凡 亞，閔 勇 章，胡 金 山

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

西部高山峽谷區(qū)，一般河谷深切，谷坡陡峻，天然地應(yīng)力較高，在河谷強(qiáng)烈下切導(dǎo)致谷坡向臨空方向產(chǎn)生強(qiáng)烈卸荷。強(qiáng)卸荷表部通常存在松馳破碎巖體，即松動巖體。該巖體結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)特性介于強(qiáng)卸荷巖體及覆蓋層之間。松動巖體變形程度介于變形體與強(qiáng)卸荷巖體之間，其卸荷程度強(qiáng)于一般強(qiáng)卸荷巖體，而變形程度弱于一般變形體[1]。松動巖體對邊坡穩(wěn)定影響重大，有必要對其工程地質(zhì)特性及處理措施進(jìn)行研究。

近年來，有眾多學(xué)者對大柳樹壩址[2-3]、牙根水電站及楞古水電站松動巖體，較為系統(tǒng)地研究了松動巖體的成因、結(jié)構(gòu)特征及破壞模式，部分學(xué)者還初步評價了松動巖體力學(xué)參數(shù)。但上述均側(cè)重描述規(guī)律，總體上鮮有對松動巖體成功處理的論述及總結(jié)。

筆者總結(jié)親身工作過的且已建成多年的大渡河上長河壩和黃金坪水電站松動巖體的分布規(guī)律，處理原則及治理措施，以便為類似工程處理提供經(jīng)驗借鑒。

2 松動巖體工程地質(zhì)特性研究

松動巖體位于強(qiáng)卸荷巖體表部，其在強(qiáng)卸荷基礎(chǔ)上產(chǎn)生松弛及松動變形，即產(chǎn)生微量位移。巖體相對強(qiáng)卸荷巖體產(chǎn)生了一定的錯動、體積擴(kuò)容，在側(cè)向及順坡向均產(chǎn)生了一定的拉張變形，巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育，結(jié)構(gòu)面切割的巖塊之間存在一定的孔隙或空腔，局部架空。其嵌合力較強(qiáng)卸荷巖體弱，但仍存在一定的嵌合力。松動巖體一般破碎，多呈碎裂——散體結(jié)構(gòu)。

松動巖體破碎化程度高、低波速、低變形模量、透水性強(qiáng)等性質(zhì)導(dǎo)致工程特性極差[4]，已成為水電高邊坡重大地質(zhì)難題之一。

松動巖體多呈碎裂-散體結(jié)構(gòu)，以Ⅴ類巖體為主，邊坡破壞模式同覆蓋層較類似，以圓弧滑動為主，局部可追蹤已有斷層發(fā)育[5]，開挖后極易產(chǎn)生滑坍等工程地質(zhì)問題。

2.1 長河壩水電站松動巖體

長河壩水電站為大渡河上特大型水電站，其大壩為深厚覆蓋層世界最高壩，壩高240 m，裝機(jī)2 600 MW，于2016年10月蓄水，2017年12月所有機(jī)組發(fā)電并蓄水至正常蓄水位。長河壩水電站在山脊部位及三面臨空部位均有松動巖體分布，一般10～15 m厚，最厚達(dá)50 m，最典型部位為左岸電站進(jìn)水口松馳破碎巖體，即松動巖體。其三面臨空，在地形上為一條形山脊(圖1)，上下游有沖溝切割，位于電站進(jìn)水口邊坡上方。受由陡傾山里J7(J2)組裂隙構(gòu)成的(中)陡傾內(nèi)板狀結(jié)構(gòu)的控制，斜坡整體表現(xiàn)為沿J7(J2)組長大裂隙發(fā)生傾倒彎曲拉裂變形，產(chǎn)生松動，稱之為左壩肩卸荷松弛破碎巖體。該松動巖體水平深度約30～40 m，最大深度可達(dá)50～60 m，體積巨大達(dá)40～50萬m3。巖體拉裂變形強(qiáng)度較大，巖體破碎，卸荷松弛顯著，并有架空現(xiàn)象，天然狀態(tài)下有小規(guī)模坍塌現(xiàn)象。XPD08支硐在開挖至松動巖體時產(chǎn)生大坍方變形，工程地質(zhì)性狀極差，開挖后易產(chǎn)生滑坍破壞，嚴(yán)重影響電站進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定。

圖1 電站進(jìn)水口松動巖體全貌

長河壩電站山脊部位大部分發(fā)育松動巖體，如在右壩肩邊坡開口線附近山脊發(fā)育松動巖體，其地形上為一山脊(圖2)，坡度40°～55°，前緣局部達(dá)70°，分布高程1 625～1 795 m。裂隙發(fā)育，巖體卸荷松馳強(qiáng)烈，淺表部(垂直厚度5～10 m范圍內(nèi))為松動巖帶。其成因模式為中陡傾角結(jié)構(gòu)面的離面卸荷拉裂所致。其穩(wěn)定性極差，易產(chǎn)生滑坍破壞，對基坑施工安全威脅極大。

圖2 右壩肩開口線附近松動巖體

在塊石料場淺表部及山脊部位同樣存在松動巖體，如位于大壩上游的響水溝塊石料后緣松動巖體(圖3)和位于大壩下游的江嘴料場下游溝壁松巖體(圖4)。其均為卸荷及滑移壓致拉裂所致，卸荷拉裂松弛明顯，穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生落石及滑坍破壞，對邊坡穩(wěn)定及施工安全不利。

圖3 響水溝塊石料場后緣松動巖體

圖4 江嘴料場下游溝壁松動巖體

2.2 黃金坪水電站松動巖體

黃金坪水電站為大渡河上大型水電站，壩高85.5 m，總裝機(jī)850 MW，于2016年8月全部機(jī)組發(fā)電。

電站進(jìn)水口邊坡斜長花崗巖，弱風(fēng)化、強(qiáng)卸荷，地層巖性主要為斜長花崗巖。邊坡淺表層巖體卸荷強(qiáng)烈，絕大部分裂縫均張開，個別張開達(dá)20 cm。鉆孔、平洞(PD12)揭示，強(qiáng)卸荷外側(cè)松動破碎巖體鉛直深度一般50～70 m，水平深度一般70～121 m；而強(qiáng)卸荷水平深度一般100～162 m。已有勘探資料表明，松動破碎巖體(即松動巖體)帶內(nèi)鉆孔巖芯主要呈碎塊狀和少量短柱狀，強(qiáng)卸荷巖體巖芯主要呈柱狀、短柱狀。平洞內(nèi)，松動破碎巖帶具架空，且明顯松弛(圖5)。其成因模式為蠕滑拉裂及滑移壓致拉裂所致。

圖5 黃金坪電站進(jìn)水口平硐內(nèi)松動巖體

該邊坡松動巖體厚度巨大，水平埋深超70 m，且工程地質(zhì)性狀極差，開挖時多次產(chǎn)生滑坍，并產(chǎn)生了蠕滑-拉裂變形(圖6)，嚴(yán)重影響邊坡穩(wěn)定及電站進(jìn)水口施工安全。

3 處理措施

強(qiáng)卸荷表部松動巖體，巖體松弛破碎，具架空結(jié)構(gòu)，巖體體積擴(kuò)容現(xiàn)象明顯，其工程地質(zhì)性狀極差，甚至類似于松散塊碎石層，穩(wěn)定性差。處理措施原則上優(yōu)先采取繞避措施，其次，如避讓不了則應(yīng)采取挖除處理，最后才選擇加固處理。

圖6 黃金坪電站進(jìn)水口松動巖體及其變形

工程上采取避讓措施的較多，在選址階段盡量避開表部松動巖體較多的三面臨空山脊。在高山峽谷地區(qū)通常不容易完全避讓，也可因地制宜避開其主要危害。如長河壩水電站響水溝塊石料場后緣松動巖體，在料場坡頂留出約40 m寬的平臺，前緣采取擋護(hù)措施[6]，即使松動巖體產(chǎn)生垮塌，其落石也不能到達(dá)料場開采面，即不影響施工安全(圖7)，因此，不再對松動巖體進(jìn)行處理。

圖7 響水溝料場后緣松動巖體與料場施工

同樣，江嘴塊石料場下游小沖溝壁存在松動巖體。該松動巖體原先在料場范圍內(nèi)，考慮到松動巖體處理難度太大，同時，該邊坡僅為料場邊坡，沒必要采取很大代價處理。后經(jīng)復(fù)核，在上下游兩個料場總儲量滿足情況下，縮減江嘴料場開采范圍，對該松動巖體采取避讓措施[6]，很大程度上節(jié)約了處理工程量，并確保了料場開采順利進(jìn)行。

在高山峽谷地區(qū)，松動巖體在很多情況下是沒法避讓的。如上述長河壩右壩肩開口線松動巖體，因其規(guī)模較小，清除難度相對不大，故予以清除處理。

長河壩電站進(jìn)水口松動巖體，規(guī)模大，埋深較深，松弛破碎、體積擴(kuò)容顯著，架空結(jié)構(gòu)明顯，工程地質(zhì)性狀極差，極易產(chǎn)生滑坍破壞。鑒于其位于電站進(jìn)水口，對進(jìn)水口安全施工及運行影響較大，經(jīng)綜合比較，對其大部分進(jìn)行挖除處理(圖8)。

圖8 長河壩電站進(jìn)水口松動巖體挖除照片

對松動巖體也可采取加固處理措施。黃金坪水電站進(jìn)水口邊坡松動巖體規(guī)模也巨大，水平埋深達(dá)70～121 m，進(jìn)水口開挖過程中出現(xiàn)蠕滑拉裂變形，無特定結(jié)構(gòu)面滑移組合，變形最不利模式為松動巖體圓弧滑動，臨近剪出面則與軟弱結(jié)構(gòu)面結(jié)合，因此，對其進(jìn)行了加固處理，錨索深度穿過松動巖體，長度達(dá)100 m(在邊坡范圍內(nèi)松動巖體水平埋深70 ～90 m)，主要錨索噸位達(dá)3 000 kN，即采用大噸位超長錨索，并配有框格梁支護(hù)。成功將松動巖體變形控制住，該邊坡已成功運行超5年。關(guān)鍵問題是錨索錨固端不能放在松動巖體內(nèi)，否則，起不到邊坡加固的作用?？傮w而言，對松動巖體進(jìn)行加固處理難度大。

4 結(jié) 語

西部高山峽谷地區(qū)山高坡陡，天然地應(yīng)力高，在卸荷、應(yīng)力重分布及地表地質(zhì)應(yīng)力作用下，強(qiáng)卸荷表部通常存在松馳破碎巖體，即松動巖體。相對強(qiáng)卸荷巖體產(chǎn)生了一定的錯動、體積擴(kuò)容，在側(cè)向及順坡向均產(chǎn)生了一定的拉張變形，巖體松弛、破碎、架空，但仍存在一定的嵌合力具破碎化程度高、低波速、低變形模量、透水性強(qiáng)等特性，工程特性極差，極易產(chǎn)生滑坍、垮坍等工程地質(zhì)問題，已成為水電高邊坡重大地質(zhì)難題之一。

針對松動巖體工程地質(zhì)性狀極差，甚至類似于松散塊碎石層的特點，筆者總結(jié)了其處理措施原則及經(jīng)驗。即優(yōu)先采取繞避措施，其次，如避讓不了則應(yīng)采取挖除處理，最后才選擇加固處理。同時，一定要因地制宜，具體情況具體分析，不能拘泥于某一具體處理形式。松動巖體主動加固處理時，錨索錨固端一定要穿過松動巖體，否則，不能發(fā)揮邊坡加固的作用。

針對松動巖體這一地質(zhì)現(xiàn)象，前人多在其發(fā)育規(guī)律、成因及工程地質(zhì)特性方面描述較多，鮮有對松動巖體成功處理的論述及總結(jié)。筆者補(bǔ)充了松動巖體幾個成功處理案例及總結(jié)，希望對地質(zhì)人員認(rèn)識松動巖體有所幫助。

松動巖體結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)特性介于強(qiáng)卸荷巖體及覆蓋層之間，目前，雖較為系統(tǒng)地研究了松動巖體的成因、結(jié)構(gòu)特征及破壞模式，但關(guān)于松動巖體力學(xué)參數(shù)系統(tǒng)研究較少，多停留在定性分析、少量試驗及反演分析基礎(chǔ)上。今后，可多進(jìn)行這方面研究并多積累經(jīng)驗，以有利于西部大開發(fā)大戰(zhàn)略。