楊天俊,白興平,楊 蕓

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

黃河拉西瓦水電站位于青海省貴德縣與貴南縣交界的黃河龍羊峽出口段，是黃河龍羊峽—青銅峽河段流域規(guī)劃的第二個(gè)梯級(jí)電站，也是黃河上游規(guī)模最大的電站，大壩壩型為雙曲拱壩，壩高250 m，水庫(kù)正常蓄水位2 452.00 m，電站裝機(jī)4 200 MW，多年平均年發(fā)電量102.33億kWh。電站樞紐建筑物由雙曲拱壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、壩身表孔和深孔、壩后水墊塘等組成。

拉西瓦兩岸岸坡地形基本對(duì)稱，橫斷面總體呈“V”字型。2 400 m高程處谷寬245～255 m，正常蓄水位2 452.00 m處谷寬350～365 m，壩頂高程2 460.00 m處谷寬365～385 m。河谷岸坡地形復(fù)雜。右岸天然邊坡頂部高程為2 955.00～2 975.00 m，壩基開(kāi)挖高程為2 210.00 m，邊坡高達(dá)745～765 m，岸坡平均走向約NE70°，邊坡坡度在2 380.00 m以下谷坡陡立，平均坡度60°～65°，在此高程以上兩岸岸坡平均坡度40°～45°。基本呈上緩、下陡形態(tài)(見(jiàn)圖1)。按照高度對(duì)邊坡的分類，其高度遠(yuǎn)大于300 m，屬于特高邊坡類。

1 右岸高邊坡變形破壞特征

右岸高邊坡的變形破壞具有以下規(guī)律性特征。

(1) 壩址區(qū)兩岸岸坡巖體變形破壞不僅具有明顯的垂直分帶特征，而且受斷裂、裂隙等結(jié)構(gòu)面的空間組合，以及后期淺表生改造作用等影響顯著。

岸坡地形剖面成3個(gè)陡緩相間的臺(tái)階狀，2 400.00 m高程以下為陡立岸坡，以發(fā)育規(guī)模較小的危石、危巖為主；2 400.00 m高程以上為寬谷帶，原有的第四系覆蓋層總體保存完好，但受溝谷發(fā)育的影響，溝谷兩側(cè)崩滑堆積、崩坡積物較發(fā)育，大型滑坡和變形松動(dòng)體(SD)大多分布在該高程以上。

變形破壞的垂直分帶還顯示不同高程的變形破壞的形成與當(dāng)時(shí)特定的氣候條件相聯(lián)系，隨著河谷的下切演化，氣候條件的變遷，以及兩岸水文地質(zhì)條件的改變，岸坡的環(huán)境條件也隨之發(fā)生了較大的變化。

(2) 壩址區(qū)岸坡巖體的變形破壞還受斷裂結(jié)構(gòu)面切割的影響，尤其是兩岸壩肩部位緩傾結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，緩傾結(jié)構(gòu)面是岸坡中變形破裂的主要控制結(jié)構(gòu)面，由于傾向右岸，因而在岸坡變形破壞發(fā)育程度與規(guī)模上造成兩岸的明顯差別，即規(guī)模較大的變形破壞體主要分布在左岸。緩傾斷裂在出露高程上表現(xiàn)出一定的成層性，變形破壞的分布總體上也具有一定的成層特征。

(3) 壩址花崗巖體中除連續(xù)性較好、延伸長(zhǎng)的緩傾角斷裂(Hf類)以外，其它方向的斷層、裂隙也十分發(fā)育，有的在某些部位可呈帶狀密集產(chǎn)出，經(jīng)淺表生改造后在特定的組合和一定的坡形及環(huán)境條件下發(fā)生變形破裂。斷裂的空間組合造成變形破裂機(jī)制具有多樣性破壞機(jī)制特征。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，主要有以下4種主要類型。

1) 滑移-拉裂(SF)

滑移-拉裂變形在壩址區(qū)較發(fā)育，其主要受緩傾坡外與陡傾結(jié)構(gòu)面組合塊體的變形巖體中。廠房進(jìn)水口后邊坡頂面可見(jiàn)一組緩傾坡外的密集裂隙，坡體已沿裂面發(fā)生了滑移拉裂式的滑動(dòng)(見(jiàn)圖2(a))。

2) 滑移-壓致拉裂(SCF)

坡體由陡緩兩組傾斜斷裂組合，變形發(fā)生在陡緩交界處，表現(xiàn)為壓裂或壓碎，后緣出現(xiàn)拉裂縫，在發(fā)展過(guò)程中可出現(xiàn)多級(jí)臺(tái)階狀壓裂或壓碎帶。一旦貫通則發(fā)生破壞。是岸坡中規(guī)模較大的變形破裂機(jī)制類型(見(jiàn)圖2(b))。

3) 傾倒(彎曲)拉裂(TF)

坡體中近陡坡坡面發(fā)育一組直立或陡傾內(nèi)外的斷裂面，則有發(fā)生傾倒拉裂變形破裂的可能。傾倒巖體一旦失穩(wěn)，造成翻倒崩塌。另外陡坡中可見(jiàn)到這類翻倒后殘留的空腔(見(jiàn)圖2(c))。

4) 滑移彎曲(ZB)

這種類型經(jīng)常發(fā)生在中—陡傾外的層狀體斜坡中，斜坡上部分順坡向的一組斷裂較發(fā)育，并有滑移錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，表部已有滑落跡象；下部相對(duì)發(fā)育的是一套陡傾外的裂隙，近表部有拉張松動(dòng)跡象。上、下兩部分變形跡象聯(lián)系起來(lái)，表現(xiàn)為滑移彎曲機(jī)制(見(jiàn)圖2(d))。

2 右岸高邊坡不穩(wěn)定體類型及分布特征

右岸坡基巖裸露，岸坡淺表部巖體卸荷作用強(qiáng)烈，卸荷裂隙非常發(fā)育，表層巖體在重力及其它風(fēng)化營(yíng)力作用下產(chǎn)生變形破壞，形成了許多表層不穩(wěn)定松動(dòng)塊體；拉裂縫與構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的相互組合切割、圍限形成了不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體，少數(shù)結(jié)構(gòu)體已發(fā)生了蠕滑變形或滑動(dòng)破壞。通過(guò)野外調(diào)查分析和綜合研究，高邊坡不穩(wěn)定體可歸納為以下幾種類型：

(1) 表層松動(dòng)體

發(fā)育于岸坡不同部位、不同高程，特別在右岸壩頂高程以上和壩前大面積發(fā)育。主要受與邊坡近平行的卸荷裂隙控制，巖體結(jié)構(gòu)呈陡立板狀，黃河岸邊和沖溝兩側(cè)局部地段可見(jiàn)點(diǎn)頭彎腰現(xiàn)象，少數(shù)地段還有聳直的孤立塊體。分布特點(diǎn)一般以山梁、山脊或地形陡緩相接部位為主。局部地段規(guī)模較大，最大方量數(shù)百立方米。

(2) 松散堆積體

崩坡積物在壩址兩岸各高程均有分布，其分布特點(diǎn)與表層松動(dòng)體正好相反，一般在地勢(shì)較低部位和較大沖溝內(nèi)，組成物質(zhì)一般以塊石和碎石為主，厚度一般幾米至十余米，方量均較小。

(3) 坡面危石

存在于壩區(qū)不同高程部位，分布廣泛，沒(méi)有規(guī)律，尤以壩頂高程以上和峽谷兩岸陡坡、陡崖部位更為普遍。大多是由小型松動(dòng)體經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期風(fēng)化、剝落、解體演化而成，單個(gè)體積不大，一般0.5～2 m3，個(gè)別大于30 m3。

(4) 結(jié)構(gòu)體

結(jié)構(gòu)體是指巖體中由結(jié)構(gòu)面和臨空面組成的分離巖體或準(zhǔn)分離巖體，規(guī)模一般較大。

3 右岸高邊坡穩(wěn)定性分區(qū)

高邊坡巖體穩(wěn)定性分區(qū)，主要考慮了以下因素：① 邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征；② 邊坡上發(fā)育的控制性結(jié)構(gòu)面與邊坡的組合關(guān)系；③ 邊坡巖體的風(fēng)化程度；④ 邊坡表層不穩(wěn)定體的發(fā)育程度；⑤ 地下水對(duì)邊坡巖體的影響；⑥ 對(duì)工程建筑物的影響程度等。

按此穩(wěn)定性分區(qū)原則可將拉西瓦右岸高邊坡分為：

(1) 不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體區(qū)：該區(qū)以由結(jié)構(gòu)面組合形成的結(jié)構(gòu)塊體為主，邊坡巖體穩(wěn)定取決于結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系及特征。

(2) 不穩(wěn)定松動(dòng)巖體區(qū)：該區(qū)主要由松動(dòng)巖體組成，對(duì)工程影響較大。

(3) 不穩(wěn)定堆積體區(qū)：該區(qū)由崩坡積或滑堆積形成的堆積體組成，當(dāng)堆積在陡坡、陡壁頂部、溝口有建筑物的沖溝內(nèi)時(shí)，對(duì)局部建筑物及建筑物涉及的邊坡影響較大。

(4) 危石區(qū)：岸坡表部存在大量的危石，廣泛存在于工程區(qū)岸坡，分布無(wú)規(guī)律，對(duì)施工和永久場(chǎng)內(nèi)安全影響較大。

(5) 穩(wěn)定區(qū)：邊坡巖體完整，表層巖體微風(fēng)化，局部發(fā)育少量的松動(dòng)巖體、小型不穩(wěn)定體及危石，對(duì)工程影響較小。

按上述穩(wěn)定性分區(qū)中不穩(wěn)定巖體的分布特征將右岸壩頂高程以上不穩(wěn)定體劃分為BW2、BW4、BW6三區(qū)，每個(gè)區(qū)進(jìn)一步劃分為A、B、C、D等不同的亞區(qū)(表1、圖3)。

表1 右岸高邊坡不穩(wěn)定體分區(qū)說(shuō)明

右岸高邊坡典型地質(zhì)剖面如圖4。

4 右岸高邊坡治理

4.1 治理原則與方案設(shè)計(jì)

治理原則：① 結(jié)合臨建設(shè)施與樞紐布置，分期治理；② 針對(duì)不良地質(zhì)體發(fā)育特征，結(jié)合直線工期，制定適宜的治理措施；③ 實(shí)施清、削、錨、蓋、擋等的綜合治理措施。

據(jù)此，對(duì)拉西瓦右岸高邊坡采用兩期治理方案，其中右岸一期治理范圍為影響右岸纜機(jī)平臺(tái)開(kāi)挖的區(qū)域，主要包括青草溝上下游。二期治理范圍是影響樞紐建筑物、出線平臺(tái)開(kāi)挖及影響施工安全的區(qū)域，右岸主要包括雞冠梁、石門(mén)溝、青石梁及出線平臺(tái)邊坡等，后補(bǔ)充范圍到整個(gè)右岸泄洪消能區(qū)以上高邊坡。

一期治理方法主要有清坡、主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、鋼筋籠擋墻等。二期治理方法主要有清坡、削坡、錨桿、主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、鋼筋籠擋墻等。同時(shí)考慮邊坡排水與植被保護(hù)等。

清坡是指主要通過(guò)人工撬挖的方式清除邊坡上的不穩(wěn)定巖體。削坡是指挖除邊坡上的卸荷、松動(dòng)、風(fēng)化的不穩(wěn)定巖體，開(kāi)挖底坡以地質(zhì)資料中的卸荷拉裂面為界。錨固是指對(duì)不易、不必清除但其穩(wěn)定性又較差的巖體采用錨桿加固。主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)是指采用柔性支護(hù)的方式，將格狀金屬網(wǎng)絡(luò)輔以錨桿系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)較差的表層巖體進(jìn)行防護(hù)。被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)是指在較為寬緩的坡段設(shè)置剛?cè)岵⒂玫闹跸到y(tǒng)以阻擋上部滾石。鋼筋籠擋墻作用類似被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，但其規(guī)模更大，能承受更大方量和體積的塊石與落石。在具體治理中，可視具體情況對(duì)巖體實(shí)施多種方案并舉的綜合治理措施。

4.2 右岸高邊坡治理

右岸高邊坡自上游向下游可分為以下3個(gè)區(qū)域：

(1) 青草溝上游高邊坡

本區(qū)大型山梁與深切支溝發(fā)育，主要有：

① 雞冠梁(松動(dòng)體)，影響上游圍堰、進(jìn)水口及右岸通往進(jìn)水口交通安全；② 石門(mén)溝(兩側(cè)及溝頂松散堆積體、松動(dòng)巖體、危石)，影響進(jìn)水口安全；③ 青石梁(松動(dòng)巖體、危石)，影響進(jìn)水口及右壩肩安全；④ 青草溝(溝中松散堆積體與危巖體、危石)，影響大壩安全。

(2) 出線平臺(tái)以上高邊坡

出線平臺(tái)以上高邊坡主要發(fā)育松動(dòng)體、危巖體、危石，影響右岸壩肩、出線平臺(tái)、消能區(qū)安全。

(3) 出線平臺(tái)下游～下游圍堰高邊坡

主要發(fā)育危巖體、危石，影響消能區(qū)、尾水洞出口、下游圍堰安全。

5 右岸高邊坡治理效果分析

分析治理處高邊坡效果主要有兩種分法：一是通過(guò)多頻次的宏觀地質(zhì)巡視；二是通過(guò)在邊坡范圍內(nèi)布設(shè)的監(jiān)測(cè)設(shè)備長(zhǎng)期觀測(cè)。通過(guò)多年的邊坡巡視表明，邊坡穩(wěn)定性良好(見(jiàn)圖5)。

右岸壩頂以上邊坡區(qū)主要是位于2 500.00 m高程以上、尤其是青石梁邊坡部位，施工中布置了地表大地測(cè)量、多點(diǎn)位移計(jì)、錨桿測(cè)力計(jì)等，由項(xiàng)目業(yè)主單位進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

多年的監(jiān)測(cè)成果反應(yīng)邊坡變形規(guī)律如下：

(1) 地表大地監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的變形雖有波動(dòng)，但總體呈逐漸增大、后期趨于穩(wěn)定的狀態(tài)。就各方向的位移變化而言，2 516.67 m高程及以上的X方向累積變形量較小、最小為0.2 mm，Y方向累積變形量為0.3～33.3 mm；該高程以下X方向累積變形量較大、為12.7～32.4 mm，最大值在2 560.07 m高程處；Y方向累積變形量-26.2～-2.3 mm；對(duì)于H方向的累積變形量，除2 516.67 m高程出現(xiàn)為負(fù)值外，其余的為9.6～101.6 mm，最大值出現(xiàn)在2 585.94 m高程處。

(2) 多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)成果反映該邊坡部位各測(cè)點(diǎn)向坡外的最大累計(jì)變形量?jī)H為1.99 mm，出現(xiàn)在高程2 524.60 m處測(cè)點(diǎn)；向坡內(nèi)的最大累計(jì)變形量為5.77 mm，出現(xiàn)在高程2 513.00 m處測(cè)點(diǎn)；各測(cè)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)期間累計(jì)變形量總體呈現(xiàn)波動(dòng)變化、并趨于穩(wěn)定的特點(diǎn)，整體變形量小，監(jiān)測(cè)部位邊坡穩(wěn)定性好。

(3) 錨索測(cè)力計(jì)檢測(cè)表明各測(cè)點(diǎn)在高程2 520.10 m處測(cè)點(diǎn)的錨固力損失值最大，為132.10 kN、損失率達(dá)11.54%；高程2 525.10 m處錨固力損失值最小，為18.76 kN、損失率1.64%?？傮w而言，該邊坡錨固力損失值總體不大。

6 結(jié) 論

(1) 拉西瓦工程右岸高邊坡在壩頂以上約450 m，地形陡峻，經(jīng)過(guò)綜合勘測(cè)研究和高邊坡工程治理，高邊坡整體是穩(wěn)定的。

(2) 由于高陡邊坡中有一定深度的卸荷帶，加之后期風(fēng)化、凍脹等作用，從而引起邊坡中不穩(wěn)定體類型多樣，主要有表層松動(dòng)體、松散堆積體、坡面危石、結(jié)構(gòu)塊體等，是施工期和運(yùn)行期對(duì)安全有較大影響的主要地質(zhì)體。

(3) 由于邊坡高陡，對(duì)淺表層潛在不穩(wěn)定體，治理措施上不可能采用完全挖除卸荷松動(dòng)巖體的方法，采用表層清坡，局部淺層削坡，掛網(wǎng)噴混凝土，局部錨固、擋護(hù)的治理方案是切合地質(zhì)實(shí)際、易行、而又較為有效的方案。

(4) 右岸高邊坡經(jīng)采用表層清坡，局部淺層削坡，掛網(wǎng)噴混凝土，局部錨固、擋護(hù)的施工治理后，邊坡穩(wěn)定大大提高，治理后的邊坡可滿足設(shè)計(jì)要求。從變形監(jiān)測(cè)成果看，變形量在儀器控制精度范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)明顯變形。