西藏拉洛水利枢纽工程库区塌岸特征及治理方案

牛运华，杨 波

(长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010)

0 引 言

塌岸是河床演变过程中一种常见的灾害形式，河床上新建拦河坝以后，又会引起库岸再造，增加了塌岸发生的概率。在国内外水库运行过程中，积累了大量的观测资料和分析文献。研究认为，塌岸原因主要受水流、植被、风浪、河床形态、地质等因素的影响。钱宁等[1]对长江中下游河段的坍塌型崩岸和流滑型崩岸的特征和成因进行了分析，张幸农等[2]对长江安徽段崩岸治理实践进行了总结，王永[3]分析了三峡库区库岸再造机理，缪吉伦等[4]分析了水库塌岸因素。此外，还有一些研究人员从不同角度或工程实例对塌岸问题进行了研究[5-7]。虽然目前对库区塌岸问题已有较深的认识，但多聚焦在黄土类水库、平原型水库等，地质条件以覆盖层为主，对高原水库塌岸问题研究较少。西藏拉洛水利枢纽工程受地形条件限制，需在塌岸影响范围内布置进场道路。塌岸区以容易崩解的碎块石为主，因高原地区的特殊地质条件，加之水库运行初期的水位涨落变化，造成路基塌岸。本文通过分析塌岸原因，提出合理可行的治理方案，可为同类工程提供借鉴。

1 工程概况

拉洛水利枢纽工程位于西藏日喀则地区萨迦县境内雅鲁藏布江右岸一级支流夏布曲干流上，枢纽建筑物由沥青混凝土心墙砂砾石坝、泄洪发电隧洞(先期作为导流隧洞使用、运行期也作为水库放空洞)、溢洪道、拉洛水电站(主要利用生态放水和在小流量泄洪阶段发电)、过坝鱼道、灌溉引水(德罗水电站引水)隧洞、压力前池及前池溢流缺口、压力钢管和德罗电站(灌溉期发电，尾水接灌区总干渠)等组成。灌区由申格孜、扯休、曲美、聂日雄四大灌区组成。总计灌溉面积3.03万hm2，其中耕地1.42万hm2，草地1.10万hm2，林地0.51万hm2。

场内3号道路是拉洛水利枢纽右岸进场道路，起点位于坝区通往德罗厂区的勒朵村附近，沿线经过泄洪洞进口、右坝肩、泄洪洞出口、拉洛水电站等，终点为下游围堰右堰头，全长约7.7 km，路面宽6.5 m，路基宽7.5 m。3号道路是枢纽工程施工期间的物资、材料、设备和人员进场通道；进入运行期后，该道路主要承担枢纽区的运维通行功能。发生塌岸的部位为场内3号道路的路基临库边坡，距坝址直线距离为3.5～4.0 km。

2 塌岸过程

3号道路2015年开工，2017年完工通车。2019年9月30日水库开始第一阶段蓄水，2020年5月水位上升至4 276.74 m，此后水位基本维持不变。2020年6月23日水位继续上升。8月11日，水位上升至4 287.01 m，在位于水库右岸的3号道路发现两处塌岸变形，路基开始出现裂缝，临水侧局部崩塌；9月23日，水位抬升至正常蓄水位4 298 m，3号道路沿线临水侧共发现8处塌岸变形区，主要表现为临水侧局部崩塌和路面裂缝，其中两段变形严重，K1+140～K1+210路段临河侧半幅路基下沉约2 m，K1+325～K1+420路段路基以上约60 m边坡连同路基整体下沉约1.3 m；10月中旬，K0+935～K0+980路段临河侧路基发生滑移。至此，共有3处严重变形路段影响到道路通行安全，需要进行应急处理。塌岸路段平面分布及现场情况见图1～2。水位-塌岸时间关系见图3。

图1 塌岸路段平面分布Fig.1 Plan view of the collapsed bank section

图2 塌岸路段现场照片Fig.2 Photos from the scene of the collapsed bank section

图3 2020年水位-塌岸时间关系Fig.3 Water level-bank collapse time relationship graph in 2020

3 塌岸成因分析

工程区属高原温带半干旱季风气候区，旱季和雨季分明，多年平均降雨量334.7 mm，最大年降雨量596.5 mm，多年平均相对湿度43%。

塌岸路段设计路面高程4 302～4 307 m，位于南东方向凸出斜坡。斜坡总体地形坡度30°～35°，多分布第四系崩坡积碎(块)石土，碎、块石含量70%～85%，直径一般2～40 cm不等，物质成分与斜坡分布地层岩性有关，成分主要为板岩、少量砂岩，次棱角状、棱角状，结构松散。斜坡段覆盖层厚度2.5～21.5 m。下伏及出露基岩为三叠系涅如群，岩性主要为板岩，局部夹砂岩。

拉洛水利枢纽塌岸发生部位处于库区，水流速度很低，不是造成塌岸的主要因素；地表植被稀疏，降雨下渗速度快；库面开阔，风的吹程较大，地势上属于凸岸，风浪容易淘蚀水面附近的边坡；塌岸部位边坡以碎石土为主，碎石含量很高，干地条件下自稳能力较强，但蓄水后容易崩解，安全系数降低。此外，塌岸发生的时间在库水位上升期间，也间接说明地质条件和地下水的变化是造成塌岸的主因。

通过分析认为，3号道路塌岸段路基临水侧边坡较陡，以第四系崩坡积或工程填筑的碎块石土为主，其土体具有分散性，蓄水前长期处于非饱和状态。水库蓄水后库水位抬升，在库区水流作用下，土粒中的钠离子溶于水中，颗粒间吸引力减小，碎石及土粒逐渐离析，土体由聚合状分解成单个颗粒，更易被水带走而遭到破坏。随着土体性状变化，抗剪强度降低，特别是黏聚力迅速减小，且在波浪淘蚀作用下进一步加速。水面以下的坡面首先发生局部变形并逐渐扩大，引起边坡小范围垮塌。随着垮塌范围持续扩大，造成边坡下部抗滑力不足，牵引边坡自下而上发生较大变形，从而引起路基沉陷、滑移，最终出现路面裂缝、挡墙倾斜、边坡垮塌等问题。

4 塌岸治理方案

塌岸部位第四系崩坡积物成分主要为碎块石土，局部地段分布碎石土。碎、块石含量70%～85%，直径一般2～40 cm不等，成分主要为板岩、少量砂岩，次棱角状、棱角状，结构松散，厚度2.5～21.5 m，最大厚度32 m。土体物理力学参数取值见表1。岩体重度 25.5 kN/m3、变形模量为3～5 GPa，饱和抗压强度8～12 MPa、岩体抗剪断强度C=50～100 kPa，摩擦系数f=0.40～0.55。

表1 土体物理力学参数Tab.1 Physical and mechanical parameters of soil mass

3号道路边坡失稳主要原因是蓄水引起库岸再造。为此，结合现场实际情况，提出了3种针对性的治理方案，即以放缓边坡、坡面保护、避让为主要原则的3种方案。方案一为上部削坡减载，下部压脚固坡；方案二为上部削坡减载，下部土工布反滤+格宾石笼压坡；方案三为采用隧道避让塌岸路段。此外，亦可采用膜袋混凝土压坡、桩板墙、拉锚钢管桩等治理方案，但这些方案造价偏高或实施困难。因此从方案可行、施工便捷的角度考虑，对3个方案进行了技术削坡经济比较，选出合适的处理方案。

4.1 方案一

方案一借鉴滑坡治理的常用做法，挖除路基上方的变形体，在路基下方采用石渣压脚，并在临水侧抛石固坡。用石渣作为反滤和压脚盖重料，控制坡比不陡于1∶2.5，恢复边坡整体稳定性，以抛石为临水坡面保护料，形成边坡防护体系。此外，根据地形条件，上部修建截水沟、有危石的部位设置主被动防护网、路堑内侧修建拦渣墙，典型剖面见图4。

图4 方案一典型剖面图(K1+375)(尺寸单位：m)Fig.4 Typical section of scheme 1(K1+375)

依据SL 386-2007《水利水电工程边坡设计规范》有关稳定计算的规定，结合边坡物质组成、可能的失稳模式，采用理正岩土计算软件，按简化毕肖普法进行稳定分析，方案一塌岸治理后的典型剖面稳定计算成果见表2，满足规范要求。方案一建筑工程投资约1 373万元，工期约2个月。

表2 方案一各剖面计算成果Tab.2 Calculation results for each profile of scheme 1

4.2 方案二

方案二是方案一的简化，设计思路和施工范围与方案一基本相同，更侧重水下坡面保护，尽可能减少块石用量和尺寸，采用格宾石笼代替抛填块石。具体措施包括：① 先在塌岸部位抛填石渣，形成稳定坡面；② 沿坡面铺设土工布，形成反滤层；③ 在土工布表面铺设格宾石笼，要求格宾石笼和土工布在边坡顶部满铺，在边坡底部至少超出坡脚5 m。经计算，方案二边坡稳定满足规范要求。方案二建筑工程投资约1 696万元，工期约3个月。

4.3 方案三

方案三对塌岸路段采用净断面4.5 m×5.5 m(宽×高)的隧道绕行避让，根据避让的区域分为：① 仅避让3处严重坍岸变形区，隧道长度约490 m，即短隧道方案；② 既避让塌岸区域，又考虑潜在变形区——HK1滑坡，隧道长度约640 m，即长隧道方案。

(1) 隧道进出口与现状道路平顺相接，考虑围岩条件较差，采用管棚(L=20 m)进洞，管棚长，间距30 cm，采用Φ108 mm×6 mm钢管，洞口套拱长2 m。

(2) 隧道以Ⅳ～Ⅴ类围岩为主，均采用超前锚杆+系统支护+二次衬砌结构，二者仅I16工字钢拱架间距不同，Ⅳ类围岩间距1.25 m，Ⅴ类围岩间距0.75 m。

方案三平面示意见图5，典型剖面见图6。该方案建筑工程投资分别为：短隧道方案约1 944万元，工期6个月；长隧道方案约2 504万元，工期8个月。

图5 隧道方案平面示意Fig.5 Plane diagram of tunnel scheme

图6 隧道方案典型剖面(尺寸单位：cm)Fig.6 Typical profile of tunnel scheme

4.4 方案比选

3种方案均可行，但各自优缺点也较为明显。

(1) 方案一通过上部削坡减载与下部压脚固坡相结合，主要工作量为开挖、支护及填筑，施工技术成熟，工期较短；缺点是仅处理了已知塌岸问题，对于该区段是否存在新的塌岸区域、处理后的后缘高边坡是否存在次生灾害、抛填石渣的长期稳定机理等问题暂不予考虑，且施工期间3号道路交通中断，枢纽区需从左岸拉洛乡多绕行24 km。

(2) 方案二与方案一处理思路基本相当，同时借鉴了堤防工程的护坡经验，解决了塌岸区域块石料缺乏的问题，投资与方案一接近，工期较短；缺点是水下铺设土工布较为困难，土工布容易被坚石破坏。此外，格宾石笼在该工程防护边坡达30 m以上的情况下，变形适应能力有待工程检验。

(3) 方案三采用隧道对塌岸路段进行避让，进出口区域内已发生或可能发生的塌岸均可有效回避，施工期间仅洞口开挖和洞内爆破时需要交通管制，对3号道路通行干扰较小；缺点是工期长，围岩条件差，洞内施工较困难。

鉴于塌岸范围目前仍未全部显现，从长远效益角度可采用方案三，可绕开主要塌岸区域和HK1滑坡，采用长隧道方案更优，但发生塌岸时，拉洛水利枢纽施工区内爆破器材库已经拆除，火工材料使用困难，难以进行隧道施工。格宾石笼能否适应该工程的特殊环境尚不明确。因此，经比选推荐采用方案一。

实施过程中，对前述治理方案进行了2点优化：① 调整坡比，由于水下坡比难以达到设计坡比，只能取自然休止角，实际填方量按设计总量控制，从而加大了压坡区域的顶部宽度。② 考虑到对高寒地区土体性质的认识需要一个逐步实践的过程，先试验再扩大施工范围，因此在3段塌岸严重区域选取K1+325～K1+420段作为试验段先行实施，再推广至其他部位。

5 结 语

综上所述，塌岸发生后，首先需要查明造成塌岸的主要原因，该工程中边坡上的碎石在库水位上升后迅速离析就是主因；其次是治理方案要充分利用当地材料，就地取材，如该工程周边块石料较少，但存在大量泥石流冲沟，沟内碎石经多年水力搬运，水稳性较好，在水下不易崩解，适合作为水下压坡材料；最后，宜采取简单易行的快速施工方案，以防灾害扩大。

从实施效果看，塌岸部位采用方案一治理后，经过一个水位涨落的调度周期，压坡作用明显，库水位下降后实测水位变幅区的坡比大体在1∶1.35～1∶1.89范围内，边坡已经稳定，未发现新的变形迹象。