长河坝水电站汤坝土料场应急监测研究

袁有仓，万永波

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都，610072)

长河坝水电站汤坝土料场应急监测研究

袁有仓，万永波

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都，610072)

长河坝水电站对汤坝料场边坡经过初期外部变形观测，变形范围增大后，及时布设测斜管，掌握滑动面；根据边坡开挖进展及治理的现状，扩大监测范围，增加测斜管；随着永久边坡形成，及时监测抗滑桩的稳定性并跟进永久性观测设施的安装等动态化观测阶段，达到了预期的目的。

长河坝水电站 汤坝土料场 边坡 变形观测 安全监测

1 概述

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，是大渡河流域水电梯级近期开发的大型水电工程之一，装机容量2600MW。坝址处控制流域面积56648km2，多年平均流量843m3/s。水库正常蓄水位1690m，总库容为10.75亿m3，具有季调节能力。大坝为砾石土心墙堆石坝，最大坝高240m，需要碎砾石土心墙防渗料压实方约为430万m3，汤坝土料场为先期填筑唯一土料场。

汤坝土料场后边坡覆盖层分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区，Ⅰ区土体主要为冰水堆积及坡残积堆积碎石土，Ⅱ区边坡土体以冰水堆积为主、后缘为冰积堆积，Ⅲ区覆盖层以冰水堆积碎砾石土为主。汤坝土料场距长河坝水电站大坝填筑现场约22km，料场砾石土料储备近868万m3，完全满足大坝430万m3的填筑用量；开采垂直高度500多m，料场开采规模大，形成的边坡支护难度大。

2013年9月，长河坝水电站大坝填筑开始，汤坝料场开采区后缘开口边坡形成，坡度最陡达1∶0.5，且各部位均未采取任何支护措施。开挖初期，为满足大坝高强度填筑用料的需求，开挖点分布较多，尤其边坡下部进行持续切脚取料。2014年2月下旬，料场Ⅱ、Ⅲ区在边坡开口线附近发现拉裂、下错变形且持续发展，大大超出了原料场规划开采范围，局部边坡土体由蠕滑变形达初滑阶段。

为及时掌握该边坡的变形情况，以指导采料安全、边坡开挖顺利进行，同时为设计合理、可行的加固支护措施提供理论依据，必须对边坡进行临时抢险安全监测。根据汤坝料场边坡紧急抢险监测实际需要，采用极坐标法进行观测。监测系统由基准网点和边坡测点构成，其中基准网点由4点构成大地四边形，点位及建造标准考虑永久监测需要，而测点采用经简易加工的棱镜，并在适当位置安装测斜管，监测边坡深层滑移状态。

2 监测点布置

2014年3月底开始实施监测，首期外部观测布点主要分布于Ⅱ、Ⅲ区，点位分布于变形区域相关部位裂缝前后，并在Ⅱ区形成3个监测剖面，在Ⅲ区形成2个监测剖面。点位覆盖整个边坡滑移范围，其中TP08、TP09两点位于Ⅱ区下部剪出口。为了能够直观地反映边坡的位移量，该部位监测采用汤坝土料场独立坐标系。在Ⅱ、Ⅲ区地质勘察孔内分别安装了两套测斜管，以掌握边坡深层滑动状态。主要点位分布见图1。

图1 汤坝料场首次布点主要点位分布

3 观测分析

3.1 首期变形分析

首期观测于2014年3月25日开始，截止11月5日部分典型测点累计位移量统计见表1。由表1中数据可知，Ⅱ区测点TP42(高程2342m)向临空面累计位移量最大为3360.5mm；Ⅲ区测点TP07(高程 2213m)向临空面累计位移量达971.6mm；Ⅱ区测点TP49(高程2408.9m)向临空面累计位移量为38.6mm。

表1 汤坝土料场首期监测成果(2014年11月5日)

由外部观测成果绘制的测点典型位移过程线见图2、图3、图4。

图2 汤坝料场Ⅲ区典型测点TP07位移过程线

图3 汤坝料场Ⅱ区典型测点TP08位移过程线

图4 汤坝料场Ⅱ区典型测点TP42位移过程线

监测成果表明:

(1)Ⅱ区剪出口(TP08，高程2210m)2014年4月19号左右变形速度逐渐减小，表明本阶段实施Ⅱ区上部削坡减载效果明显，变形速率明显降低；之后，受降雨、施工开挖等因素影响，位移量呈持续缓慢增长；

(2)Ⅱ区高程2330m～2375m范围内变形最大。由典型测点TP42(高程2342m)过程线可知，该测点共有4次明显加速变形，分别是2014年7月1日、7月16日、8月25日、10月30日。造成加速的原因，主要是汛期暴雨和大坝填筑料大规模开采(尤其是切脚开挖)。2014年10月30日后，变形加速发展，滑移范围进一步扩大；

(3)截止11月5日，Ⅱ区2405m高程钢管桩锁口平台以上部位累计变形量较小，TP49向临空面位移仅为38.6mm，相对稳定，表明该部位钢管桩锁口支护加固效果明显；

(4)尽管2014年9月17日前未在Ⅲ区进行开挖采料，但变形呈持续缓慢增长，之后因切脚开挖取料，变形明显加速。

由前期安装的测斜成果看(见表2)，Ⅱ区局部区域高程2342m～2405m边坡变形加速，并已形成明显滑移面，深度在孔深9m～11m处；Ⅲ区高程2260.96m处测斜孔资料显示，该部位也已形成明显滑移面，深度在孔深22m～24m处(其典型变形过程线见图5)。两部位均系深层滑动。

表2 汤坝土料场前期测斜孔安装详情

图5 汤坝料场III区典型测斜孔IN3变形过程线

综合外部变形监测及测斜孔成果来看，受汛期持续降雨和大规模的采料开挖影响，Ⅱ区、Ⅲ区变形在持续增长。Ⅱ区已减载坡段(2296m～2405m)减载后临时稳定，但受降雨影响，其浅表土体产生塌滑，沿基覆界线附近深层变形明显。随着下部取料切脚开采，变形将进一步增大；Ⅱ区2296m平台以下边坡变形也在持续增大，处在蠕滑变形阶段。Ⅱ区钢管桩施工平台(2405m高程)边坡整体相对稳定。

Ⅲ区2210m以上边坡变形在持续发展，总体处于临界失稳状态，随着下部土料切脚开采，边坡变形将会加速发展。

3.2 二期观测分析

根据前期应急监测成果反应的边坡运行状态，及时实施了开口线外截水沟施工、裂缝回填处理、削坡减载、开口线附近锁口等工程措施，有效控制了边坡变形，但边坡变形未见收敛。

尽管II区2340m～2375m高程范围内进行了削坡减载，但受切脚开挖影响变形加速发展，且范围进一步扩大。因此，边坡治理范围也相应增大至2520m高程以上。由此，结合边坡支护方案，对前期临时监测方案进行了重新规划，既考虑临时监测需要，也兼顾后期支护完成后边坡的永久观测。其方法主要采取外部变形观测和测斜管、锚索测力计等方式，外观测点布点范围扩大至Ⅱ、Ⅲ区最终开挖线以外，并在2520m高程平台抗滑桩顶部设点；同时在必要部位增加测斜观测，并随着锚索支护施工及时安装锚索测力计。

自从2015年4月中旬开始观测以来，Ⅱ区5－5剖面测点L20(高程2310m)向临空面累计位移量达8137.8mm，变形速率约为27mm/d。其中，主汛期因降雨影响变形量平均70mm/d左右。Ⅲ区2－2剖面测点L05(高程2266m)向临空面累计位移量达12145.8mm，变形速率约为35mm/d。其中，主汛期因降雨影响变形量平均70mm/d左右。典型测点监测成果见表3，变形过程曲线见图6、图7。

表3 汤坝土料场二期临时监测成果(2016年3月3日)

图6 汤坝料场Ⅱ区典型测点L20变形过程线

图7 汤坝料场Ⅲ区典型测点L05变形过程线

成果表明:

(1)Ⅱ区开口线以外测点变形量很小，该部位相对稳定；抗滑桩顶部测点几乎无变形，2520m高程抗滑桩相对稳定；安装于Ⅱ区2520m高程抗滑桩平台附近的5套测斜成果未见明显变化，抗滑桩平台相对稳定。经过提高开口线高度，并进行抗滑桩支护后，变形范围未扩大；

(2)Ⅱ区2200m～2300m高程范围内，汛期变形仍持续增大。其中，位于2232m高程的L13测点位移变化量约为40mm/d。2015年12月15日至2016年2月20日，切脚开挖期间，变形明显加速；

(3)Ⅲ区开口线以外测点变形较小，采用锚索和混凝土板或者框格梁锁口，有效控制了上部变形；

(4)Ⅲ区2200m～2300m高程范围内，在汛期变形持续增大，日均位移量在50mm左右。在下部切脚开挖的情况下，2015年12月15日至2016年2月20日，变形明显加速，与切脚开采存在高度正相关性。根据该变形范围内安装的5套测斜成果看，该部位深层滑动，滑动面在30m左右深度(见表4)。

表4 汤坝料场Ⅲ区2200m～2300m高程测斜管监测成果特征值统计

针对以上监测结果，经设计研究，进一步对变形区域进行了减载，并适当放缓边坡坡比，同时尽快对开挖成型边坡进行框格梁、锚索等支护，截止2016年2月20日，Ⅱ区2200m～2300m高程和Ⅲ区2200m～2300m高程范围变形速率显著减小。

4 结语

在汤坝土料场监测过程中，根据边坡变形情况及时调整了观测范围，并分批次、分部位采用测斜手段掌握其深层变形机制。根据需要及时调整监测区域，增加观测手段，分时段、分部位重点关注，实现了从变形开始到永久边坡形成过程的动态化临时安全监测。通过监测成果分析，确认了切脚开挖、降雨、施工扰动、坡比等因素与变形的相关性及其影响程度，从而有力地指导了采料开挖和边坡治理的安全、顺利进行。实际证明，对于土体边坡而言，应合理规划开挖方案，采取合理的坡比等方式，预先处理好大坝填筑用料与边坡稳定的矛盾极为重要。

汤坝料场土体变形监测中应准确辨别土体局部变形与整体的关系，局部小范围垮塌难以有效监控。因此在仪器监测的同时，日常巡视检查尤其重要。另外，由于料场开采及卸载开挖影响，测点很容易破坏，从而造成监测数据不能连续。

本例中，通过初期采用外部变形观测，变形范围增大后，及时布设测斜管，掌握滑动面；根据边坡开挖进展及治理的现状，扩大监测范围，增加测斜管；随着永久边坡形成，及时对抗滑桩的稳定性进行监测并跟进永久性观测设施的安装等动态化观测阶段，达到了预期目的。

袁有仓(1974.11－)，男，高级工程师，工程硕士，从事水电工程测绘技术及管理工作。

万永波(1973.8－)，男，高级工程师，本科，从事水电工程监测技术及管理工作。

TU196.1

A

2095－1809(2016)05－0048－04