兩河口水電站霧化區(qū)邊坡綜合治理措施

劉玉興

(中鐵十八局集團第二工程有限公司，河北 唐山 063000)

1 工程概況

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，電站壩址位于雅礱江干流與支流鮮水河的匯合口下游約2km河段，壩址控制流域面積為6.57萬km2，壩址處河流多年平均流量666m3/s，電站采用壩式開發(fā)，開發(fā)任務以發(fā)電為主，兼顧防洪。兩河口水電站樞紐建筑物由礫石土心墻堆石壩、洞式溢洪道、深孔泄洪洞、放空洞、漩流豎井泄洪洞、地下發(fā)電廠房、引水及尾水建筑物等組成，采用“攔河礫石土心墻堆石壩+右岸引水發(fā)電系統(tǒng)+左岸泄洪、放空系統(tǒng)+左、右岸導流洞”的工程樞紐總體布置格局，泄洪消能方式為挑流泄洪。

針對水電站泄洪產(chǎn)生的霧化問題，練繼建等[1]基于國內(nèi)外相關研究成果和工程實踐應用，構(gòu)建了中國高壩樞紐霧雨場源及防護體系，凝練了當前高壩樞紐泄洪霧化的發(fā)展成果和技術瓶頸。慕洪友等[2]依據(jù)Matlab計算的霧化分區(qū)分級結(jié)果，分析了RM水電站泄洪霧化特點，提出了霧雨區(qū)邊坡防治對策。楊銀輝等[3]通過對二灘水電站大壩下游兩岸工程邊坡變形破壞區(qū)的地質(zhì)條件和泄洪霧化影響進行分析，發(fā)現(xiàn)了導致邊坡變形破壞的內(nèi)因及外因。劉志國等[4]針對豐滿水電站重建工程中的挑流消能方案，采用隨機濺水數(shù)學模型對霧化降雨進行了數(shù)值模擬，證明了該工程分區(qū)挑流方案對控制霧化范圍的有效性和霧化降雨對壩后及下游建筑物的影響有限，給出了泄洪運行調(diào)度的建議方案。陳毅峰等[5]以象鼻嶺水電站為背景，結(jié)合霧化區(qū)預測影響范圍及霧化區(qū)邊坡地質(zhì)條件，制定了分區(qū)防護措施。李建會等[6]針對角壩堆積體對猴子巖水電站下游邊坡穩(wěn)定的不利影響，提出了新的加固方案，保證了工程進度，增加了邊坡穩(wěn)定安全裕度。張旻[7]根據(jù)物理模型預報泄洪水舌與泄洪霧化雨強分布，對錦屏一級水電站泄洪洞泄洪霧化影響進行了綜合分析，并據(jù)此采取了防護措施。向柏宇等[8]采用定性宏觀評價與半定量評價(CSMR)相結(jié)合的方法，對大崗山水電站霧化區(qū)左、右岸環(huán)境邊坡危巖體進行了穩(wěn)定狀態(tài)評價和失穩(wěn)模式的劃分，并對環(huán)境邊坡危巖體進行了分區(qū)治理。

2 霧化降雨影響范圍分區(qū)

兩河口水電站在洞式溢洪道和深孔泄洪洞全部開啟泄洪的情況下，霧化源主要有兩個：一是洞式溢洪道挑流泄洪時形成的雨霧；二是深孔泄洪洞挑流泄洪時形成的雨霧。霧化影響區(qū)范圍縱向上長約1365m[以溢洪道出口挑坎0+950樁號為起點(溢出)0+000]，爬升最大高程至2780.00m，最大影響高度約200m。

根據(jù)工程區(qū)雨強資料，把左右岸分別分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個級別的霧化降雨區(qū)。

3 霧化區(qū)邊坡地質(zhì)條件

3.1 霧化區(qū)左岸邊坡地質(zhì)條件

左岸主要針對Ⅳ區(qū)進行工程地質(zhì)評價。

Ⅳ區(qū)以洞式溢洪道出口挑坎(溢)0+950樁號為起點(溢出)0+000，Ⅳ區(qū)樁號為(左溢出)0+700～1+060，高程2627.00～2780.00m。該區(qū)地形坡度約40°，地形較完整，有淺溝切割。岸坡主要為覆蓋層，基巖零星裸露。該區(qū)在2756.14m高程布置有鉆孔，孔深50.6m。0～12m為覆蓋層，12～50.6m為T3lh2(5)層粉砂質(zhì)板巖與絹云母板巖互層。弱上風化0～46m，弱下風化46～50.6m(未揭穿)。下伏基巖淺表為弱風化強卸荷的Ⅴ類巖體，巖體較破碎。岸坡為橫向谷，整體穩(wěn)定性好；淺表覆蓋層及破碎巖體在雨霧影響下，穩(wěn)定性差，可能出現(xiàn)塌滑或坡面泥石流，應有必要的工程處理措施。左岸霧化區(qū)Ⅳ區(qū)邊坡現(xiàn)狀見圖1。

圖1 左岸霧化區(qū)Ⅳ區(qū)邊坡

3.2 霧化區(qū)右岸邊坡地質(zhì)條件

Ⅰ區(qū)：以洞式溢洪道出口挑坎0+950m樁號為起點(溢出)0+000，右岸Ⅰ區(qū)樁號為(右溢出)0+080～0+160，高程2627.00～2720.00m。該區(qū)地形坡度約45°，地形較完整。岸坡主要為覆蓋層，基巖零星裸露。據(jù)鉆孔揭示，覆蓋層厚2.8～6.5m，為崩坡積的塊碎石土。下伏基巖淺表為弱風化強卸荷的Ⅴ類巖體，巖體較破碎。岸坡為橫向谷，整體穩(wěn)定性好；淺表覆蓋層及破碎巖體在雨霧影響下，穩(wěn)定性差，應有必要的工程處理措施。

Ⅱ區(qū)：右岸Ⅱ區(qū)樁號為(右溢出)0+160～0+420，高程2627.00～2760.00m。該區(qū)地形坡度約40°，岸坡主要為覆蓋層，基巖零星裸露。據(jù)鉆孔揭示，覆蓋層厚5.7～6.5m，為崩坡積的塊碎石土。岸坡表覆蓋層、破碎巖體及傾倒巖體在雨霧影響下，穩(wěn)定性差，可能出現(xiàn)塌滑或坡面泥石流，應有必要的工程處理措施。右岸霧化區(qū)Ⅰ、Ⅱ區(qū)邊坡現(xiàn)狀見圖2。

圖2 右岸霧化區(qū)Ⅰ、Ⅱ區(qū)邊坡

Ⅲ區(qū)：右岸Ⅲ區(qū)樁號為(右溢出)0+420～0+940，其中(右溢出)0+420～0+560之間，地形完整性較差，無名溝切割較深。岸坡主要為覆蓋層，基巖零星裸露，勘探揭示覆蓋層厚2～6m。無名溝內(nèi)覆蓋層分布較厚，據(jù)鉆孔揭示，覆蓋層厚6.65～20.6m。無名溝走向與地層小角度相交，兩岸淺表發(fā)育有傾倒變形巖體，應有必要的防護措施。(右溢出)0+560～0+630之間岸坡主要為覆蓋層，基巖零星裸露。無名溝下游側(cè)勘探揭示覆蓋層厚2～6m。下伏基巖淺表為弱風化強卸荷的Ⅴ類巖體，巖體較破碎。鑒于岸坡為橫向谷，整體穩(wěn)定性好，淺表覆蓋層、破碎巖體及無名溝淺表傾倒巖體在雨霧影響下穩(wěn)定性差，可能出現(xiàn)塌滑或坡面泥石流，應有必要的工程處理措施。(右溢出)0+630～0+940之間邊坡，勘探揭示高程2820.00m以下覆蓋層厚2～12m，高程2820.00m以上，植被發(fā)育，覆蓋層堆積較厚，據(jù)鉆孔揭示，厚16～28.9m。鑒于岸坡為橫向谷，整體穩(wěn)定性好，影響區(qū)內(nèi)覆蓋層及淺表松散巖體穩(wěn)定性差，可能出現(xiàn)塌滑或坡面泥石流，應有必要的工程處理措施。右岸霧化區(qū)Ⅱ、Ⅲ區(qū)邊坡現(xiàn)狀見圖3。

圖3 右岸霧化區(qū)Ⅱ、Ⅲ區(qū)邊坡

Ⅳ區(qū)：右岸Ⅳ區(qū)樁號為(右溢出)0+940～1+130，高程2627.00～2700.00m。該區(qū)地形坡度高程2650.00m以下35°，以上地形坡度約20°，地形完整性較差，淺溝較發(fā)育。覆蓋層廣泛分布，勘探揭示厚3～11m。影響區(qū)內(nèi)覆蓋層及淺表松散巖體穩(wěn)定性差，可能出現(xiàn)塌滑或坡面泥石流，應有必要的工程處理措施。右岸霧化區(qū)Ⅲ、Ⅳ區(qū)邊坡見圖4。

圖4 右岸霧化區(qū)Ⅲ、Ⅳ區(qū)邊坡

4 霧化區(qū)兩岸邊坡防護措施

4.1 霧化區(qū)左岸邊坡防護措施

左岸霧化區(qū)邊坡加固處理范圍為溢洪道挑坎出口下游(左溢出)0+700～1+060(Ⅳ區(qū))。霧化區(qū)左岸邊坡加固處理措施如下：

高程262.007～2650.00m范圍內(nèi)，貼坡C25混凝土，平均厚度0.5m；坡面布置系統(tǒng)錨桿φ25，L=3.0m和φ25，L=4.5m，錨桿間、排距為2.0m；坡面布置排水孔φ50，L=4.0m，間、排距3.0m，排水孔中布置外包土工布φ40，L=4.0m的PVC排水花管。

高程2650.00～2700.00m范圍內(nèi)，坡面布置框格梁護坡，框格梁間、排距為4.0m，框格梁尺寸為0.5m×0.5m；框格梁中間噴C25混凝土，厚15cm，掛防護網(wǎng)φ6.5@15cm×15cm；框格梁節(jié)點布置錨筋束3φ28，L=9.0m，框格梁定位錨桿根據(jù)實際情況采用普通水泥砂漿錨桿或自進式錨桿φ28，L=6.0m，間、排距2.0m，定位錨桿位于框格梁上；坡面布置排水孔φ90，L=4.0m，間、排距3.0m，排水孔中布置外包土工布φ75，L=4.0m的PVC排水花管。

高程2700.00～2780.00m(14號施工便道路面高程)范圍內(nèi)，坡面布置框格梁護坡，框格梁間、排距為4.0m，框格梁尺寸為0.5m×0.5m，框格梁中間噴C25混凝土，厚15cm，掛防護網(wǎng)φ6.5@15cm×15cm；框格梁節(jié)點布置錨筋束3φ28，L=9.0m，框格梁定位錨桿根據(jù)實際情況采用普通水泥砂漿錨桿或自進式錨桿φ28，L=6.0m，間、排距2.0m，定位錨桿位于框格梁上；坡面布置排水孔φ90，L=4.0m，間、排距3.0m，排水孔中布置外包土工布φ75，L=4.0m的PVC排水花管；此范圍內(nèi)根據(jù)覆蓋層厚度及邊坡具體情況局部布置4排或8排P=1000kN，L=30～70m的預應力錨索，錨索位于框格梁節(jié)點上，間距4.0m，垂直高差為4.0m。

4.2 霧化區(qū)右岸邊坡防護措施

右岸霧化區(qū)邊坡加固處理范圍為右岸泄洪霧化區(qū)Ⅳ區(qū)高程2660.00m以下、其他區(qū)(Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū))高程2680.00m以下。具體右岸泄洪霧化區(qū)邊坡加固處理措施如下：

溢洪道挑坎出口下游(右溢出)0+080～0+160(Ⅰ區(qū))，即高程2627.00～2680.00m范圍，貼坡C25混凝土，平均厚度0.5m；坡面布置系統(tǒng)錨桿φ25，L=3.0m和φ25，L=4.5m，錨桿間、排距為2.0m；邊坡布置排水孔φ50，L=4.0m，間、排距3.0m，排水孔中布置外包土工布φ40，L=4.0m的PVC排水花管；布置兩排P=1000kN錨索于混凝土面板上，錨索間距5.0m。

溢洪道挑坎出口下游(右溢出)0+160～0+420(Ⅱ區(qū))，即高程2627.00～2680.00m范圍，貼坡C25混凝土，平均厚度0.5m；坡面布置系統(tǒng)錨桿φ25，L=3.0m和φ25，L=4.5m，錨桿間、排距為2.0m；邊坡布置排水孔φ50，L=4.0m，間、排距3.0m，排水孔中布置外包土工布φ40，L=4.0m的PVC排水花管。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，局部布置P=1000kN，L=30～50m的預應力錨索。

溢洪道挑坎出口下游(右溢出)0+420～0+940(Ⅲ區(qū))，即高程2627.00～2680.00m范圍，貼坡C25混凝土，平均厚度0.5m；坡面布置系統(tǒng)錨桿φ25，L=3.0m和φ25，L=4.5m，錨桿間、排距為2.0m；邊坡布置排水孔φ50，L=4.0m，間、排距3.0m，排水孔中布置外包土工布φ40，L=4.0m的PVC排水花管。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，局部布置P=1000kN，L=30～50m的預應力錨索。

溢洪道挑坎出口下游(右溢出)0+940～1+130(Ⅳ區(qū))，即高程2627.00～2660.00m范圍，貼坡C25混凝土，平均厚度0.5m；坡面布置系統(tǒng)錨桿φ25，L=3.0m和φ25，L=4.5m，間、排距為2.0m；邊坡布置排水孔φ50，L=4.0m，間、排距3.0m，排水孔中布置外包土工布φ40，L=4.0m的PVC排水花管。

5 結(jié) 論

本文通過對泄洪霧化降雨影響范圍分區(qū)和兩岸邊坡地質(zhì)條件的分析，發(fā)現(xiàn)兩河口水電站大壩下游兩岸邊坡線性破壞主要受岸坡巖體中局部結(jié)構(gòu)面不利組合形成的楔形塊體滑移拉裂變形和霧化降雨引起地下水位抬高對結(jié)構(gòu)面性狀的不利影響所控制，結(jié)合內(nèi)外因，總結(jié)出兩岸邊坡分區(qū)防護措施，可為類似霧化區(qū)邊坡防護工程提供借鑒。

淺層支護：A型貼坡C25混凝土，平均厚度0.5m；坡面布置系統(tǒng)錨桿φ25，L=3.0m和φ25，L=4.5m兩種，間、排距為2.0m；基巖坡面布置排水孔φ76，L=4.0m，間、排距3.0m，排水孔中布置有外包土工布φ50，L=1.0m的PVC排水花管；覆蓋層坡面布置排水孔φ90，L=4.0m，間、排距3.0m，排水孔中布置有外包土工布φ75，L=4.0m的PVC排水花管。B型坡面布置框格梁護坡，框格梁間、排距為4.0m，截面尺寸為0.5m×0.5m；中間噴C25混凝土，厚15cm，掛網(wǎng)φ6.5@15cm×15cm；框格梁節(jié)點布置錨筋束3φ28，L=9.0m，定位錨桿采用自進式錨桿φ28，L=6.0m，間、排距為2.0m；覆蓋層坡面排水孔布置與A型相同。C型坡面噴C25混凝土，厚15cm，掛網(wǎng)φ6.5@15cm×15cm；坡面布置系統(tǒng)錨桿φ28，L=6.0m，間、排距為2.0m；坡面布置排水孔φ76，L=5.0m，間、排距3.0m，排水孔中布置外包土工布φ50，L=1.0m的PVC排水花管。

深層支護：采用1860MP，公稱直徑15.20mm的錨索鋼絞線，設計安裝噸位1500kN及1000kN，左岸霧化區(qū)設計孔深40～65m，間距4m；右岸霧化區(qū)設計孔深30～60m，間距5m。