馬 俊，李雙寶，鄧良軍

（中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650051）

1 工程地質(zhì)條件

金安橋水電站樞紐區(qū)河谷為 “V”字形，兩岸地形陡峻。出露地層為二疊系上統(tǒng)玄武巖組上段（P2β3），巖性有致密玄武巖、杏仁狀玄武巖、火山角礫熔巖夾5層凝灰?guī)r夾層。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西部邊緣的麗江臺(tái)緣褶皺帶內(nèi)，地處青藏高原東南側(cè)滇西北新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈活動(dòng)部位。根據(jù)國(guó)家地震局地質(zhì)研究所對(duì)場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)成果，工程區(qū)地震基本烈度達(dá)Ⅷ度，100年超越概率2%水平地震動(dòng)峰值加速度為0.399 g。河谷為縱向谷，左岸為順向坡，右岸為逆向坡。樞紐區(qū)建筑物布置緊湊，各部位邊坡開挖互相影響，開挖邊坡所處區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜。左岸樞紐區(qū)還分布有B1、B2和B20三個(gè)大型崩塌堆積體，其方量較大，覆蓋層厚，組成性質(zhì)復(fù)雜，樞紐區(qū)邊坡設(shè)計(jì)有較大難度。

2 邊坡設(shè)計(jì)原則

根據(jù)地質(zhì)條件和工程建筑物布置，邊坡總體設(shè)計(jì)原則如下：

（1）根據(jù)建筑物等級(jí)，分部位確定邊坡安全等級(jí)的控制標(biāo)準(zhǔn)。地震動(dòng)參數(shù)采用專題評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)，并考慮施工爆破震動(dòng)效應(yīng)的影響；針對(duì)薄弱的凝灰?guī)r夾層、凝灰?guī)r接觸帶和崩塌堆積體，進(jìn)行巖土物理力學(xué)參數(shù)反演分析；對(duì)坡外水位驟降和崩塌堆積體暴雨孔隙水壓力進(jìn)行敏感性研究復(fù)核。結(jié)合計(jì)算分析成果，安全標(biāo)準(zhǔn)基本采用地質(zhì)建議指標(biāo)的中、高限值。

（2）地質(zhì)勘查工作結(jié)論表明，金安橋邊坡失穩(wěn)主要模式是以凝灰?guī)r夾層和綠泥石石英錯(cuò)動(dòng)面等薄弱部位為潛在滑動(dòng)面的整體滑移型失穩(wěn)，以堆積體底界接觸帶為潛在滑動(dòng)面的整體蠕動(dòng)推移變形破壞、巖體及堆積體松散結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成的圓弧形淺表層牽引式崩塌破壞。根據(jù)破壞模式，初擬邊坡的開挖支護(hù)比例，以安全為前提，結(jié)合經(jīng)濟(jì)合理性比較，最終確定邊坡開挖和支護(hù)設(shè)計(jì)方案。采取動(dòng)態(tài)追蹤設(shè)計(jì)理念，對(duì)監(jiān)測(cè)和施工方案提出要求，掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)狀況、施工情況和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，以適用于工程實(shí)際。

（3）根據(jù)重力壩和壩后廠房的布置，壩肩邊坡采取開挖和支護(hù)并重的形式進(jìn)行處理。對(duì)薄弱地質(zhì)缺陷部位有針對(duì)性地采取加強(qiáng)支護(hù)的形式。結(jié)合左岸壩頂和纜機(jī)平臺(tái)交通，對(duì)壩軸線下游的B2、B20崩塌堆積體采取強(qiáng)開挖、少支護(hù)的處理方式，在開挖至堆積體自穩(wěn)的前提下對(duì)坡面和后緣陡巖面進(jìn)行支護(hù)處理。根據(jù)溢洪道消力池布置特點(diǎn)，對(duì)右岸交通及消力池邊坡采取陡開挖強(qiáng)支護(hù)的處理方式。對(duì)左岸壩前庫(kù)岸邊坡B1堆積體采取加強(qiáng)觀測(cè)暫不支護(hù)的處理方式。

（4）對(duì)上限解法和下限解法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，然后采用了瑞典條分法、畢肖普 （Bishop）法、 詹布 （Janbu） 法， 摩根斯坦－普萊斯（Morgenstern-Price）法、潘家錚法、薩爾瑪（Sarma）法比較驗(yàn)算，以目前廣泛應(yīng)用的能量法上限解 （EMU）軟件作為主要計(jì)算分析程序，結(jié)合有限元靜力、動(dòng)力分析，最終計(jì)算得到邊坡安全系數(shù)，作為邊坡設(shè)計(jì)參考。

3 邊坡處理措施

根據(jù)地質(zhì)勘查資料及計(jì)算分析成果，參考其他同類工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合邊坡的自身特點(diǎn)，對(duì)金安橋水電站邊坡分別進(jìn)行以下處理。

3.1 左岸壩前庫(kù)岸邊坡

左岸壩前庫(kù)岸邊坡為B1崩塌堆積體。穩(wěn)定分析計(jì)算成果表明，堆積體整體滑動(dòng)的可能性不大，但存在沿淺表層滑動(dòng)失穩(wěn)的可能，堆積體中央厚度較大區(qū)域沿凝灰?guī)r夾層整體滑動(dòng)的安全系數(shù)未達(dá)到控制安全標(biāo)準(zhǔn)。動(dòng)力有限元計(jì)算成果表明，上游側(cè)1 570 m高程以上邊坡地形外凸部位在地震工況時(shí)穩(wěn)定性也較差。鑒于該崩塌堆積體距離主體建筑物較遠(yuǎn)，失事后造成的損失可控，故采取加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)追蹤的方案，增加地勘測(cè)量工作量，獲取詳細(xì)的地質(zhì)和水文資料。對(duì)資料進(jìn)一步分析后，優(yōu)化了開挖支護(hù)方案，重點(diǎn)追蹤蓄水水位變幅區(qū)的變形觀測(cè)，僅保留地表截排水措施。

3.2 重力壩壩基及壩肩開挖邊坡

左岸邊坡分布的陡傾結(jié)構(gòu)面均比邊坡開挖面陡，塊體沿凝灰?guī)r夾層整體滑動(dòng)的可能性不大，邊坡發(fā)生傾倒破壞的可能性也不大，整體穩(wěn)定性較好。靜、動(dòng)力有限元分析表明，邊坡開挖完成后，開挖區(qū)附近及壩肩邊坡淺表層塑性區(qū)安全系數(shù)較低，甚至出現(xiàn)局部拉裂破壞區(qū)。邊坡開挖后暴露的綠泥石化巖體受開挖卸荷的影響，出現(xiàn)較大范圍的低應(yīng)力區(qū)，相應(yīng)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)降低。因此，在邊坡開挖后應(yīng)重視對(duì)綠泥石化巖帶的處理。

左岸壩肩邊坡除布置常規(guī)的噴混凝土錨桿支護(hù)措施外，還在纜機(jī)平臺(tái)外緣外荷載集中區(qū)布置了預(yù)應(yīng)力錨索；在裂面綠泥石化巖體出露區(qū)域增掛了鋼筋網(wǎng)；在開口線局部卸荷強(qiáng)烈、較破碎坡面和凝灰?guī)r夾層、綠泥石石英錯(cuò)動(dòng)面出露部位，采取預(yù)應(yīng)力錨桿和錨筋樁交叉鎖口的方式進(jìn)行處理。

右岸壩肩為逆層坡，計(jì)算結(jié)果顯示其整體穩(wěn)定性較好，大面積開挖揭露的火山角礫巖整體性較好。因此，僅對(duì)坡面采取常規(guī)噴混凝土錨桿系統(tǒng)支護(hù)，對(duì)凝灰?guī)r夾層和小斷層出露部位加強(qiáng)鎖口支護(hù)。

右岸沖溝無(wú)水，僅在開口線外布置坡外水截流設(shè)施。左岸壩肩分布有2條沖溝，汛期水量較大，除布置常規(guī)坡外截流設(shè)施外，還在坡頂陡崖以上平臺(tái)設(shè)計(jì)了沖溝擋水坎及集水坑，通過(guò)左岸高線排水隧洞將沖溝水引流至上游沖溝中排入金沙江。

3.3 尾水渠出口左岸邊坡

尾水渠出口左岸邊坡為B2崩塌堆積體。天然狀態(tài)下，在邊坡出露高程以上的松動(dòng)體和堆積體存在沿凝灰?guī)r夾層發(fā)生整體失穩(wěn)的可能；堆積體下游側(cè)附近還存在局部滑動(dòng)條件。結(jié)合左岸上壩公路、上纜機(jī)平臺(tái)支線公路、下部尾水平臺(tái)的布置，對(duì)堆積體進(jìn)行開挖減載后，堆積體和松動(dòng)體的穩(wěn)定狀況得到很大改善，各工況下邊坡的安全系數(shù)均能滿足設(shè)計(jì)要求。

開挖減載方案除了挖除B2崩塌堆積體總體積的50%以外，開挖綜合坡比還緩于1∶1.5，能夠保證堆積體自身穩(wěn)定。對(duì)開挖開口線、堆積體與基巖交界面、凝灰?guī)r夾層出露部位均采用了混凝土錨拉板封閉，在穿越堆積體的公路的外沿布置鎖口錨筋樁，必要部位設(shè)擋墻保證公路結(jié)構(gòu)的安全。此外，開挖的堆積體坡面多為散體泥夾石塊，為避免坡面局部的掉塊坍塌，在坡面布置混凝土網(wǎng)格梁附坡，網(wǎng)格梁間采用植草的方式固坡。

3.4 尾水及溢洪道下游左岸邊坡

尾水及溢洪道下游左岸邊坡為B20崩塌堆積體。天然狀態(tài)下穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表明，該崩塌堆積體安全系數(shù)大多處于安全臨界值附近，且分布范圍較大。下游A區(qū)堆積體覆蓋較厚，上游B區(qū)堆積體后緣有卸荷陡傾巖石出露。因施工臨時(shí)道路開挖和下部低線公路切腳，A區(qū)產(chǎn)生向河中偏下游側(cè)以凝灰?guī)r夾層為底界的蠕滑跡象，后緣出現(xiàn)拉裂縫。根據(jù)動(dòng)態(tài)追蹤設(shè)計(jì)原則，結(jié)合上壩高、低線公路及臨時(shí)連接線的布置，對(duì)B20堆積體進(jìn)行削坡減載的處理方案。著重挖除堆積體上部陡傾覆蓋物，保護(hù)下部壓腳，低線公路擋墻結(jié)構(gòu)采用衡重式混凝土擋墻。堆積體開挖總量約占總體積的35%，開挖綜合坡緩于1∶1.5。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)調(diào)整，施工完成后邊坡穩(wěn)定性明顯提高，監(jiān)測(cè)成果顯示堆積體變形衰減明顯，趨于自穩(wěn)。

開挖后，堆積體頂部形成一個(gè)陡峭基巖面，且開口線以外還存在一定厚度的強(qiáng)風(fēng)化陡崖。穩(wěn)定分析認(rèn)為，該巖面和陡崖需進(jìn)行系統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力錨索加固。為防止施工期爆破震動(dòng)引起零星掉塊，陡崖面增設(shè)了一道主動(dòng)貼坡防護(hù)網(wǎng)和兩道被動(dòng)防沖防護(hù)網(wǎng)。堆積體開挖面面積非常大，結(jié)合經(jīng)濟(jì)環(huán)保考慮，坡面鋪設(shè)機(jī)編活絡(luò)網(wǎng)，采用含養(yǎng)料回填土植草的支護(hù)方式。這樣既保證了坡面的美觀及環(huán)保要求，又有效地避免坡面掉塊塌方的發(fā)生。

B20崩塌堆積體與B2崩塌堆積體地表排水措施相同?？紤]到暴雨滯留在堆積體底界的孔隙水壓力對(duì)堆積體整體穩(wěn)定非常不利，因此在兩個(gè)堆積體底界接觸帶以下的火山角礫巖層中布置了3條貫通的排水洞，排水洞頂距離堆積體底界15～30 m，洞頂設(shè)置排水孔，排水孔要求打穿堆積體底界，將堆積體底界的滯留孔隙水經(jīng)排水洞引流至堆積體外排出。

3.5 溢洪道右岸開挖邊坡

由于邊坡處巖體質(zhì)量較好，經(jīng)剛體極限平衡法、靜 （動(dòng)）力有限元分析，邊坡沿弱風(fēng)化上部及以上巖體內(nèi)滑動(dòng)的安全穩(wěn)定系數(shù)較高，邊坡發(fā)生整體破壞的可能不大。設(shè)計(jì)開挖坡比較陡，對(duì)邊坡采用常規(guī)噴混凝土錨桿支護(hù)，鑒于下部反傾凝灰?guī)r出露部位卸荷后出現(xiàn)掉塊傾倒破壞，現(xiàn)場(chǎng)增加部分預(yù)應(yīng)力錨索。結(jié)合右岸上壩公路排水溝截留坡外水，對(duì)坡面反傾薄弱面增設(shè)反濾排水孔。

4 經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)

（1）引入動(dòng)態(tài)追蹤設(shè)計(jì)理念。金安橋水電站的邊坡設(shè)計(jì)借鑒小灣水電站的邊坡設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在動(dòng)態(tài)追蹤設(shè)計(jì)方面有了進(jìn)步和擴(kuò)展。在施工現(xiàn)場(chǎng)投入了大量的設(shè)計(jì)力量，根據(jù)施工揭示的實(shí)際地質(zhì)資料，結(jié)合全過(guò)程監(jiān)測(cè)成果分析，對(duì)邊坡實(shí)行先總體規(guī)劃，再分區(qū)布置，最后局部?jī)?yōu)化調(diào)整的設(shè)計(jì)思路。在保證工程質(zhì)量和安全的前提下，保障了施工進(jìn)度。整個(gè)工程的邊坡設(shè)計(jì)達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、便于施工的高標(biāo)準(zhǔn)。

（2）重視邊坡的截水、防水、排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。防滲和排水是改善和提高邊坡穩(wěn)定性的有效措施。金安橋水電站邊坡設(shè)計(jì)遵循這一設(shè)計(jì)思路，為降低邊坡地下水位，減少滲水壓力，改善邊坡穩(wěn)定條件，采用了以地下排水為主，地表截、防、排水為輔的綜合措施，形成了一套行之有效的邊坡防、排水設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

（3）建立了一套完整的邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并重視監(jiān)測(cè)反饋數(shù)據(jù)的分析研究，為邊坡的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)建立了完備的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。金安橋水電站在整個(gè)施工過(guò)程中都加入了大量的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，對(duì)收集整理的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致的研究分析，邊坡設(shè)計(jì)據(jù)此進(jìn)行合理調(diào)整和優(yōu)化，做到了設(shè)計(jì)與實(shí)踐緊密聯(lián)系，設(shè)計(jì)層次主次分明，重點(diǎn)部位重點(diǎn)支護(hù)，條件改善部位優(yōu)化到位，最大限度地達(dá)到了設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理性。

（4）對(duì)地質(zhì)薄弱部位加強(qiáng)支護(hù)措施。金安橋水電站邊坡巖體呈現(xiàn)分層次出露特征，巖性變化較明顯，加之樞紐區(qū)Ⅱ、Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面分布較廣，切割復(fù)雜，若采取單一大范圍的支護(hù)形式則不符合實(shí)際情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)揭露巖性，在火山角礫巖和玄武巖部位僅實(shí)施常規(guī)錨固，但在出露凝灰?guī)r夾層、綠簾石石英錯(cuò)動(dòng)面、結(jié)構(gòu)面切割復(fù)雜部位和開挖開口線部位采取交叉鎖口長(zhǎng)錨桿、鋼筋網(wǎng)、擋墻、混凝土塞等相應(yīng)加固措施，更加安全合理。

（5）思路開拓創(chuàng)新，引入新技術(shù)成果。對(duì)大面積堆積體開挖面，引進(jìn)了適宜干熱河谷氣候條件下生長(zhǎng)的植草護(hù)坡技術(shù)。通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合自身?xiàng)l件，得到了合理可行的草籽配合比，采用了當(dāng)?shù)剡m用的肥料和土壤配比。新技術(shù)大幅提高了施工進(jìn)度，節(jié)省了建筑材料，并且實(shí)現(xiàn)了 “以綠還綠”的環(huán)保設(shè)計(jì)構(gòu)想。在邊坡的其他設(shè)計(jì)技術(shù)方面也采用了國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)和材料，力求達(dá)到邊坡設(shè)計(jì)與時(shí)俱進(jìn)。