淜頭水電站工程庫(kù)岸防護(hù)穩(wěn)定性分析

晉浩淼

（山西小浪底引黃工程有限公司，山西 垣曲043700）

1 工程概況

淜頭水電站位于長(zhǎng)治市平順縣的北耽車村上游濁漳河干流上，離濁漳河約400 m，裝機(jī)3 130 kW，水庫(kù)規(guī)模為中型，總庫(kù)容2 948萬(wàn)m3，流域控制面積10 458 km2。工業(yè)供水規(guī)模1 300萬(wàn)m3，樞紐等別為Ⅲ等。工程任務(wù)是控制區(qū)間來(lái)水量和上游水庫(kù)棄水量，適當(dāng)調(diào)節(jié)來(lái)水量的時(shí)空分布，利用蓄水水頭增加小水電裝機(jī)容量，以提高下游14座徑流式電站的發(fā)電量。

2 地質(zhì)概況

2.1 區(qū)域地質(zhì)概況

本區(qū)地形地貌主要為剝蝕構(gòu)造中山區(qū)，與山前洪沖積、洪積區(qū)兩種地質(zhì)。區(qū)域內(nèi)出露地層有古生界寒武系中、上統(tǒng)；奧陶系中、下統(tǒng)；第四系中、上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)。區(qū)域位于呂梁山脈斷塊的太行東南部?？傮w地層為單斜構(gòu)造，NW向傾斜。斷裂發(fā)育呈NEE、NE向展布。本區(qū)地震烈度為7度，動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45 s。地下水分為松散巖類孔隙水及碳酸鹽巖類巖溶裂隙水兩種類型，地下水多由兩岸向溝谷流動(dòng)，主流由上游向下游流動(dòng)。

2.2 工程地質(zhì)

2.2.1 工程地質(zhì)概況

（1）工程地貌地形。濁漳河河谷區(qū)是典型的河流地貌單元，海撥高程為585～997 m，地貌為河谷區(qū)和剝蝕中山區(qū)。河谷寬約35～200 m，河床高程585～595 m。

（2）工程地層巖性

寒武系（∈）：∈2x灰?guī)r、頁(yè)巖、泥巖夾鮞狀灰?guī)r，出露厚度為90 m；∈2z鮞狀灰?guī)r夾薄層灰?guī)r，泥質(zhì)條帶灰?guī)r；∈3g-c泥質(zhì)條帶灰?guī)r和小竹葉狀灰?guī)r互層夾厚層鮞狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r；∈3f粗粒結(jié)晶白云巖。奧陶系（O）：O1y白云巖與黃綠色泥質(zhì)白云巖互層；O1l厚層含隧石條帶白云巖，上部含燧石較少；O2x白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r及角礫狀灰?guī)r夾泥灰?guī)r。

第四系（Q）：Q2pl低液限粘土及局部少量鈣質(zhì)結(jié)核；Q2pal混合土卵石、卵石混合土、低液限粘土，底部級(jí)配不良（良好）礫等；Q3dpl常夾礫石透鏡體，低液限粉土粘土；Q3pal：低液限粉土粘土，混合土卵石、卵石混合土、含礫級(jí)配不良（良好）砂；Q4dl：碎石土；Q4del基巖風(fēng)化巖屑及殘積碎石堆積物；Q41pal：低液限粉土粘土、混合土卵石、卵石混合土；Q42pal：混合土卵石、卵石混合土及低液或夾砂限粉土。

（3）工程地質(zhì)構(gòu)造

庫(kù)區(qū)斷層走向多為NEE向，構(gòu)造上位于微子鎮(zhèn)背斜東南翼，巖體有節(jié)理裂隙發(fā)育四組，地層產(chǎn)狀為N70°～85°E/NW∠3°～9°。

（4）工程水文地質(zhì)

區(qū)域地下水為碳酸鹽巖類巖溶裂隙水和松散巖類孔隙水，區(qū)內(nèi)地下水由兩岸向河谷運(yùn)移，從上游向下游流動(dòng)，庫(kù)區(qū)地下水受大氣降水和上游濁漳河水補(bǔ)給。濁漳河水水化學(xué)類型為HCO3-SO4-Ca-Mg型，弱硫酸鹽型對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有腐蝕性；對(duì)鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。地下水水化學(xué)類型為HCO3-Ca-Mg型，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，對(duì)鋼筋和混凝土結(jié)構(gòu)不具腐蝕性。

（5）工程物理破壞

工程物理破壞，主要有巖體風(fēng)化、巖溶及沖溝等。

2.2.2 工程地質(zhì)問(wèn)題

（1）庫(kù)區(qū)滲漏

正常蓄水的水庫(kù)，在近閘段存在F4斷層帶，沿壩址左岸河間地塊，向下游河道滲漏，估算滲漏量為3 357 m3/d，另外庫(kù)區(qū)不存在其他向庫(kù)外沿兩岸產(chǎn)生的永久性滲漏。

（2）庫(kù)岸穩(wěn)定

土質(zhì)岸坡主要位于庫(kù)區(qū)左岸，第四系上更新統(tǒng)洪沖積（Q3pal）的地層巖性為卵石混合土及低液限粘土。正常蓄水位為603.0 m時(shí)，庫(kù)區(qū)坍岸帶寬度為93.8 m，坍岸估算方量約79.5萬(wàn)m3。其中，水下坍岸方量約為11.4萬(wàn)m3，水上坍岸方量約為68.1萬(wàn)m3，需進(jìn)行支護(hù)、削坡。

（3）水庫(kù)淹沒及浸沒

壩址水庫(kù)正常蓄水位603.0 m時(shí)，淹沒主要涉及平順縣北耽車鄉(xiāng)3個(gè)村莊的土地及專項(xiàng)設(shè)施，淹沒影響平順華野旅游開發(fā)有限公司1家企業(yè)。河床及兩岸農(nóng)田、建筑物基本不存在浸沒影響。

3 左岸邊坡防護(hù)情況

根據(jù)地質(zhì)提供資料，淜頭水電站左岸擋水壩上游側(cè)岸坡為土質(zhì)岸坡，大部分為低液限粘土，土質(zhì)較純，庫(kù)區(qū)正常蓄水后（正常蓄水位為603.0 m），庫(kù)岸抗沖刷能力差，存在坍岸危險(xiǎn)。為避免庫(kù)區(qū)內(nèi)近壩左岸岸坡在蓄水后因水流沖刷造成岸坡坍塌的危險(xiǎn)，須將庫(kù)區(qū)內(nèi)靠近左岸擋水壩段至辛安泉供水改擴(kuò)建工程左岸集水廊道末端范圍內(nèi)，正常水位下邊坡進(jìn)行必要的防護(hù)。

淜頭水電站左岸擋水壩段上游側(cè)岸坡進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)范圍為辛安泉供水改擴(kuò)建工程左岸集水廊道下游側(cè)至距壩軸線25 m區(qū)域內(nèi)的左岸岸坡（左岸擋水壩段上游側(cè)約25 m的范圍，已做防護(hù)）。防護(hù)措施：將該區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀岸坡進(jìn)行局部削坡修整，修整后的坡度為1∶1.25。在高程595.00～605.20 m范圍內(nèi)坡面采用格賓石籠防護(hù)，沿坡高方向每層水平寬度不小于2.0 m，層高0.6 m，長(zhǎng)度不小于2.0 m，防護(hù)后的坡面坡度為1∶1.5；護(hù)坡坡腳線和護(hù)底邊線之間的部分，采用格賓石籠護(hù)底，厚0.8 m，清基后，以現(xiàn)狀實(shí)際地面鋪設(shè)；格賓石籠底部下襯反濾料并壓實(shí)，厚0.5 m。反濾料采用中粗砂。

岸坡防護(hù)高度確定，依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2001）要求，淜頭水電站正常蓄水位對(duì)應(yīng)該段的最大水深，護(hù)坡高程運(yùn)行條件按照以下確定：

護(hù)坡頂高程：正常需水位加正常運(yùn)行條件的超高。計(jì)算公式采用y（護(hù)坡超高，m）=R（最大波浪在護(hù)坡上的爬高，m）+e（最大風(fēng)壅水面的高度，m）+A（安全加高，m）計(jì)算。

風(fēng)浪要素采用莆田公式計(jì)算，該區(qū)域多年平均最大風(fēng)速為16 m/s，設(shè)計(jì)風(fēng)速正常運(yùn)行條件下采用多年平均年最大風(fēng)速1.5倍；非常運(yùn)行條件風(fēng)速采用多年平均年最大風(fēng)速16 m/s。

計(jì)算結(jié)果：R=0.95 m，e=0.008 m，A=0.5 m，合計(jì)超高為1.45 m，計(jì)算防護(hù)頂高程為604.45 m，參照擋水壩段頂高程為605.50 m以及單塊格賓石籠高度為0.6 m，最終確定防護(hù)頂高程為605.20 m。

圖3 -1防護(hù)斷面示意圖

4 左岸邊坡防護(hù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

防護(hù)護(hù)坡穩(wěn)定計(jì)算，典型斷面選取左岸護(hù)坡設(shè)計(jì)斷面。

計(jì)算工況選?。哼x取庫(kù)水位的正常蓄水位603.00 m穩(wěn)定期護(hù)坡，進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算；庫(kù)水位從603.00 m降落到庫(kù)底594.00 m，水位降落時(shí)的護(hù)坡穩(wěn)定計(jì)算。護(hù)坡填筑材料及原狀土參數(shù)見下表1；其中內(nèi)摩擦角和粘聚力參數(shù)采用《工程地質(zhì)手冊(cè)（第四版）》中數(shù)據(jù)。

表1 護(hù)坡穩(wěn)定計(jì)算材料參數(shù)

護(hù)坡穩(wěn)定計(jì)算方法：抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用理正巖土計(jì)算6.5PB2版（網(wǎng)絡(luò)版）軟件中邊坡穩(wěn)定模塊進(jìn)行，計(jì)算方法為有限元法。邊坡穩(wěn)定采用簡(jiǎn)化畢肖普法。計(jì)算公式為：

式中：K為抗滑穩(wěn)定系數(shù)；W為土條的重量；R為圓弧的半徑；Mc為水平地震慣性力對(duì)圓心力矩；c′、Ψ′為土條底面有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；b為土條的寬度；α為通過(guò)此條塊底面中點(diǎn)與條塊重力線的半徑之間夾角；u為作用于土條地面的孔隙壓力；V為水平、垂直地的震慣性力。計(jì)算成果如表2。

表2 最小安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)剖面計(jì)算表

根據(jù)計(jì)算成果表，左岸護(hù)坡計(jì)算的最小穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定的允許安全系數(shù)，即護(hù)坡穩(wěn)定滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)左岸邊坡的定性分析、定量計(jì)算表明，防護(hù)工程對(duì)岸坡進(jìn)行削坡和格賓石籠防護(hù)后，確保了左岸土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定，保障了水電站庫(kù)區(qū)的安全。