長河壩水電站湯壩土料場應(yīng)急監(jiān)測研究

袁有倉，萬永波

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都，610072)

長河壩水電站湯壩土料場應(yīng)急監(jiān)測研究

袁有倉，萬永波

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都，610072)

長河壩水電站對湯壩料場邊坡經(jīng)過初期外部變形觀測，變形范圍增大后，及時(shí)布設(shè)測斜管，掌握滑動(dòng)面；根據(jù)邊坡開挖進(jìn)展及治理的現(xiàn)狀，擴(kuò)大監(jiān)測范圍，增加測斜管；隨著永久邊坡形成，及時(shí)監(jiān)測抗滑樁的穩(wěn)定性并跟進(jìn)永久性觀測設(shè)施的安裝等動(dòng)態(tài)化觀測階段，達(dá)到了預(yù)期的目的。

長河壩水電站 湯壩土料場 邊坡 變形觀測 安全監(jiān)測

1 概述

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，是大渡河流域水電梯級近期開發(fā)的大型水電工程之一，裝機(jī)容量2600MW。壩址處控制流域面積56648km2，多年平均流量843m3/s。水庫正常蓄水位1690m，總庫容為10.75億m3，具有季調(diào)節(jié)能力。大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高240m，需要碎礫石土心墻防滲料壓實(shí)方約為430萬m3，湯壩土料場為先期填筑唯一土料場。

湯壩土料場后邊坡覆蓋層分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)，Ⅰ區(qū)土體主要為冰水堆積及坡殘積堆積碎石土，Ⅱ區(qū)邊坡土體以冰水堆積為主、后緣為冰積堆積，Ⅲ區(qū)覆蓋層以冰水堆積碎礫石土為主。湯壩土料場距長河壩水電站大壩填筑現(xiàn)場約22km，料場礫石土料儲(chǔ)備近868萬m3，完全滿足大壩430萬m3的填筑用量；開采垂直高度500多m，料場開采規(guī)模大，形成的邊坡支護(hù)難度大。

2013年9月，長河壩水電站大壩填筑開始，湯壩料場開采區(qū)后緣開口邊坡形成，坡度最陡達(dá)1∶0.5，且各部位均未采取任何支護(hù)措施。開挖初期，為滿足大壩高強(qiáng)度填筑用料的需求，開挖點(diǎn)分布較多，尤其邊坡下部進(jìn)行持續(xù)切腳取料。2014年2月下旬，料場Ⅱ、Ⅲ區(qū)在邊坡開口線附近發(fā)現(xiàn)拉裂、下錯(cuò)變形且持續(xù)發(fā)展，大大超出了原料場規(guī)劃開采范圍，局部邊坡土體由蠕滑變形達(dá)初滑階段。

為及時(shí)掌握該邊坡的變形情況，以指導(dǎo)采料安全、邊坡開挖順利進(jìn)行，同時(shí)為設(shè)計(jì)合理、可行的加固支護(hù)措施提供理論依據(jù)，必須對邊坡進(jìn)行臨時(shí)搶險(xiǎn)安全監(jiān)測。根據(jù)湯壩料場邊坡緊急搶險(xiǎn)監(jiān)測實(shí)際需要，采用極坐標(biāo)法進(jìn)行觀測。監(jiān)測系統(tǒng)由基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)和邊坡測點(diǎn)構(gòu)成，其中基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)由4點(diǎn)構(gòu)成大地四邊形，點(diǎn)位及建造標(biāo)準(zhǔn)考慮永久監(jiān)測需要，而測點(diǎn)采用經(jīng)簡易加工的棱鏡，并在適當(dāng)位置安裝測斜管，監(jiān)測邊坡深層滑移狀態(tài)。

2 監(jiān)測點(diǎn)布置

2014年3月底開始實(shí)施監(jiān)測，首期外部觀測布點(diǎn)主要分布于Ⅱ、Ⅲ區(qū)，點(diǎn)位分布于變形區(qū)域相關(guān)部位裂縫前后，并在Ⅱ區(qū)形成3個(gè)監(jiān)測剖面，在Ⅲ區(qū)形成2個(gè)監(jiān)測剖面。點(diǎn)位覆蓋整個(gè)邊坡滑移范圍，其中TP08、TP09兩點(diǎn)位于Ⅱ區(qū)下部剪出口。為了能夠直觀地反映邊坡的位移量，該部位監(jiān)測采用湯壩土料場獨(dú)立坐標(biāo)系。在Ⅱ、Ⅲ區(qū)地質(zhì)勘察孔內(nèi)分別安裝了兩套測斜管，以掌握邊坡深層滑動(dòng)狀態(tài)。主要點(diǎn)位分布見圖1。

圖1 湯壩料場首次布點(diǎn)主要點(diǎn)位分布

3 觀測分析

3.1 首期變形分析

首期觀測于2014年3月25日開始，截止11月5日部分典型測點(diǎn)累計(jì)位移量統(tǒng)計(jì)見表1。由表1中數(shù)據(jù)可知，Ⅱ區(qū)測點(diǎn)TP42(高程2342m)向臨空面累計(jì)位移量最大為3360.5mm；Ⅲ區(qū)測點(diǎn)TP07(高程 2213m)向臨空面累計(jì)位移量達(dá)971.6mm；Ⅱ區(qū)測點(diǎn)TP49(高程2408.9m)向臨空面累計(jì)位移量為38.6mm。

表1 湯壩土料場首期監(jiān)測成果(2014年11月5日)

由外部觀測成果繪制的測點(diǎn)典型位移過程線見圖2、圖3、圖4。

圖2 湯壩料場Ⅲ區(qū)典型測點(diǎn)TP07位移過程線

圖3 湯壩料場Ⅱ區(qū)典型測點(diǎn)TP08位移過程線

圖4 湯壩料場Ⅱ區(qū)典型測點(diǎn)TP42位移過程線

監(jiān)測成果表明:

(1)Ⅱ區(qū)剪出口(TP08，高程2210m)2014年4月19號左右變形速度逐漸減小，表明本階段實(shí)施Ⅱ區(qū)上部削坡減載效果明顯，變形速率明顯降低；之后，受降雨、施工開挖等因素影響，位移量呈持續(xù)緩慢增長；

(2)Ⅱ區(qū)高程2330m～2375m范圍內(nèi)變形最大。由典型測點(diǎn)TP42(高程2342m)過程線可知，該測點(diǎn)共有4次明顯加速變形，分別是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壩填筑料大規(guī)模開采(尤其是切腳開挖)。2014年10月30日后，變形加速發(fā)展，滑移范圍進(jìn)一步擴(kuò)大；

(3)截止11月5日，Ⅱ區(qū)2405m高程鋼管樁鎖口平臺以上部位累計(jì)變形量較小，TP49向臨空面位移僅為38.6mm，相對穩(wěn)定，表明該部位鋼管樁鎖口支護(hù)加固效果明顯；

(4)盡管2014年9月17日前未在Ⅲ區(qū)進(jìn)行開挖采料，但變形呈持續(xù)緩慢增長，之后因切腳開挖取料，變形明顯加速。

由前期安裝的測斜成果看(見表2)，Ⅱ區(qū)局部區(qū)域高程2342m～2405m邊坡變形加速，并已形成明顯滑移面，深度在孔深9m～11m處；Ⅲ區(qū)高程2260.96m處測斜孔資料顯示，該部位也已形成明顯滑移面，深度在孔深22m～24m處(其典型變形過程線見圖5)。兩部位均系深層滑動(dòng)。

表2 湯壩土料場前期測斜孔安裝詳情

圖5 湯壩料場III區(qū)典型測斜孔IN3變形過程線

綜合外部變形監(jiān)測及測斜孔成果來看，受汛期持續(xù)降雨和大規(guī)模的采料開挖影響，Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)變形在持續(xù)增長。Ⅱ區(qū)已減載坡段(2296m～2405m)減載后臨時(shí)穩(wěn)定，但受降雨影響，其淺表土體產(chǎn)生塌滑，沿基覆界線附近深層變形明顯。隨著下部取料切腳開采，變形將進(jìn)一步增大；Ⅱ區(qū)2296m平臺以下邊坡變形也在持續(xù)增大，處在蠕滑變形階段。Ⅱ區(qū)鋼管樁施工平臺(2405m高程)邊坡整體相對穩(wěn)定。

Ⅲ區(qū)2210m以上邊坡變形在持續(xù)發(fā)展，總體處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)，隨著下部土料切腳開采，邊坡變形將會(huì)加速發(fā)展。

3.2 二期觀測分析

根據(jù)前期應(yīng)急監(jiān)測成果反應(yīng)的邊坡運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)實(shí)施了開口線外截水溝施工、裂縫回填處理、削坡減載、開口線附近鎖口等工程措施，有效控制了邊坡變形，但邊坡變形未見收斂。

盡管II區(qū)2340m～2375m高程范圍內(nèi)進(jìn)行了削坡減載，但受切腳開挖影響變形加速發(fā)展，且范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，邊坡治理范圍也相應(yīng)增大至2520m高程以上。由此，結(jié)合邊坡支護(hù)方案，對前期臨時(shí)監(jiān)測方案進(jìn)行了重新規(guī)劃，既考慮臨時(shí)監(jiān)測需要，也兼顧后期支護(hù)完成后邊坡的永久觀測。其方法主要采取外部變形觀測和測斜管、錨索測力計(jì)等方式，外觀測點(diǎn)布點(diǎn)范圍擴(kuò)大至Ⅱ、Ⅲ區(qū)最終開挖線以外，并在2520m高程平臺抗滑樁頂部設(shè)點(diǎn)；同時(shí)在必要部位增加測斜觀測，并隨著錨索支護(hù)施工及時(shí)安裝錨索測力計(jì)。

自從2015年4月中旬開始觀測以來，Ⅱ區(qū)5－5剖面測點(diǎn)L20(高程2310m)向臨空面累計(jì)位移量達(dá)8137.8mm，變形速率約為27mm/d。其中，主汛期因降雨影響變形量平均70mm/d左右。Ⅲ區(qū)2－2剖面測點(diǎn)L05(高程2266m)向臨空面累計(jì)位移量達(dá)12145.8mm，變形速率約為35mm/d。其中，主汛期因降雨影響變形量平均70mm/d左右。典型測點(diǎn)監(jiān)測成果見表3，變形過程曲線見圖6、圖7。

表3 湯壩土料場二期臨時(shí)監(jiān)測成果(2016年3月3日)

圖6 湯壩料場Ⅱ區(qū)典型測點(diǎn)L20變形過程線

圖7 湯壩料場Ⅲ區(qū)典型測點(diǎn)L05變形過程線

成果表明:

(1)Ⅱ區(qū)開口線以外測點(diǎn)變形量很小，該部位相對穩(wěn)定；抗滑樁頂部測點(diǎn)幾乎無變形，2520m高程抗滑樁相對穩(wěn)定；安裝于Ⅱ區(qū)2520m高程抗滑樁平臺附近的5套測斜成果未見明顯變化，抗滑樁平臺相對穩(wěn)定。經(jīng)過提高開口線高度，并進(jìn)行抗滑樁支護(hù)后，變形范圍未擴(kuò)大；

(2)Ⅱ區(qū)2200m～2300m高程范圍內(nèi)，汛期變形仍持續(xù)增大。其中，位于2232m高程的L13測點(diǎn)位移變化量約為40mm/d。2015年12月15日至2016年2月20日，切腳開挖期間，變形明顯加速；

(3)Ⅲ區(qū)開口線以外測點(diǎn)變形較小，采用錨索和混凝土板或者框格梁鎖口，有效控制了上部變形；

(4)Ⅲ區(qū)2200m～2300m高程范圍內(nèi)，在汛期變形持續(xù)增大，日均位移量在50mm左右。在下部切腳開挖的情況下，2015年12月15日至2016年2月20日，變形明顯加速，與切腳開采存在高度正相關(guān)性。根據(jù)該變形范圍內(nèi)安裝的5套測斜成果看，該部位深層滑動(dòng)，滑動(dòng)面在30m左右深度(見表4)。

表4 湯壩料場Ⅲ區(qū)2200m～2300m高程測斜管監(jiān)測成果特征值統(tǒng)計(jì)

針對以上監(jiān)測結(jié)果，經(jīng)設(shè)計(jì)研究，進(jìn)一步對變形區(qū)域進(jìn)行了減載，并適當(dāng)放緩邊坡坡比，同時(shí)盡快對開挖成型邊坡進(jìn)行框格梁、錨索等支護(hù)，截止2016年2月20日，Ⅱ區(qū)2200m～2300m高程和Ⅲ區(qū)2200m～2300m高程范圍變形速率顯著減小。

4 結(jié)語

在湯壩土料場監(jiān)測過程中，根據(jù)邊坡變形情況及時(shí)調(diào)整了觀測范圍，并分批次、分部位采用測斜手段掌握其深層變形機(jī)制。根據(jù)需要及時(shí)調(diào)整監(jiān)測區(qū)域，增加觀測手段，分時(shí)段、分部位重點(diǎn)關(guān)注，實(shí)現(xiàn)了從變形開始到永久邊坡形成過程的動(dòng)態(tài)化臨時(shí)安全監(jiān)測。通過監(jiān)測成果分析，確認(rèn)了切腳開挖、降雨、施工擾動(dòng)、坡比等因素與變形的相關(guān)性及其影響程度，從而有力地指導(dǎo)了采料開挖和邊坡治理的安全、順利進(jìn)行。實(shí)際證明，對于土體邊坡而言，應(yīng)合理規(guī)劃開挖方案，采取合理的坡比等方式，預(yù)先處理好大壩填筑用料與邊坡穩(wěn)定的矛盾極為重要。

湯壩料場土體變形監(jiān)測中應(yīng)準(zhǔn)確辨別土體局部變形與整體的關(guān)系，局部小范圍垮塌難以有效監(jiān)控。因此在儀器監(jiān)測的同時(shí)，日常巡視檢查尤其重要。另外，由于料場開采及卸載開挖影響，測點(diǎn)很容易破壞，從而造成監(jiān)測數(shù)據(jù)不能連續(xù)。

本例中，通過初期采用外部變形觀測，變形范圍增大后，及時(shí)布設(shè)測斜管，掌握滑動(dòng)面；根據(jù)邊坡開挖進(jìn)展及治理的現(xiàn)狀，擴(kuò)大監(jiān)測范圍，增加測斜管；隨著永久邊坡形成，及時(shí)對抗滑樁的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測并跟進(jìn)永久性觀測設(shè)施的安裝等動(dòng)態(tài)化觀測階段，達(dá)到了預(yù)期目的。

袁有倉(1974.11－)，男，高級工程師，工程碩士，從事水電工程測繪技術(shù)及管理工作。

萬永波(1973.8－)，男，高級工程師，本科，從事水電工程監(jiān)測技術(shù)及管理工作。

TU196.1

A

2095－1809(2016)05－0048－04