田啟文，龐明亮，王雅雯

(1.中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，四川 成都 610072；2.成都理工大學(xué) 環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都 610058)

1 前 言

坪頭水電站首部樞紐主要建筑物由左岸向右岸依次為取水口、左岸擋水壩段、1孔沖沙閘、3孔泄洪閘、右岸擋水壩段，閘下游設(shè)護坦、海漫等消能建筑物。正常蓄水位913m，閘壩最大高度38.5m，閘頂長約108m。引水建筑物由進水口、引水隧洞、調(diào)壓室及壓力管道組成。電站取水口設(shè)置于美姑河左岸。坪頭水電站裝機3臺，為地下廠房。廠區(qū)樞紐主要建筑物由主、副廠房、安裝間、主變室及GIS室、出線洞及母線洞、尾水洞等組成。

2 區(qū)域地質(zhì)與地震

坪頭水電站工程區(qū)在區(qū)域構(gòu)造上處于四川西南部“川滇南北向構(gòu)造帶”與四川盆地“新華夏沉降帶”的交接地帶，挾持于普雄河斷裂帶、剎水壩-馬頸子斷裂與美姑河斷裂帶之間的相對穩(wěn)定塊體內(nèi)，屬涼山拗褶帶東亞區(qū)。塊體內(nèi)無大的斷裂構(gòu)造發(fā)育，新構(gòu)造活動不明顯，不具備發(fā)生強震的地震地質(zhì)背景。工程區(qū)附近歷史上無強震活動記載，其地震效應(yīng)屬工程區(qū)外圍強震活動的波及影響區(qū)，工程區(qū)屬基本穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)《美姑河坪頭水電站工程場地地震安全性評價報告》中的結(jié)論：閘址工程場地地震危險性主要來自于大涼山斷裂帶強震復(fù)發(fā)的影響；閘址和廠址工程場地的地震基本烈度均為Ⅶ度；閘址、廠址建筑物(50年，P=0.10)用基本烈度Ⅶ度作為設(shè)計烈度，可按其基巖場地設(shè)計水平峰值、加速度峰值分別為а=0.126g、0.119g進行抗震設(shè)計。

3 閘址區(qū)基本地質(zhì)條件

閘址區(qū)位于柳洪溝下游550～800m段的峽谷內(nèi)，河段流向自E轉(zhuǎn)為S75°E，又轉(zhuǎn)為N50°E，最后以近E向流出閘址區(qū)?？菟诤用娓叱碳s884.47m，水面寬23～31m，正常蓄水位913m時，谷寬83.9～102.7m，河谷斷面呈不對稱“V”形。左岸888～1 043m高程為基巖陡壁，岸坡坡度65°～80°，1 043m高程以上為覆蓋層斜坡，組成物為柳洪溝古滑坡堆積的塊碎石土，地形坡度30°～40°。右岸920～945m高程以下為漫灘及崩坡積堆積物，其上基巖裸露，岸坡坡度為75°～85°。

閘址區(qū)出露地層為寒武系上統(tǒng)(C3e)二道水組，大致分布于970m高程以下至谷底，其巖性為薄至中厚層狀灰至深灰色白云質(zhì)灰?guī)r、泥砂質(zhì)白云巖、灰質(zhì)白云巖夾少量泥質(zhì)灰?guī)r。巖層產(chǎn)狀：N20°～30°W/SW∠5°～12°，緩傾上游偏右岸，為斜向谷。

勘探揭露，閘址河床覆蓋層厚7.0～16.0m，右岸河漫灘及岸坡覆蓋層厚11.13～30.2m。根據(jù)河床覆蓋層物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)特征，由老到新分為5層：

第①層：含漂砂卵礫石層(alQ3)，分布于右岸河床底部，厚度為8.1～15.44m，該層結(jié)構(gòu)較緊密。第②層：紫紅色含砂黏土層(含砂粉土)(alQ3)，厚3.03～9.95m，最小埋深3.03m，分布于右岸閘軸線以上25m及以下約55m、高程902～912m范圍內(nèi)，從上游到下游逐漸變厚，護坦前端處尖滅。該層結(jié)構(gòu)較松散。第③層：孤塊(碎)石(col+alQ3)，分布于右岸河床中部(899.21～908.02m高程)，厚度變化較大，鉆孔揭示厚度為11.77～13.54m。第④層：含漂(塊)砂卵礫石層(alQ4)，分布在現(xiàn)代河床(903.211～883.77m高程)，厚度變化大，鉆孔揭示厚度為7.0～19.6m，該層結(jié)構(gòu)較緊密。第⑤層：淺黃褐色塊碎石土(colQ4)，分布于右岸Ⅰ級階地以上(公路以下)及谷坡坡腳處(公路以上)(938.2～945.7m高程)，厚1.22～15m，該層結(jié)構(gòu)較松散。

閘址區(qū)未見斷層分布，主要為節(jié)理裂隙，發(fā)育少量擠壓帶。據(jù)地表調(diào)查及平洞揭示，閘址區(qū)主要發(fā)育以下3組裂隙：第①組層面裂隙：N20°～30°W/SW∠5°～12°，延伸大于10m，一般閉合，局部張開0.5～2cm，充填有少量巖屑及次生泥，中等銹染，間距一般5～15cm，部分20～30cm；第②組順坡向裂隙：N65°～75°E/SE∠75°～80°，延伸大于10m，一般張開2～5cm，部分張開10～20cm，充填有巖塊、巖屑及次生泥，強烈銹染，間距一般5～20cm，部分0.5～1m；第③組垂直坡向裂隙：N10°～20°W/SW∠70°～80°，延伸大于10m，一般張開0.5～2cm，局部張開5～10cm，充填有巖塊、巖屑及次生泥，強烈銹染，間距一般10～20cm，部分0.6～2m。

根據(jù)鉆孔揭示，閘址區(qū)緩傾角裂隙較發(fā)育，以5°～15°為主，間距2～5m，裂面短小、微起伏粗糙、輕微銹染、閉合，多沿白云質(zhì)灰?guī)r層面發(fā)育。巖芯多呈短柱狀或半柱狀，部分呈碎塊狀。擠壓帶發(fā)育較少，一般長數(shù)十米、寬小于5cm，充填巖塊、巖屑，多有溶蝕作用。

地表巖溶現(xiàn)象調(diào)查表明：閘址區(qū)未見大的溶洞發(fā)育，巖溶現(xiàn)象主要表現(xiàn)為水平向的溶坑、溶隙，充填方解石及次生泥，多沿層面裂隙及順坡向裂隙發(fā)育，左岸河邊局部可見沿層面發(fā)育的溶蝕裂隙有地下水溢出。

閘址區(qū)物理地質(zhì)作用較為明顯，尤其是岸坡卸荷、表層土體變形失穩(wěn)等現(xiàn)象對工程有一定影響。白云質(zhì)灰?guī)r抗風(fēng)化能力較強，風(fēng)化作用主要沿結(jié)構(gòu)面及泥質(zhì)灰?guī)r進行，以裂隙式或夾層狀風(fēng)化為主，在空間上分布不均一，但總體而言，由淺及深巖石風(fēng)化由強變?nèi)酢：哟不鶐r無強風(fēng)化，據(jù)鉆孔揭示，弱風(fēng)化下限垂直埋深為24.05～31.95m，風(fēng)化帶厚15.4～17.35m，頂板高程854.06～860.26m。右岸漫灘及岸坡下伏基巖，弱風(fēng)化下限垂直埋深為24.0～38.15m，厚7.95～11.1m，頂板高程862.96～875.82m。根據(jù)左岸896m高程探洞揭示，左岸巖體弱風(fēng)化下限水平深度35～45m，右岸40～50m。

閘址區(qū)岸坡陡峻，左、右兩岸卸荷作用強烈，多見順坡向及垂直坡向的卸荷裂隙，這兩組裂隙多張開0.5～2cm，尤其順坡向裂隙部分張開可達10～20cm，充填有巖塊巖屑及次生泥，間距一般5～20cm，部分0.5～1m。左岸巖體強卸荷下限水平深度為25～30m，右岸30～40m；左岸弱卸荷下限水平深度60～70m，右岸為65～75m。岸坡破壞以崩塌為主。

4 左岸邊坡基本地質(zhì)條件

由于閘址區(qū)左岸888～1 043m高程為基巖陡壁(坡度65°～80°)，由中厚～厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r、灰綠色頁巖夾粉砂巖組成，現(xiàn)狀整體穩(wěn)定，但受結(jié)構(gòu)面切割及淺表部卸荷影響，坡面上存在較多潛在不穩(wěn)定塊體(危巖體)，并常有塊體墜落現(xiàn)象。左岸1 043m高程以上為覆蓋層斜坡，組成物質(zhì)為古滑坡堆積的塊碎石土，地形坡度30°～40°。古滑坡堆積體現(xiàn)狀整體穩(wěn)定，但在前緣局部淺表有小的變形，常有塊碎石滑落現(xiàn)象。在左岸邊坡下布置的取水口、左岸擋水壩段、護坦、海漫等水工建筑物，在施工開挖過程中及將來正常運行過程中都存在安全隱患，所以在左岸施工開挖前，必須先對888～1 043m高程段基巖陡壁上的危巖體及1 043m高程以上的覆蓋層斜坡作適當?shù)墓こ烫幚怼?/p>

4.1 左岸基巖陡壁上危巖體基本地質(zhì)條件及評價

由于閘址區(qū)左岸從取水口至護坦、海漫一線888～1 043m高程段為高155m的基巖陡壁，岸坡坡度65°～80°。該段基巖邊坡現(xiàn)狀整體穩(wěn)定，但受岸坡卸荷作用及受結(jié)構(gòu)面不利組合、切割影響，坡面分布有危巖體，并常有崩塌現(xiàn)象，在塊體墜落后部分地段形成凹巖腔。受地形條件限制，坡面無法進行測繪，經(jīng)實地觀看，在左岸閘壩建筑物范圍內(nèi)大致有8處存在危巖體(見照片1及圖1)對工程和施工安全造成威脅，現(xiàn)分別敘述如下：

1號危巖體：順河長約37m，水平深度0.5～1.2m，分布在1 013～1 043m高程，面積約763m2，體積382～916m3。1號危巖體在取水口上部陡壁1 030m高程處小沖溝的上游側(cè)，由于受順坡向、垂直坡向及層面裂隙的切割，多呈“板狀”及不規(guī)則的“四面體狀”。該危巖體底面局部懸空約0.5～1.2m，易產(chǎn)生掉塊現(xiàn)象。

照片1 左岸基巖邊坡上危巖體

圖1 美姑河坪頭水電站閘址區(qū)左岸陡壁危巖體投影立面

2號危巖體：順河長約42m，水平深度0.5～1.5m，分布在923～979m高程，面積約1 687m2，體積843～2 530m3。2號危巖體受順坡向、垂直坡向及層面裂隙的切割，特別是垂直坡向裂隙(危巖體的上游控制邊界)互切其他兩組裂隙，且張開約5～10cm，危巖體多呈“板狀”及不規(guī)則的“楔形體”。危巖體淺表部受風(fēng)化、卸荷及溶蝕作用后，中下部局部松動坍塌，底面(層面裂隙)多溶蝕張開5～15cm，局部懸空約0.5～1.5m，易發(fā)生坍塌。

3號危巖體：順河長約40m，水平深度0.5～1.2m，分布在941～963m高程，面積約694m2，體積347～833m3。3號危巖體由于是受順坡向、垂直坡向及層面裂隙互切，多呈“板狀”，底部局部懸空0.5～1.2m，易產(chǎn)生掉塊現(xiàn)象。

4號危巖體：順河長約37m，水平深度0.3～0.8m，分布在980～995m高程，面積約406m2，體積121.8～325m3。4號危巖體受順坡向、垂直岸坡向及層面裂隙切割影響，巖體較破碎，淺表部松動，多呈“碎塊狀”，局部形成呈“倒懸錐體狀”的石鐘乳，易產(chǎn)生掉塊現(xiàn)象。

5號危巖體：順河長約48m，水平深度1.5～3m，分布在934～995m高程，面積約1 425m2，體積2 138～4 275m3。受順坡向、垂直岸坡向及層面裂隙切割，且受風(fēng)化、卸荷作用影響，巖體較破碎，淺表部有松動巖體，底部因局部垮塌，部分已臨空，多形成“石鐘乳”，呈“倒懸錐體狀”，易產(chǎn)生掉塊現(xiàn)象。

6號危巖體：順河長約12m，水平深度0.4～1.0m，分布在1 031～1 016m高程，面積約114m2，體積45.6～114m3。6號危巖體受順坡向、垂直坡向及層面裂隙互切，多呈“板狀”及不規(guī)則的“長柱體狀”，底部局部懸空0.4～1.0m，易產(chǎn)生掉塊。

7號危巖體：順河長約24m，水平深度3～4m，分布在988～1 020m高程，面積約421m2，體積1 263～1 684m3。7號危巖體受順坡向、垂直岸坡向及層面裂隙切割影響，多呈“長板狀”或“長柱體狀”，由于順坡向陡傾裂隙多張開，且底部受層面裂隙切割，局部臨空，易產(chǎn)生坍塌。

8號危巖體：順河長約27m，水平深度0.5～1m，分布在1 013～1 035m高程，面積約439m2，體積220～439m3。8號危巖體在進水口上部陡壁1 030m高程處小沖溝的下游側(cè)，由于受順坡向、垂直岸坡向及層面裂隙切割影響，巖體較破碎，多呈不規(guī)則的“長方體狀”，且底面(即層面裂隙)多溶蝕張開3～5cm，易產(chǎn)生掉塊現(xiàn)象。

根據(jù)各危巖體形成的特征和所分布的工程部位，對左岸邊坡上危巖體適當?shù)剡M行了分區(qū)及評價。

4.1.1 取水口至閘壩段上部邊坡

左岸岸坡888～1 043m高程為基巖陡壁，岸坡高約155m，由中厚～厚層狀灰?guī)r組成，岸坡陡峻，雖整體穩(wěn)定，但受結(jié)構(gòu)面切割及淺表部卸荷影響，坡面的中上部存在危巖體(不穩(wěn)定塊體)。在取水口及左閘肩段邊坡開挖前，應(yīng)對上部存在的危石作適當?shù)奶幚怼楸ＷC取水口及左岸擋水壩段的安全，該段必須進行工程處理的部位有：1號、2號、3號、4號、8號危巖體(照片1左岸邊坡危巖體)。這幾處巖體受結(jié)構(gòu)面切割及淺表部卸荷影響，巖體較破碎，且局部懸空，穩(wěn)定性差，須進行加固處理。5號區(qū)已形成呈“倒懸錐狀”的“石鐘乳”，應(yīng)先將表部松動的巖體清理后，再采取適當?shù)募庸烫幚怼?/p>

4.1.2 護坦、海漫段上部邊坡

護坦、海漫段上部邊坡仍為基巖陡壁，巖體中裂隙發(fā)育，特別是順坡向陡傾坡外的卸荷裂隙較發(fā)育，多張開，受垂直岸坡及層面卸荷裂隙的切割，穩(wěn)定性較差，已形成潛在的不穩(wěn)定塊體，即照片中的6號、7號危巖體。為保證護坦、海漫段施工及運行階段的安全，必須先對其進行工程處理。此外7號危巖體中有階坎，坡面不平整，巖體厚度較厚(約3～4m)，須先對局部的倒懸危巖體進行處理后，再對其進行必要的加固處理。

4.2 左岸基巖陡壁上部覆蓋層斜坡基本地質(zhì)條件及評價

閘址區(qū)左岸1 043m高程以上為覆蓋層斜坡，組成物為柳洪溝古滑坡堆積的塊碎石土，地形坡度30°～40°。由于下伏基巖陡壁的中上部發(fā)育有溝槽，引起上部古滑坡臨坡側(cè)淺表產(chǎn)生變形和少量塊碎石土下滑，其中在護坦上方有一寬約10～25m、深約1～3m的溝槽，溝槽內(nèi)有少量下滑的松散堆積物，今后在大暴雨沖刷時，上部仍可能會有部分塊石土下滑，影響閘壩護坦的安全運行。為此，應(yīng)對閘址左岸基巖陡壁上部覆蓋層邊坡進行適當?shù)墓こ烫幚怼?/p>

5 工程處理措施

5.1 左岸基巖陡壁危巖體防護基本原則

綜合危巖體的穩(wěn)定條件、基本地形地質(zhì)條件，考慮危巖體對不同建筑物的影響及可實施的工程措施，擬定坪頭電站閘首左岸天然高陡邊坡危巖體防護的基本原則為：

(1)危巖體的防護主要考慮危巖體自身的穩(wěn)定性、危巖體失穩(wěn)的危害性等級及危巖體的規(guī)模三個因素。根據(jù)危巖體自身穩(wěn)定性的不同，危巖體危害性等級及危巖體規(guī)模大小三個主要因素，考慮不同程度的的防護標準。

(2)防護工程應(yīng)不開挖，少擾動。對危巖體進行大規(guī)模的開挖和清理，有可能會形成更大規(guī)模的危巖體。同時，大多數(shù)危巖體不具備大規(guī)模開挖和清理的施工條件，大規(guī)模的開挖和清理施工也會對工程施工區(qū)形成干擾，影響工程建設(shè)。

在一定條件下，清除危石是較經(jīng)濟的措施，但危巖體數(shù)量眾多，大小不一，且不能準確判斷，危石難以完全清除，還有可能產(chǎn)生新的危石。同時，危巖體多分布在左岸陡峻邊坡的高高程較大的區(qū)域范圍內(nèi)，故大多數(shù)危巖體的開挖和清理難度非常大。另外，當時左岸邊坡下部低高程工程區(qū)正在全面施工，若對左岸邊坡上部危巖體進行大規(guī)模的開挖和清理，將直接影響邊坡下部低高程工程區(qū)的施工安全，造成其施工進度滯后，故不宜采用。開挖和清理應(yīng)視危巖體具體情況局部使用，并應(yīng)自上而下施工，注意施工程序，防止施工干擾，加強施工安全管理。

(3)防護措施以主動防護網(wǎng)、被動防護網(wǎng)、錨桿為主。常用的危巖體防護措施主要有清理、開挖、噴混凝土、錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索、攔石墻、防護網(wǎng)、混凝土嵌補等。除開挖和清理不宜采用外，噴射混凝土需要對坡面進行一定的清理，施工條件要求較高，且噴混凝土在有表層排水孔的情況下其巖體排水條件仍低于天然條件的卸荷巖體，故不宜采用；坪頭水電站左岸自然邊坡高陡，自然邊坡崎嶇不平，采用攔石墻、漿砌石、混凝土支頂、混凝土嵌補及預(yù)應(yīng)力錨索工程量大，施工條件差，只適宜在地形地質(zhì)條件合適的局部區(qū)域采用。

5.2 左岸基巖陡壁危巖體及其上部覆蓋層斜坡的工程處理措施

由于坪頭水電站左岸自然邊坡危巖體多發(fā)育在左岸923.00～1 043.00m高程的陡崖，陡崖高差約150余米，無法進行近距離的詳細勘察，故難以判斷危巖體確定的結(jié)構(gòu)面組合和變形失穩(wěn)模式，從而無法建立合理的穩(wěn)定分析力學(xué)模型，因此，危巖體穩(wěn)定安全度難以定量分析計算。

根據(jù)坪頭水電站樞紐區(qū)地質(zhì)背景、危巖體發(fā)育的工程地質(zhì)條件和危巖體的地質(zhì)特征、可能變形失穩(wěn)模式，采用宏觀的地質(zhì)判斷來確定危巖體的穩(wěn)定性。并結(jié)合危巖體的大小、危巖體失穩(wěn)可能對樞紐區(qū)建筑物及人身安全的影響程度，考慮可采用的工程措施及措施的適用性和有效性，從及考慮現(xiàn)場實際施工條件，擬定工程處理措施。

5.2.1 主動防護網(wǎng)加錨桿及被動防護網(wǎng)防護

1號、2號、4號、5號、8號危巖體位于左岸進水口、左閘首上方，如其發(fā)生危石掉落，主要影響左岸進水口、左閘首等主要永久建筑物，這些主要永久建筑物關(guān)系到工程的正常運行，運行期人員活動較多，如其發(fā)生損害，修復(fù)條件較差。3號、6號、7號危巖體主要位于護坦、閘墩下游上方，如其發(fā)生危石掉落，主要影響護坦、閘墩下游等建筑物，此類建筑物與左岸取水口、左閘首等主要永久建筑物相比，在工程中的重要性略低，運行期人員活動也較少，如其發(fā)生損害，具備一定的修復(fù)條件。根據(jù)危巖體自身穩(wěn)定性和體積等地質(zhì)因素，以及和工程建筑物的相互關(guān)系，按分類防護的原則，綜合考慮確定1號、2號、4號、5號、8號危巖體防護類別為一類，采用主動防護網(wǎng)加錨桿及被動防護網(wǎng)防護，3號、6號、7號危巖體防護類別為二類，只采用被動防護網(wǎng)防護。

主動防護網(wǎng)加錨桿防護：結(jié)合首部樞紐建筑物的布置，對1號、2號、4號、5號、8號危巖體分布的大部分陡崖區(qū)域巖體采用主動防護網(wǎng)加錨桿進行防護。主動防護網(wǎng)采用FSS-JG-250-G型主動防護網(wǎng)，在理想的情況下,該型號一個單元(4.0m×4.0m)可承受64.8t重的危石。錨桿采用高強鋼繩錨桿，間排距4.0m×4.0m，孔徑50mm，L=4.0m。主動防護網(wǎng)和錨桿為一整體，聯(lián)合受力。對于凹巖腔頂部和巖體特別破碎的部位可采用高強鋼繩錨桿，間、排距1.5m×1.5m，L=4.0m，同時視坡面具體地質(zhì)情況，可由現(xiàn)場工程師進行適當調(diào)整。錨桿應(yīng)保證穿過危巖體并深入完整巖體內(nèi)，應(yīng)盡量垂直卸荷裂隙面布置。

被動防護網(wǎng)防護：分別在閘址區(qū)左岸1 043m高程以上覆蓋層斜坡上的1 061m和1 085m高程布置兩道被動防護網(wǎng)，防止1 043m高程以上斜坡的塊碎石土滑落對工程樞紐區(qū)取水口、左閘首、護坦等主要建筑物的影響。被動防護網(wǎng)采用FSS-PD-500型柔性被動防護網(wǎng)，其防護等級為500kJ，高5.0m，長155.0m。

5.2.2 坡面局部清除、攔石墻、漿砌石及混凝土支頂、C20混凝土嵌補等措施

局部區(qū)域視危巖體現(xiàn)場具體地形地質(zhì)條件及施工條件，采用局部清除、攔石墻、漿砌石及混凝土支頂、混凝土嵌補等措施，各措施的具體采用和詳細布置根據(jù)現(xiàn)場具體地形地質(zhì)條件及施工條件確定。在可能因塊體墜落形成凹巖腔的部位、易發(fā)生坍塌的部位，除以上措施外，還需采取加密錨桿鎖定凹巖腔頂部的加強支護措施。

6 結(jié)束語

對左岸基巖陡壁及其上部覆蓋層斜坡進行了工程處理后，左岸邊坡處于穩(wěn)定安全狀態(tài)，在閘壩施工過程中，未出現(xiàn)邊坡崩塌、墜石及掉塊等情況，施工人員及設(shè)備未出任何安全事故，目前電站運行正常。