整开口线。陡崖附近边坡开挖完应及时支护，待完成陡崖加强支护措施后才能对其下方边坡进行开挖。

表2 滑坡体稳定计算成果表

②对陡崖进行加固，在其下部布置3排2 200 kN预应力锚索，每排3束，间、排距5 m，以穿过陡崖并满足锚固长度为原则设定锚索长度。在陡崖上方孤石位置布置2束1 000 kN预应力锚索，长70 m。

③对于陡崖上游侧局部悬空的孤石，在其下部回填混凝土形成混凝土基础，混凝土基础与基岩之间布置φ25插筋，插筋采用梅花型布置，间、排距为1.5 m，长3 m，入岩2 m。

④在陡崖上方采用排水沟的形式将坡面雨水排向下游，对陡崖周边裂缝采用喷混凝土进行封闭，以防止边坡雨水下渗。

(2)块石堆边坡支护。

缆机平台边坡下游侧开口线外的山坡主要为孤石及块碎石土(高程1 425～1 495 m范围)，坡体结构松散，孤块石较多，容易产生滚石。该山坡位于坝肩下游侧低高程开挖边坡的上方，亦在消力池的上方。为保证大坝及消力池浇筑和运行期安全，对块石堆边坡采取的加强支护措施为:对块石堆边坡采用主动防护网进行坡面防护。布设主动防护网之前，对坡面进行清坡处理，清除坡面表层的松散孤块石，对凸出较多且基座埋深较浅的孤石应采用静态爆破方式进行削头或解爆等进行处理，解爆时应控制装药量，尽量减少对孤石基座和边坡整体的扰动。

5.3 观测成果浅析

(1)主要监测点的布置。

①变形监测:23个外观测点(包括后滑坡体5个变形观测点)，四点式位移计10套。

②渗流监测:17支渗压计。

③应力监测:锚索测力计43台，两点式锚杆应力计27套，测斜孔17个(包括后滑坡体3个测斜孔);另外，在该部位锚固洞(缆机固定端)内设计布置了钢筋计14支。

(2)施工期观测成果浅析。

①变形分析

针对边坡浅层变形监测，外部变形在观测初期(前半年)，X、Y、H三向位移不断增加，最大值分别为33 mm、23 mm、70 mm，但半年后变形趋于收敛，走势近直线。目前各测点位移量随时间增加较小，变形区域已收敛，基本稳定。多点位移计测点部位坡体位移变形深度主要集中在4 m至孔口段浅表层坡体，再往深层区域变化较小(图4)。测斜孔观测结果显示，观测部位岩体深部无明显滑移界面，整体稳定。

图4 典型多点位移计变形时程线图

②应力分析。

锚杆应力计测点部位坡体应力除局部一套应力还在继续增长外，其余的锚杆作为一种内部加强方式与岩体共同作用，受很小的拉、压应力，且均在正常范围内变化。锚索测力计测点部位坡体支护应力目前的受力是稳定的。钢筋计测点部位坡体最大拉(压)应力均未超过其一般正常范围，目前应力呈收敛之趋势，锚固端应力稳定。

③渗流渗压分析。

从渗压计的整体观测成果看，监测部位地下水位较低，基本没有测到地下水位。

6 结语

笔者根据官地水电站左岸缆机平台边坡地质条件，采用极限平衡边坡稳定分析方法进行边坡稳定性计算，掌握了边坡稳定情况。采用锚杆、锚杆束浅层支护和锚索深层支护对边坡进行系统支护处理后，边坡整体稳定。通过对边坡局部部位的陡崖和石堆采取适当的支护处理措施，避免了施工干扰造成的安全隐患。

根据边坡的特殊情况，采取弧形开挖设计，有效地避免了对边坡上方堆石滑坡体的影响并减少开挖量，对解决类似工程问题可提供参考。

[1]潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析[M].北京:水利出版社，1980.

[2]郑颖人，陈祖煜，等.边坡与滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社，2009.