聂云峰，张 义，徐自享

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院 交通分院，四川 成都 610072)

1 前 言

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内大渡河上游干流上，为大渡河干流河段梯级开发规划的第十梯级电站，是以发电为主，兼有防洪等综合利用效益的大型水利水电枢纽工程。电站装机容量2 600MW，水库正常蓄水位1 690m。长河坝水电站上距丹巴县城约85km，下距泸定县城、康定县城分别约50km、51km，距成都公路里程约360km，省道S211公路从电站枢纽区右岸通过，并在下游瓦斯河口与国道G318线相接，交通较为方便。根据《长河坝水电站可行性研究报告》设计成果，按照电站水库淹没影响及施工总布置要求, 需对该段S211省道进行复建。

长河坝水电站S211复建公路K13+510～K13+600m段边坡陡峻，坡度约40°～65°，大部基岩裸露，岩体卸荷强烈，线路在该陡坡段以外挡内挖方式通过，支护措施为预应力锚索挡土墙及喷锚支护等。影响岩质高陡边坡的稳定性的因素主要分为两类：内在因素与外在因素。内在因素包括不利结构面组合、岩体质量、岩体风化卸荷特征等；外在因素包括爆破震动、地下水、地震等。根据优势结构面理论，岩质边坡工程不仅应注意边坡整体稳定性，也应注意局部块体稳定。

本文根据岩质边坡实际情况，采用岩质边坡稳定分析程序对大渡河水电站典型高陡岩质边坡整体稳定性进行了计算分析，分析了处于不利结构面组合中的危岩体，并根据计算结果提出了有效加固措施。

2 高陡岩质边坡地质条件

2.1 地形地貌

工程区属深切峡谷地貌，河谷狭窄，谷坡陡峻，河谷下部主要为“V”形谷，局部为峡谷，中上部为宽谷。地形坡度一般40°～45°，局部45°～65°，河床宽度60～150m。该段两岸分布多条小冲沟，沟槽中分布少量崩积块碎石，结构松散。

2.2 地层岩性

工程区岩性为晋宁期-澄江期浅灰色～灰白色花岗岩，花岗岩体内含有深灰色辉长岩捕虏体，岩体间呈焊接式接触关系。

花岗岩呈浅灰、浅灰白色，偶见肉红色，中细粒、中粗粒花岗结构，块状构造。其矿物成分主要有斜长石、钾长石、石英、黑云母及少量副矿物(如细粒铁矿、榍石、磷灰石等)组成。其中斜长石约35%～50%，石英约20%～30%，钾长石为20%～30%，黑云母约2%～4%。石英闪长岩、辉长岩及浅灰色粗粒黑云母花岗岩局部分布。

2.3 地质构造

工程区无区域性断裂、断层通过，地质构造以节理裂隙(裂隙密集带)为主要特征，属于Ⅳ～Ⅴ级结构面，主要为原生结构面及构造结构面，个别为次生结构面。

岩体内发育的裂隙主要有4组:(1)N20°～50°E/SE∠30°～55°，(2)N20°～40°E/SE(NW)∠75°～85°，(3)N60°～85°W/NE(SW)∠70°～85°，(4)N10°～30°E/ NW∠10°～30°。1组结构面间距2～5m，结构面延伸长均在数十米以上，部分贯穿整个左右岸，将岸坡岩体切割成似层状，面多平直，微起伏粗糙，一般张开1～5mm，局部张开5～8mm，嵌合松弛，连通性较好。因此，该组结构面是控制坝区岸坡稳定和洞室稳定的主要控制性结构面。2和3 组结构面间距1～3m，结构面延伸长均在10～30m以上，面多起伏粗糙，张开0.5～2mm，嵌合较松弛，连通性较好；4组缓倾结构面延伸长度几米至十余米，常单条发育，局部地段发育密度大，面多起伏粗糙，一般张开0.2～1mm，连通性较好。

2.4 水文地质条件

大渡河两岸冲沟旱季无水，仅暴雨期汇集较小流量，向大渡河排泄。

工程区根据地下水的赋存条件，含有少量基岩裂隙水。岸坡一般弱风化上段(强卸荷)岩体具强～极强透水性；弱风化下段(弱卸荷)岩体具中等～强透水性；微新岩体具弱微透水性。

2.5 地 震

根据该水电站工程场地地震安全性评价报告，该区50年超越概率10%的基岩动峰值加速度为0.172g(地震基本烈度为Ⅷ度)，动反应谱特征周期为0.45s。故公路结构物或构造物水平地震峰值加速度和反应特征周期分别按0.172g和0.45s进行抗震设防。

2.6 岩体风化卸荷特征

工程区岩体主要为花岗岩，岩石致密坚硬，抗风化能力强，风化作用主要沿裂隙进行，局部可见球状风化，其风化强度、深度和分布规律明显受构造、地形、岩体卸荷和地下水等因素控制，总的风化特征是：

(1)岩体风化微弱，浅表部位岩石总体属弱风化，主要表现为沿裂面多有锈蚀、褪色或2～5mm风化晕。挤压断层破碎带或裂隙密集带，往往局部风化较强，形成夹层风化。

(2)岩体风化随高程降低而有所减弱，河床岩体风化一般较浅。

(3)岩体卸荷促进岩体风化的加剧，岸坡岩体风化程度随着卸荷作用的增强而有所增强。

(4)在有地下水活动处岩石风化亦相对较强。

(5)弱风化岩体的声波纵波波速Vp=3 000～4 500m/s。

(6)弱风化带岩体根据其风化程度和工程意义可进一步分为弱风化上段和下段，弱风化上段一般与强卸荷带相对应，弱风化下段与弱卸荷带相对应。

工程区岩体具有集中卸荷和夹层式风化的特点，弱风化深度约3～14m，强卸荷深度30～40m，弱卸荷深度80～120m。

2.7 局部危岩体发育特征

工程区地形陡峻、岩体坚硬致密、节理裂隙发育、悬崖众多，为斜坡岩体松动并转化为危岩体创造了条件，只要是斜坡地形较陡的地段都不同程度的发育危岩体。危岩体的主要特征为：岩体被三组至四组节理裂隙切割，岩体严重松动，节理裂隙张开1～20cm，有的危岩体仅有底面与斜坡基岩接触，周围临空。工程区发育的危岩体是公路主要的不良地质现象，对公路安全运行构成了较为严重的威胁。

3 边坡整体稳定性分析评价

3.1 边坡概况

工程区所在公路等级为三级，岩质边坡按其所属公路工程等级、边坡所处位置、边坡重要性等分析，工程区地质条件较复杂，属于一级边坡，为高陡永久边坡。

高陡岩质边坡典型断面K13+550m处边坡高46.9m，坡度约50°～60°，最陡处约60°～70°，表层卸荷较强烈，节理裂隙较发育，结构面微张～张开，岩体被三组至四组节理裂隙切割形成软弱结构面，结构面类型为岩屑夹泥。

因该处斜坡陡峻，若采用内挖边坡方式，则开挖形成三级岩质高边坡。该段边坡裂隙较发育，卸荷较强烈，1组结构面和2组结构面易形成不利结构面组合，影响边坡整体稳定。综上所述，如采用边坡开挖方案则支护工程量较大，工程造价较高，不能满足经济、合理、有效的工程设计原则。因此该段边坡采用了不开挖外挡方案，即阶梯式锚索挡土墙方案，利用挡土墙自重反压边坡，并使预应力锚索穿过岩体强卸荷下限，进入弱风化弱卸荷花岗岩一定深度，确保边坡整体稳定。

3.2 边坡安全系数取值

根据(JTG D30—2004)《公路路基设计规范》第3.7.4条规定，路堑边坡稳定性验算时，其稳定性系数应满足表1规定的稳定安全系数要求，否则应对边坡进行支护。

表1 路堑边坡稳定安全系数

3.3 边坡设计标准

3.3.1 边坡荷载组合

对于开挖后的边坡，荷载组合为自重+天然状态地下水压力；对于施加支护后的边坡，荷载组合为自重+天然状态地下水压力+支护措施加固力+路面汽车轴载。工程区车辆荷载为汽车—80级，汽车轴载为530kN,轴间距3m。

3.3.2 边坡设计工况

边坡设计工况分为三种，分别为：

(1)正常工况：边坡处于天然状态下的工况；

(2)正常工况Ⅰ：边坡处于暴雨或连续降雨状态下的工况；

(3)非正常工况Ⅱ：边坡处于地震等荷载作用状态下的工况。

3.4 边坡整体稳定性计算依据

3.4.1 典型剖面选取

通过现场地面地质调查，本文选取K13+550m处具有代表性的沿主滑方向(优势结构面组合方向即1组结构面与2组结构面的不利结构面组合方向)的剖面进行稳定性计算，以便详细分析评价高陡岩质边坡的情况。

3.4.2 滑面假设及滑移模式

根据现场地质调查，上述高陡边坡基岩裸露，岩性为花岗岩，卸荷较强烈，节理裂隙较发育，部分结构面连贯性较好，岩体可能沿不利结构面组合即软弱结构面产生平面滑动。

3.4.3 计算方法

本文采用水科院陈祖煜院士开发的EMU岩质边坡稳定性分析软件，计算方法主要采用严格janbu(检布)法、简化Bishop法。

3.4.4 计算工况

结合滑移模式，本文分别核算了三种工况，即天然条件、降雨条件(按孔隙水压力系数γu=0.2考虑)、8度地震工况。

3.4.5 计算参数

边坡计算选取强度参数见表2。

表2 边坡稳定计算参数

暴雨或长时间降雨工况下软弱结构面凝聚力选取为0.035MPa，地震工况下软弱结构面凝聚力选取为0.03MPa。

3.4.6 边坡开挖及支护方案

K13+550m处边坡较为陡峻，采用不开挖外挡即锚索挡土墙支护方案(见图1)。具体开挖及支护方案如下：

边坡高53.8m，高陡岩质边坡按规范要求开挖呈阶梯型，高宽比1∶0.5。底宽4.475m，阶梯高2～3m，阶梯宽1～1.5m。挡土墙基础及墙身均采用C15片石混凝土。

沿剖面方向布置2根8φ15.2预应力锚索，锁定张拉力为1 000KN，锚索长30m，下倾10°～15°。锚杆采用￠25注浆锚杆，长4.5m，锚入岩体3.5m，梅花型布置。

3.5 边坡整体稳定性计算

本次利用极限平衡分析方法进行计算，其稳定系数见表3。

表3 边坡整体稳定性计算结果

3.6 边坡整体稳定性评价

根据边坡整体稳定性计算结果，K13+550m自然边坡在天然工况下为基本稳定状态，在暴雨工况下为欠稳定状态，在地震工况下为失稳状态。K13+550m边坡施加锚索+喷锚支护后在天然工况及暴雨工况下为稳定状态，在地震工况下为基本稳定状态。

4 边坡局部危岩体稳定性分析评价

工程区斜坡陡峻，该段公路上方约20m陡坡处分布危岩体，岩体松动变形强烈，局部悬空。根据现场调查，边坡为N27°E/SE∠60°,危岩体主要被三组结构面切割：

图1 K13+550m处边坡开挖支护示意

(1)L1:N35°E/SE∠43°；

(2)L2:N30°E/SE∠80°；

(3)L3:N73°W/NE∠78°。

从图2可见，L1结构面与L2结构面与坡面倾向相同，L1结构面为顺坡向中倾节理，倾角小于坡角。L2结构面为顺坡向陡倾节理，倾角大于坡角。L3结构面基本垂直于边坡坡向，属于横坡向陡倾节理。因此L1、L2、L3结构面与坡面组成较明显的不稳定块体，稳定性较差，判定为危岩体。

建议工程区根据局部危岩体分布情况，有针对性的采用长锚杆及锚筋束加固方案，锚杆与锚筋束与结构面应大角度相交，若块体体积较小时可采取爆破清除方案，确保边坡局部块体稳定性。

5 结论及建议

5.1 结 论

(1)岩质边坡开挖后在某些工况下可能沿软弱结构面即不利结构面组合产生失稳，施加锚索后边坡稳定性系数明显提高，无边坡整体失稳现象。根据稳定性计算结果和边坡结构特征分析，施加支护后该边坡整体稳定，边坡支护设计方案合理有效。

图2 边坡主要结构面赤平极射投影

(2)高陡岩质边坡局部存在危岩体，本文利用赤平极射投影图分析评价了结构面对边坡局部块体稳定性的影响，提出了相应加固措施。

5.2 建 议

(1)边坡支护设计时应根据现场实际地质情况，因地制宜采用多种支护手段，选择经济合理有效的支护方案。

(2)岩质边坡整体稳定状态主要取决于软弱结构面，应查清软弱结构面分布及其对边坡岩体的不利影响因素，为边坡加固方案提供符合实际情况的设计参数。

(3)边坡锚索施工时应充分考虑软弱结构面的走向及倾角，为最大限度发挥锚索的作用，应尽可能使预应力锚索与软弱结构面大角度相交。

(4)岩质边坡爆破震动对岩体结构面力学性能产生较大影响，对高陡岩质边坡采取弱爆破方式，保证岩质边坡的稳定性。

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