坪头水电站首部枢纽变形土体处理设计

赵 艳，胡云明

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)



坪头水电站首部枢纽变形土体处理设计

赵 艳，胡云明

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

本文主要介绍了坪头水电站首部枢纽区取水口上游侧古滑坡堆积变形土体的处理方案设计。在利用边坡稳定分析程序STAB软件对岸坡及变形土体进行稳定分析的基础上，根据枢纽区工程地质及水文地质特性，采取不同的工程处理方案并进行技术、经济分析。工程投入运行后经历了多年雨季等特殊工况的考验，至今变形土体未再新出现蠕滑变形现象，满足了工程长期安全运行的要求。

首部枢纽；古滑坡；变形体；处理

0 前 言

坪头水电站位于金沙江一级支流美姑河“一库五级”开发方案的最后一级。工程开发方式为闸坝引水式开发，闸首与上游在建的柳洪电站尾水相衔接，厂房尾水位于溪洛渡电站库区。电站装机容量180 MW，总库容62.09万m3。 主要由首部枢纽、引水系统、厂区枢纽三部分组成。拦河闸坝顶长约108 m。沿轴线从左至右分别为左岸挡水坝段、冲砂闸、三孔泄洪闸、右岸挡水坝段。闸顶高程为915 m，最大闸高36 m，右岸有上坝公路。

柳洪沟下游侧坡洪积变形土体(称古滑坡堆积体)位于闸址左岸取水口上游约30～40 m、1 043.00 m高程以上的一凹槽内(负地形)。该凹槽内基岩面上堆积的松散块碎石土上部为古滑坡堆积物，前缘部分为坡洪积物，坡面天然坡度35°～45°。在雨季沿凹槽沟心的坡洪积物出现浅表蠕滑变形现象，由于该变形土体位于进水口上方，高程相差约150 m，其失稳将对进水口形成一定的破坏，需要研究分析采取合理的工程处理措施。

1 古滑坡堆积体地质特征

1.1 基本地质特征

工程区在区域构造上处于四川西南部“川滇南北向构造带”与四川盆地“新华夏沉降带”的交接地带，主要受三条规模较大的南北向构造带所控制，即西部普雄河断裂带、中部美姑河断裂、东部刹水坝—马颈子断裂带。闸址区出露地层为寒武系上统(∈3e)二道水组，大致分布于970 m高程以下至谷底，其岩性为薄至中厚层状灰至深灰色白云质灰岩，泥砂质白云岩，灰质白云岩夹少量泥质灰岩。岩层产状：N20°～30°W/SW∠5°～12°，缓倾上游偏右岸，为斜向谷。

现场调查及勘探表明：在1 043.00 m高程以下为基岩陡壁，以上为覆盖层斜坡且发育有一凹槽，变形坡洪积土体就处于该凹槽内中心部位，分布高程为1 043.00～1 103.00 m(见图1)，顺河长30～45 m，横河宽90～100 m，估算方量约3 000 m3。天然条件下受降雨冲刷1 103.00 m高程以下土体已出现浅表蠕滑变形现象，浅表部分土体沿凹槽沟心向美姑河呈牵引式下滑。1 102.00～1 103.00 m高程可见多条拉裂缝，拉裂缝一般长3～5 m，宽5～10 cm，可见深度大于2 m多，裂缝两侧存在明显错台，其高度一般在数厘米间。后侧1 118.00～1 120.00 m的高程出现的拉裂缝一般长1～2 m，宽2～5 cm，可见深度大于0.5 m，但其上、下游侧均未见有拉裂缝等变形迹象。

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凹槽内除变形土体外，上部陡坡为古滑坡堆积的块碎石土，结构较紧密，其间夹较多的大块石、孤石，细粒土含量较高。1 116.43 m高程钻孔揭示，土体0～18.06 m为古滑坡体块碎砾石土，其中8.8～10.8 m为砾石粉砂土，18.06～39.94 m为奥陶系下统红石崖组灰绿色泥质粉砂、页岩。1 129.77 m高程钻孔揭示0～30.05 m为古滑坡体块碎砾石土，其中在18.2～22.4 m为砾石粉砂土，为奥陶系下统红石崖组灰绿色泥质粉砂、页岩。均未揭示到地下水。

天然状态下，降雨后在凹槽槽心可见细股状渗水从土体内渗出，在旱季土体较为干燥。古滑坡及变形土体见图1。

图1 古滑坡及变形土体

1.2 岩体物理力学特性

(1)天然状态下，不考虑地下水的作用，柳洪沟下游侧变形土体横Ⅱ典型剖面整体变形滑移模式稳定安全系数为1.02，大于1.0但略小于安全系数控制标准1.15，表明柳洪沟下游侧变形土体在天然状态下，不考虑地下水的作用时欠稳定，处于临界稳定状态；

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(2)加固设计方案布置。坡面截、排水同方案1。浆砌石重力式抗滑挡墙布置在变形土体中下部，基础嵌入基岩，墙顶高程1 066.30 m，顶宽2.0 m，底宽6.28 m，墙面坡度1∶0.50，墙背坡度1∶0.18，总长43.0 m。

左岸闸肩柳洪沟下游侧次级小滑坡土体(变形土体)物理力学性建议指标见表1。

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2 变形土体稳定分析

2.1 处理的必要性和安全标准

勘探揭示处于凹槽顶部的覆盖层厚18～30 m，其组成物为古滑坡块碎石土，结构较紧密，其间所夹的细粒土层厚2～4 m，视倾坡外，倾角约4°，土体内未见地下水。岩层层面倾坡外偏上游。

表1 左岸闸肩柳洪沟下游侧次级小滑坡土体物理力学性建议指标

从宏观地质条件分析：目前该凹槽1 103.00 m高程以上古滑坡堆积土体岸坡整体稳定，无变形迹象。钻孔揭示该土体内虽存在细粒土层，但其倾角仅有4°，从空间展布上分析，成为软弱滑带的可能性极小，基岩与覆盖层界面平缓，成为滑移面的可能也较小。因此，判断该凹槽1 103.00 m高程以上古滑坡堆积土体整体是基本稳定的。

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处于凹槽部位1 103.00 m高程以下的变形土体，还未形成完整的边界及滑动面，天然条件下整体稳定性较差。但由于其临空条件较好，后缘已出现数条拉裂缝，前缘产生牵引式的蠕滑破坏，估算已变形土体约3 000 m3，部分土体已下滑至沟槽内低高程部位，在暴雨工况下，有可能失稳。如其失稳，该土体与取水口相距仅40 m左右，高程相差约150 m，其土体将直接冲击进水口，且下冲势能巨大，对进水口形成巨大的威胁，影响电站的安全运行。因此，需对柳洪沟下游侧变形土体进行分析和工程处理。

根据水工建筑物边坡等级划分标准，柳洪沟下游侧变形土体为Ⅱ级边坡，在采用极限平衡方法稳定分析时，其设计安全系数不低于表2的规定。重力式挡墙稳定系数按建筑地基基础设计规范BG50007抗滑取1.3、抗倾1.6。

表2 边坡设计安全系数

(3)适量布置安全监测设施，了解和掌握柳洪沟下游侧变形土体的稳定性状。

柳洪沟下游侧变形土体地质平面见图2，典型滑移剖面见图3。根据变形土体地形、地质结构等基本特征，以及目前出现的蠕滑变形现象，柳洪沟下游侧变形土体失稳的主要可能模式为：变形土体沿基覆界线相对软弱土体滑移。对于横Ⅱ典型剖面，后缘面位于高程1 103.00 m，即变形土体地表出现变形位置，前缘剪出口位于高程1 060.00 m，土体主要沿基覆界线相对软弱土体变形滑移。

稳定分析:

3.3.4 方案比选

工况1：天然无水状态；

工况2：天然无水状态+地震(7度地震)；

公司2018-2020年股权激励计划解锁目标是9.59亿元、11.03亿元和12.68亿元，股权激励充分，目前公司PE14倍左右，接近历史最低值。

工况3：暴雨状态下土体饱水，饱水高度为1/4土体高；

工况4：暴雨状态下土体饱水，饱水高度为1/2土体高。

(2)参数。进行稳定性计算分析时，采用的柳洪沟下游侧变形土体岩土体物理力学强度参数见表3。

图2 变形土体地质平面 图3 变形土体典型剖面(横Ⅱ)

表3 柳洪沟下游侧变形土体岩土体物理力学强度参数

(3)分析成果。典型剖面分析成果见表4。

表4 柳洪沟下游侧变形土体抗滑稳定计算成果

2.3 稳定分析主要结论

3.3.4.1 方案比较

通过宏观稳定判断、稳定计算及敏感性分析，柳洪沟下游侧变形土体稳定分析主要结论为：

4) 母舰减速制动不影响其所拖曳的多分枝线列阵的线阵声学段的安全保障性能及工作稳定性，但若减速度过大或减速冲时过少，会导致阵列自身的摆动加剧从而使得分支阵列难以保持平衡，无法精确预报拖曳线列阵声纳的位置和构型姿态，出现阵型畸变后探测性能下降、甚至无法工作的状态。

(2)当考虑地震作用时，柳洪沟下游侧变形土体整体变形滑移模式安全系数为0.99，变形土体欠稳定；

(3)在暴雨条件下，变形土体开始饱和，出现渗流，安全系数降低。当饱和土体高度为1/4土体高时，安全系数为0.91，当饱和土体高度为1/2土体高时，安全系数为0.80，随饱和土体高度增加，安全系数降低，土体不稳定性增加；

(4)由于柳洪沟下游侧变形土体地形较陡，在考虑暴雨条件下变形土体存在渗流作用时，变形土体安全系数有大幅度的降低，表明渗流作用是影响边坡稳定的最主要因素。在变形土体加固设计中，应首先考虑截、防、排工程措施以降低地下水渗流对变形土体稳定的影响。

3 变形土体加固设计

3.1 设计原则

(1)设计方案安全可靠、经济合理；

智能制造不是简单的自动化，而是制造业借助信息技术和互联网，让机器、生产流程和产品变得智能化、人性化。智能制造战略不是工业自动化发展的必然产物，需要引导和支持工业自动化和信息通信技术深度有机融合；实施智能制造战略支撑因素的缺失，将延缓制造业向智能制造升级。

(2)加固措施施工方便，施工难度小；

2.2 失稳模式分析

3.2 技术路线

(1)加固方案须保证柳洪沟下游侧变形土体天然条件工况下抗滑稳定安全系数不低于1.15，在天然状态+地震(7度地震)工况下安全系数不低于1.05。根据在暴雨后对变形土体的实地调查发现，其变形土体的浸润深度不超过20 cm。为安全起见，将暴雨状态下土体饱水高度为1/4土体高度时安全系数不低于1.10确定为设计加固工况，基于柳洪沟下游侧变形土体的基本地质条件，天然条件下无降雨时柳洪沟下游侧变形土体坡面无地下水渗出，勘探没有揭示变形土体存在稳定地下水位，仅在长期降雨后坡面有一个出水点。另外，变形土体地形坡度较陡，土体较松散，土体自身具有比较好的排泄水能力，故将暴雨状态下土体饱水高度为1/4土体高度确定为设计加固工况。这一原则基本符合变形土体实际地质条件、区域的水文气象特性，满足治理工程安全性和经济性的要求。

(2)加固方案主要为保证柳洪沟下游侧变形土体不出现整体失稳而冲出冲沟，进而冲击进水口。

(3)加固工程措施具有可实施性，且经济合理，施工方便。

3.3 加固设计方案

3.3.1 方案1(坡面截排水+锚杆+混凝土框格梁方案)

3.3.1.1 方案论证

(1)根据稳定分析成果和工程经验判断，地下水对变形土体的稳定有较大影响。为了降低地下水对变形土体的影响程度，尽量提高边坡稳定性，保证暴雨状态下土体饱水高度为1/4土体高度设计加固工况的合理性，加固方案首先考虑地表截、排水措施，截水措施主要为变形土体周边设置截水沟，排水措施主要为坡体表面设置排水沟排水。

(2)保证变形土体在设计工况下的稳定性，布置锚杆+混凝土框格梁加固变形土体。

3.3.1.2 加固方案布置

(1)坡面截排水。根据《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T5353)规定，地表排水按20年一遇降雨强度进行设计。排水主沟布置在变形土体左侧天然冲沟部位，顺沟心纵向布置，主要作用是将冲沟范围内汇水尽快排走，防止冲沟汇水进入变形土体，减少进入变形土体地表汇水量。排水主沟采用梯形断面，底宽0.8 m，深0.5 m，材料采用M7.5浆砌石，表面2.0 cm厚砂浆抹面。由于冲沟纵向坡度较大，排水主沟在纵向布置为台阶状。

供给情况：国产钾方面，盐湖装置正常运作，日产1.4万吨，日发运200-300车，青海小厂开工率维持低位；青海盐湖库存略降，基准产品60%晶粉到站价维持2350元/吨，各地经销商到站参考报价维持2200元/吨。进口钾方面，到船量仍较少，港口钾库存180万吨，市场可售现货紧俏；贸易商看涨预期仍强，62%俄白钾主流报价维持2350元/吨。边贸钾方面，到货量较少，库存偏低，货源供应持续偏紧，62%俄白钾报价涨至2150元/吨。

截水沟布置在变形土体右侧天然浅沟部位，主要作用是防止变形土体右侧地表汇水进入变形土体，并在变形土体范围以外较高高程设置周边截水沟，以拦截变形土体上部坡面汇水，将汇水分别引向上、下游较远的部位。截水沟采用梯形断面，底宽0.5 m，深0.5 m，材料采用M7.5浆砌石，表面2 cm厚砂浆抹面。

(2)锚杆+混凝土框格梁。采用锚杆+钢筋混凝土框格梁对变形土体进行护坡，护坡范围为高程1 060.00～1 100.00 m，高40.0 m，宽73.0 m。锚杆采用Φ25 mm砂浆锚杆，布置在混凝土框格梁结点上，间排距2.0 m×2.0 m，深6.0～15.0 m，穿过变形土体，锚入岩体。混凝土框格梁采用C20钢筋混凝土结构，间排距2.0 m×2.0 m，断面尺寸0.4 m×0.3 m。

3.3.2 方案2(坡面截排水+浆砌石重力式抗滑挡墙方案)

(1)方案论证。地表截、排水措施同方案1，此基础上，为保证变形土体在设计工况下的稳定性，在变形土体中下部设置抗滑挡墙，保证变形土体稳定。抗滑挡墙布置在基岩上，其断面尺寸根据控制工况下变形土体剩余下滑力和墙后主动土压力设计，取两者中的大值。

变形土体的天然含水率4.2%，干密度为2.02 g/cm3，孔隙比为0.33。

(3)浆砌石重力式挡墙设计。挡土墙所承受的岩土压力，按滑坡推力和主动土压力分别计算，取大值。挡土墙墙后设100.0 cm厚的反滤排水层，排水层用5.0～40.0 mm的碎块石作填料。挡土墙上按2.0 m×2.0 m间距预留排水孔，墙趾处设置排水沟，疏排挡土墙后地下水及场区地表水，排水沟从坡顶中部以不小于0.5%～1%的纵坡倾向两侧。

谢瑞天有些慌张，用一种很复杂的眼神望着我。男人就是这样，喜欢在外面搞些小动作，却又担心家里搞出什么大动作。

挡土墙采用重力式挡土墙，断面尺寸及型式见图4。

重力式挡墙断面进行结构设计计算中，土体剩余下滑力为599.118 kN/m，与水平面夹角为16.09°，对于设计断面计算得到挡墙抗滑稳定安全系数为1.376，抗倾覆安全系数为1.60，满足稳定要求。

3.3.3 方案3(坡面截排水+锚索+混凝土框格梁方案)

3.3.3.1 方案论证

二语学术新手与国际专家作者的学科隐喻对比研究——以应用语言学研究论文语篇为例………………………………………………………………………………………… 周 惠 林正军（4.31）

方案3与方案1设计思路基本一致，即设置地表截、排水措施，并在变形土体布置钢筋混凝土框格梁及锚固措施，方案3锚固措施选用预应力锚索。

3.3.3.2 方案布置

(1)坡面截排水同方案1。

关于丽水市地质灾害综合治理工作的实践与思考（徐晖等） ........................................................................12-20

(2)锚索+混凝土框格梁。采用锚索混凝土框格梁对变形土体进行护坡，护坡范围为高程1 067.50～1 095.50 m，高28.0 m，宽73.0 m。预应力锚索采用750 kN级拉力分散型无粘结锚索，布置在混凝土框格梁结点上，间排距6.0 m×6.0 m，深15.0～18.0m，穿过变形土体，锚入岩体。混凝土框格梁采用C20钢筋混凝土结构，间排距3.0 m×3.0 m，断面尺寸0.4 m×0.6 m。

(1)分析方法和工况。平面刚体极限平衡采用spencer法，程序为中国水利水电科学研究院编制的边坡稳定分析程序STAB。计算分别考虑4种工况：

此外，两文献虽在地位上对等，但实际内容和文体风格都存在较大的差别，按本文分析结果，可以大致分属政府文件和备稿演讲两个类别，并不能因其相似的地位而混为一谈。作为《政府工作报告》英译本，其语体风格应与原文看齐一致。政治翻译必须紧扣原文，不得任意增删。［6］(P20)而我国《政府工作报告》本身就具有政府文件至高无上的严肃性和正式性，而接近于备稿演讲的《美国国情咨文》则需要有一定的演讲特质，这也反映了中美两国不同的政治文化。一味地强调通过翻译上的策略来拉近二者的语体风格，缩小差异，笔者认为这将使得译文脱离原文文本特征，从而丢失本应传达的严肃性和正式性，以及中国特色的政治文化色彩。

根据柳洪沟下游侧变形土体的加固设计目标、设计原则，在基本地质条件分析、刚体极限平衡稳定分析成果的基础上，考虑边坡加固措施作用和适用性，拟定的3个加固方案均能提高变形土体的稳定性，保证变形土体在暴雨状态下土体饱水高度为1/4土体高度的最不利设计加固工况下安全系数达到1.10的设计标准，满足设计目标的要求。

模型中存在a个0-1变量及b个其他类型决策变量，对此采用多参数重组染色体编码机制，运用二进制编码方法处理0-1变量，利用实数编码方法处理其他变量。

各方案加固后边坡稳定复核及工程投资见表5。

图4 重力式挡土墙结构示意

加固方案单宽加固力/kN·m-1工况1(天然无水状态)工况2(天然无水状态+7度地震)工况3(暴雨状态下土体饱水，饱水高度为1/4土体高)工程投资估算/万元19151．2751．1811．100407．7429151．2051．1271．100178．9939151．2751．1811．100314．67

(1)方案1:

a.加固思路主要是通过锚杆+混凝土框格梁支护，增大变形土体的抗滑力。锚杆锚入岩体，坡面通过钢筋混凝土框格梁连接，锚杆支护整体性强，两者联合作用，加固效果较好。

b.由于变形土体松散，锚杆施工成孔困难，成孔后灌浆困难，施工难度大，且施工质量不易控制。变形土体坡面较陡，钢筋混凝土框格梁施工难度也较大。

(2)方案2:

a.加固思路主要是通过浆砌石重力式挡墙对变形土体进行支挡，加固机理明确，加固效果明显可靠。

b.变形土体松散，天然坡较陡，挡墙施工临时边坡稳定性较差，存在一定的施工安全风险；挡墙采用浆砌石，施工质量不易保证，存在一定的工程新增安全风险。

(3)方案3：

a.加固思路主要是通过预应力锚索+混凝土框格梁支护，增大变形土体的抗滑力。锚索锚入岩体，坡面通过钢筋混凝土框格梁连接，锚固支护整体性强，两者联合作用，加固效果好。

b.由于变形土体松散，锚索施工成孔困难，成孔后灌浆困难，施工难度大，施工质量不易控制。变形土体坡面较陡，钢筋混凝土框格梁施工难度也较大。

3.3.4.2 方案推荐

根据柳洪沟下游侧变形土体基本地质条件分析、刚体极限平衡稳定分析成果，并考虑边坡加固措施作用和适用性，工程投资上方案1最大，方案3其次，方案2最小。方案1比方案2投资多228.75万元、比方案3投资多93.07万元，方案3比方案2投

表6 柳洪沟下游侧变形土体加固方案3工程量

资多135.68万元，虽然方案2投资最省，但方案2会造成新增的附加安全隐患，且料源运输及施工较困难，需新增运输设备及场内道路。方案3工程施工难度相对较小，可实施性较强，无需较大的附加工程量。综合考虑各设计方案的加固效果、可靠程度、施工难度及工程投资，将方案3作为设计加固推荐方案，主要工程量见表6。

柳洪沟下游侧变形土体加固处理方案见图5。

图5 变形土体加固处理典型剖面示意

4 结 语

柳洪沟下游侧变形土体加固处理施工于2009年完成，至今已有6年之久，变形土体采用锚索结合框格梁的方式进行加固处理后，其稳定性显著提高。经历了雨季(暴雨)等特殊工况的考验，均未再新出现沿凹槽沟心坡洪积物的浅表蠕滑变形现象，满足了进水口长期安全运行的要求。

[1] 四川省美姑河坪头水电站首部枢纽边坡稳定分析及加固设计专题报告[R].中国水电顾问集团成都院，2008.

[2] 四川省美姑河坪头水电站可行性研究报告5工程布置及建筑物[R].中国水电顾问集团成都院，2005.

2016-04-01

赵艳(1980-)，女，山东兰陵人，硕士，高级工程师，从事水工结构设计工作。

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1003-9805(2016)04-0015-05