王界雄，董瑜斐

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

隨著我國大規(guī)模能源開發(fā)及其它大型工程的興建,高陡邊坡穩(wěn)定性安全監(jiān)測已經普遍開展,并形成具有當今特色的主要安全監(jiān)測課題之一。在我國西南、西北地區(qū)水能資源開發(fā)中遇到的高陡邊坡,大多分布在南北向地震構造帶及其以西地區(qū)。巖體結構復雜,谷坡深部地應力較高,構成了這一地區(qū)高陡邊坡復雜的巖體力學環(huán)境條件。在這樣的條件下修建高壩大庫,高陡斜坡穩(wěn)定性安全監(jiān)測問題不僅將對工程修建的可行性決策起到重要作用,而且對高陡邊坡的穩(wěn)定性研究、設計、施工及運行期的安全等都是必不可少的。

大崗山水電站是大渡河干流近期開發(fā)的大型水電工程之一,它位于四川省西部大渡河中游。電站擬采用混凝土雙曲拱壩,總裝機260萬kW。右岸壩頂邊坡物質組成及結構特征復雜,且坡體深部有長大裂隙帶發(fā)育,其穩(wěn)定性直接影響著大壩的安全。

為了進行電站壩區(qū)高邊坡安全監(jiān)測設計,對位于右岸壩肩邊坡的穩(wěn)定性進行了深入細致研究。電站右岸壩頂邊坡谷坡高陡,開挖高度150～200 m,而且坡體深部發(fā)育有中緩傾坡外的XL316和XL9-15兩個長大裂隙密集帶,壩頂以下有與之相接的f231底滑面剪出，加之該區(qū)域為高地震烈度區(qū),一旦發(fā)生地震,將嚴重威脅壩頂邊坡的穩(wěn)定性,對電站的建設及運行產生重大影響,不但會延誤工期,而且將會造成巨大的經濟損失和嚴重的社會影響。因此,邊坡的安全監(jiān)測設計對驗證邊坡的開挖支護措施,研究坡體深部長大裂隙變化情況和邊坡的穩(wěn)定性,指導工程的進一步優(yōu)化設計與合理施工,保證邊坡工程在施工和運行期的安全,電站的建設和正常運行等具有十分重要的工程實踐意義。

2 基本地質資料

2.1 地形地貌

壩址區(qū)兩岸山體雄厚，谷坡陡峻，基巖裸露，自然坡度一般40°～65°，相對高差一般在600m以上。左岸海流溝、右岸銅槽溝為較大的支溝，海流溝口以上大渡河河谷呈“V”形峽谷，向下游河谷相對寬緩。

2.2 地層巖性

2.3 地質構造

無區(qū)域斷裂切割，構造型式以沿脈巖發(fā)育的擠壓破碎帶、斷層和節(jié)理裂隙為特征。

(1)斷層。右岸拱肩槽上游邊坡除前期勘探揭示的f231、f220等斷層外，還新揭示了f218、fj605等斷層。

(2)節(jié)理裂隙。右岸拱肩槽上游邊坡主要發(fā)育5組節(jié)理裂隙。

2.4 風化卸荷

根據招標階段的風化卸荷劃分標準，并結合邊坡開挖后對巖體風化卸荷的詳細復核資料，右岸拱肩槽上游邊坡主要為弱風化上段—微新巖體，其中弱風化上段主要分布于開口線附近，弱風化下段主要分布于1 120m高程以上，微新分布于1 120m高程以下。

右岸巖體卸荷在垂直空間上，卸荷深度有總體隨高程的降低而明顯減弱的趨勢，且受微地形、巖性及構造等影響具一定程度的不均一性特點。強卸荷主要分布于開口線附近，弱卸荷主要分布于1 120m高程以上。共揭露XL316-1、XL9-15兩條中等傾角卸荷裂隙集中發(fā)育帶。

2.5 水文地質條件

樞紐區(qū)地下水類型按賦存條件可分為基巖裂隙水和第四系松散堆積層孔隙潛水二種類型。基巖裂隙水按其埋藏條件可進一步分為基巖裂隙潛水和基巖裂隙承壓水。

據調查，右岸邊坡地下水以基巖裂隙水為主，地下水位水平深度一般20～100m。右岸邊坡多處存在脈狀或囊狀水。

2.6 巖體地應力特征

可研階段共作了7組孔徑法空間地應力和6孔水壓劈裂法平面應力測試。地應力測試資料表明，樞紐區(qū)內區(qū)域構造應力場作用方向表現為NWW～SEE向擠壓。樞紐區(qū)應力場是構造應力和自重應力疊加的應力場，而構造應力是樞紐區(qū)特別是左岸應力場的主要組成部分。

2.7 巖石(體)物理力學參數

壩區(qū)基本巖體質量是取決于多種因素的綜合，在充分研究壩區(qū)巖體結構類型及完整性、緊密程度、風化卸荷、裂隙發(fā)育程度和地下水狀況的基礎上，結合GB50287-2006《水力發(fā)電工程地質勘察規(guī)范》，針對大崗山壩區(qū)的地質特點，將壩區(qū)工程巖體質量分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四類。其中Ⅲ類巖體進一步劃分為Ⅲ1和Ⅲ2兩個亞類，Ⅴ類巖體進一步劃分為Ⅴ1和Ⅴ2兩個亞類。

壩區(qū)結構面主要為斷層和節(jié)理裂隙，其力學特性主要取決于結構面的充填情況及充填物的性狀，按其性狀和充填物情況劃分為剛性結構面和軟弱結構面兩類。剛性結構面按隙壁接觸緊密程度與蝕變特征細分為膠結結構面、蝕變結構面和張開結構面三類；軟弱結構面按其成因類型、充填物厚度、物質組成等細分為三類。

f231斷層為右岸邊坡主要控制底滑面，主要揭露點有PD308平洞、PD314平洞、6號公路隧洞、AGR5灌漿平洞、1 090～1 130m右岸壩基、1 070～1 130m右岸上、下游邊坡等，N0°～6°W /NE∠39°～47°，起伏，在1 075m高程與β62交匯一帶有一高約2～5m的陡坎，局部傾角達70°，帶寬7～30cm，由碎裂巖、角礫巖、碎粉巖組成?，F場調查與破碎帶物理力學試驗成果表明，屬B1巖塊巖屑型—B2巖屑夾泥型，建議抗剪斷強度參數采用f′=0.42，c′=0.07，飽和折減系數取0.87。

3 右岸邊坡監(jiān)測布置原則

右岸壩肩邊坡物質組成及結構特征復雜,且坡體深部有長大裂隙帶發(fā)育,其穩(wěn)定性直接影響著大壩的安全。結合電站右岸壩肩邊坡的穩(wěn)定情況、地質條件和處理支護措施，遵循以下原則進行設計：

(1)安全監(jiān)測項目、監(jiān)測斷面和測點布置目的明確、重點突出、宏觀監(jiān)測和局部監(jiān)測相互兼顧。監(jiān)測項目統(tǒng)籌安排，在不同時期可反映出不同的重點，并可為施工期和運行期邊坡的安全分析評價提供可靠的監(jiān)測數據依據。

(2)所選擇的監(jiān)測設備經濟合理，可靠穩(wěn)定，并充分考慮施工和觀測方便。在后期能較為方便地納入工程安全監(jiān)測系統(tǒng)中，并實現自動化監(jiān)測。

4 右岸邊坡監(jiān)測布置體系

右岸壩肩邊坡安全監(jiān)測的內容和項目主要包括表面變形、巖體內部的變形、支護應力等，以期較為全面地掌握邊坡的穩(wěn)定情況。

4.1 右岸邊坡表面變形監(jiān)測設計

右岸邊坡表面監(jiān)測設立36個外部觀測墩。開挖邊坡上部的自然邊坡設3個測點，纜機平臺基礎及其以上開挖邊坡設10個測點，纜機平臺以下～1 040.00m高程以下開挖邊坡設23個測點，組成4個縱向觀測斷面。表面測點全面控制了f231在地表出露邊界兩側的變形，利用外部變形監(jiān)測水平位移及垂直位移基準網，采用大地測量方法，同時監(jiān)測水平位移和垂直位移。

4.2 右岸邊坡淺表監(jiān)測

邊坡淺部主要指開挖及其影響區(qū)域范圍。

根據大崗山邊坡的地質特點，監(jiān)測儀器按開挖高程分三個區(qū)域布設：

(1)纜機平臺基礎及以上邊坡布設2套多點位移計、15臺錨索測力計、21套錨桿應力計、12個測斜孔和1個地下水監(jiān)測點。其中部分儀器穿過XL9-15。

(2)纜機平臺以下至壩頂高程邊坡布設8套多點位移計、13套錨桿應力計、4套錨索計和4個測斜孔。其中部分測斜孔和多點位移計測點安裝深度穿過斷層f231、f166，卸荷裂隙XL9-15、β85巖脈及β219巖脈，主要測點穿過主要斷層上、下盤，能有效監(jiān)測斷層之間塊體變形情況。

(3)右岸壩頂以下高程共布設7套多點位移計、7套錨桿應力計、7套錨索計和3個測斜孔。其中部分測斜孔和多點位移計測點安裝深度穿過斷層f231、β85巖脈及β62巖脈，主要測點穿過主要斷層或巖脈上、下盤，能有效監(jiān)測斷層之間的塊體變形。

4.3 右岸邊坡深部變形監(jiān)測

深部變形監(jiān)測主要是了解深部卸荷密集帶在開挖過程和蓄水初期運行中的變形情況，進一步檢驗邊坡整體穩(wěn)定性和安全裕度。

根據工程地質情況及安全監(jiān)測需要，利用右岸邊坡現有的地質勘探平洞，對其深部變形情況進行監(jiān)測。監(jiān)測儀器有石墨收斂計、裂縫計和漿砌條帶，具體布置見表1。

表1 右岸開挖邊坡地勘平洞監(jiān)測儀器布設統(tǒng)計

右岸壩肩邊坡用于深部監(jiān)測的勘探平洞及灌漿平洞共有11個。在PD321(EL1301.80)、PD322(EL1267.05)、PD323(EL1220.34)平洞與XL09-15卸荷裂隙帶相交處各布設2支測縫計，監(jiān)測其高程方向上下錯動和水平變形情況。在PD321-1(EL1 305.10)、PD316(EL1 300.46)、PD322-1(EL1 269.57)、PD322(EL1267.05)平洞與XL316-1相交處各布設2支測縫計監(jiān)測其高程方向上下錯動和水平變形情況。在PD323-2(EL1 220.34)、PD323(EL1 220.34)平洞與f208斷層相交處各布置2支測縫計監(jiān)測其高程方向上下錯動和水平變形情況。在PD308(EL1 137.55)、PD314(EL1 107.00)平洞右岸AGR5(EL1 135.00)灌漿洞與f231斷層相交處各布置2支測縫計監(jiān)測其高程方向上下錯動和水平變形情況。

分別在PD316(EL1 300.46)、PD09(EL1 225.00)、PD09(EL1107.00)平洞內設置石墨桿式收斂計；在PD321、PD316、PD322、PD308、PD314平洞內設置砂漿條帶。

4.4 右岸邊坡加固處理措施監(jiān)測

右岸深部卸荷密集帶加固措施包括：邊坡錨索、防排水措施、6層抗剪洞、2層錨固洞及3層斜井等。

根據右岸卸荷密集帶處理的結構布置特點及其施工措施，布置錨索測力計對邊坡錨索錨固力進行監(jiān)測；在各高程錨固洞、抗剪洞及斜井內各選擇1～2個典型監(jiān)測斷面，分別在每個監(jiān)測斷面的圍巖及一期混凝土襯砌內部布置2套三點式多點位移計和相應錨桿應力計、鋼筋計，監(jiān)測相應圍巖(XL316-1、f231等)的穩(wěn)定及其受力情況。同時在其置換后的大體積二期混凝土內的最大應力部位布設壓應力計和五向應變計組，并在附近位置同時埋設無應力計。另外，適當布置錯位計，了解加固處理后卸荷帶相對變形情況。在1 120m高程的抗剪洞監(jiān)測斷面上布置滲壓計，了解地下水滲透壓力變化情況。在部分錨固洞的端頭布置單向測縫計，抗剪洞與周圍圍巖間布置錯位計，了解回填混凝土與端墻之間的縫隙開合相對變形情況。

4 結束語

通過表面監(jiān)測與巖體內部變形監(jiān)測相結合，對加固處理措施做相應的監(jiān)測布置。通過監(jiān)測數據的采集、分析，了解右岸邊坡施工期及蓄水期的變形情況，檢驗深部卸荷密集帶處理效果，為開挖支護設計、右岸山體的穩(wěn)定性分析及水電站正常運行提供資料。