凡 亞，閔 勇 章，胡 金 山

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)巖體，較為系統(tǒng)地研究了松動(dòng)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(jià)了松動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(yàn)借鑒。

2 松動(dòng)巖體工程地質(zhì)特性研究

松動(dòng)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(dòng)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(cuò)動(dòng)、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(dòng)巖體一般破碎，多呈碎裂——散體結(jié)構(gòu)。

松動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)，稱之為左壩肩卸荷松弛破碎巖體。該松動(dòng)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(dòng)巖體時(shí)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(dòng)巖體全貌

長河壩電站山脊部位大部分發(fā)育松動(dòng)巖體，如在右壩肩邊坡開口線附近山脊發(fā)育松動(dòng)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(dòng)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(dòng)巖體

在塊石料場淺表部及山脊部位同樣存在松動(dòng)巖體，如位于大壩上游的響水溝塊石料后緣松動(dòng)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(dòng)巖體

圖4 江嘴料場下游溝壁松動(dòng)巖體

2.2 黃金坪水電站松動(dòng)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(gè)別張開達(dá)20 cm。鉆孔、平洞(PD12)揭示，強(qiáng)卸荷外側(cè)松動(dòng)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(dòng)破碎巖體(即松動(dòng)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(dòng)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(dòng)巖體

該邊坡松動(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)巖體進(jìn)行處理。

圖7 響水溝料場后緣松動(dòng)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(dòng)巖體。該松動(dòng)巖體原先在料場范圍內(nèi)，考慮到松動(dòng)巖體處理難度太大，同時(shí)，該邊坡僅為料場邊坡，沒必要采取很大代價(jià)處理。后經(jīng)復(fù)核，在上下游兩個(gè)料場總儲(chǔ)量滿足情況下，縮減江嘴料場開采范圍，對該松動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(yùn)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(dòng)巖體挖除照片

對松動(dòng)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(dòng)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(dòng)巖體圓弧滑動(dòng)，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(dòng)巖體，長度達(dá)100 m(在邊坡范圍內(nèi)松動(dòng)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(dòng)巖體變形控制住，該邊坡已成功運(yùn)行超5年。關(guān)鍵問題是錨索錨固端不能放在松動(dòng)巖體內(nèi)，否則，起不到邊坡加固的作用?？傮w而言，對松動(dòng)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(dòng)巖體。相對強(qiáng)卸荷巖體產(chǎn)生了一定的錯(cuò)動(dòng)、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(dòng)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(diǎn)，筆者總結(jié)了其處理措施原則及經(jīng)驗(yàn)。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(shí)，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(dòng)巖體主動(dòng)加固處理時(shí)，錨索錨固端一定要穿過松動(dòng)巖體，否則，不能發(fā)揮邊坡加固的作用。

針對松動(dòng)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(dòng)巖體成功處理的論述及總結(jié)。筆者補(bǔ)充了松動(dòng)巖體幾個(gè)成功處理案例及總結(jié)，希望對地質(zhì)人員認(rèn)識松動(dòng)巖體有所幫助。

松動(dòng)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(dòng)巖體的成因、結(jié)構(gòu)特征及破壞模式，但關(guān)于松動(dòng)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(yàn)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(yàn)，以有利于西部大開發(fā)大戰(zhàn)略。