洪家渡水电站工程高边坡稳定性评价

摘要:乌江洪家渡水电站坝址河谷深切300余m,硬质岩与软质岩相间分布,岸坡地形陡峻,软弱夹层发育,卸荷、崩塌等物理地质作用强烈。根据坝址地质条件与电站枢纽布置,工程存在:隧洞群进水口同向高边坡整体稳定问题;坝肩开挖、隧洞进出口开挖、厂房开挖及料场开挖等高边坡稳定问题;泄洪冲刷及雾化区1号、2号塌滑体高边坡稳定问题;王家渡堆料场、瓦房寨砂石系统高边坡稳定问题。因此,工程高边坡稳定问题是本工程的主要工程问题之一,但通过参建各方共同努力,本工程高边坡处理都取得了圆满成功。关键词:工程地质学;基本地质条件;工程高边坡;综述;洪家渡水电站中图分类号:P642文献标识码:B文章编号:100720133(2006)0220011204SE∠56°;F6正断层位于边坡中部,产状为N20°0前言洪家渡水电站是整个乌江梯级开发的龙头电站,是一个以发电为主,兼有防洪、供水和旅游等综合效益的水力枢纽,总装机容量600MW。电站水库正常蓄水位1140m,总库容49125亿m3,属多年调节水库;主要水工建筑物有面板堆石坝(最大坝高179.5m)、坝后式地面厂房、3条引水发电洞、泄洪洞、洞式溢洪道。该电站枢纽布置于深切峡谷河段,存在较突出的岩质及土质工程高边坡稳定问题。工程于1998年12月开始筹建,2000年11月正式开工,2001年10月顺利截流,2004年4月下闸蓄水,2005年全面竣工。1边坡基本地质特征111岩质高边坡根据岩体结构,岩质高边坡又可分为层状同向高边坡、层状反向高边坡、层状斜向高边坡。11111层状同向高边坡(1)左岸洞室群进口高边坡。边坡走向N45°E左右,自然坡高达360m、坡度25°～30°,枢纽3条引水发电洞进口、泄洪洞进口、洞式溢洪道进口、2条导流洞进口及多条施工支洞进口等建筑物均布置于此斜坡带。该边坡出露的地层岩性为三叠系下统永宁镇组灰岩、白云质灰岩,层间软弱夹层发育,地层单斜,产状N60°～70°E,NW∠26°～34°,岩层倾向与边坡坡向呈小角度相交,构成层3状同向结构边坡。该高边坡发育有2条较大断层:F13逆断层发育于边坡顶部,产状为N50°～60°E,～30°E,SE∠65°～70°。该高边坡还发育有:N20°～40°E,SE∠60°～80°;N60°～80°E,SE∠50o～80°;N10°～20°W,SW∠60°～70°;N60°～86°W,SW(NE)∠70°～85°4组裂隙,其连通率分别为5912%～72%,1518%～5911%,2115%～30%,2115%;地下水位埋藏较深,与边坡稳定关系不大。(2)天生桥石料场开挖高边坡。自然边坡高360m,为侵蚀、溶蚀斜坡,坡面基岩裸露,地形坡度25°～30°,为层状同向结构边坡,坡角稍缓于岩层倾角。料场开挖边坡高250m,地层岩性为三叠系下统永宁镇组厚层、中厚层夹少量薄层灰岩,层面、层间软弱夹层发育,边坡坡向与岩层倾向一致,为层状同向结构开挖边坡。发育有F2,F8,F50,F51,F52,F53等6条走向为NNE～NE的陡倾角断层。(3)卡拉寨石料场开挖高边坡自然边坡高大于400m,为侵蚀、溶蚀斜坡,坡面基岩裸露,地形坡度20°～30°,为层状同向结构边坡,坡角稍缓于岩层倾角。料场开挖边坡高135m,开采宽度长约400m,地层岩性为三叠系下统夜郎组玉龙山段厚层灰岩、白云质灰岩,层面不发育,下伏地层为中厚层、薄层灰岩,层面与层间软弱夹层发育,边坡坡向与岩层倾向一致,为层状同向结构开挖边坡。发育有F13,F15,F23三条断层。收稿日期:2006202214作者简介:肖万春(19642),男,贵州省织金县人,高级工程师(教授级),学士,现任院副总工程师,从事水利水电工程地质勘察及技术管理工作。·11·第20卷第2期贵州水力发电2006年4月11112层状反向高边坡(1)泄洪洞～洞式溢洪道出口开挖高边坡。自然边坡高180m,为80°～85°的灰岩悬坡,岩层倾向与边坡坡向夹角130°左右,属层状斜向坡。开挖边坡高135m,地层岩性为三叠系下统夜郎组玉龙山段中厚层至厚层灰岩、白云质灰岩,层面不发育,开挖边坡坡向与岩层倾向夹角170°左右,为层状反向结构开挖边坡。发育f1逆断层,产状为N65°E,NW∠58°;另外,N40°～60°W,SW∠70°～80°及N30°～50°E,SE∠40°～60°向卸荷裂隙发育。(2)厂房后侧开挖边坡。自然边坡高260m,在1110m高程以上为永宁镇组灰岩形成的高190m左右的反向悬坡,1040m高程以下为夜郎组玉龙山段灰岩反向悬坡,其间为三叠系下统夜郎组九级滩段泥页岩反向斜坡。开挖坡高40m左右,地层岩性为玉龙山段中厚层至厚层灰岩、白云质灰岩,层面不发育,开挖边坡坡向与岩层倾向夹角约170°,为层状反向结构开挖边坡。发育有F43断层,产状为N60°E,NW∠61°;裂隙主要发育N0°～10°E,SE∠40°～60°及N30°～50°E,SE∠55°～80°与N60°～90°E,SE∠60°～80°和N50°～80°W,SW∠60°～80°等4组。11113层状斜向高边坡(1)左坝肩开挖高边坡。自然边坡坡度30°～90°,最大坡高310m,岩层倾向与边坡坡向夹角130°左右,属层状斜向坡。趾板地基开挖后,形成高达155～192m的开挖高边坡,地层岩性为三叠系下统永宁镇组厚层、中厚层夹薄层灰岩,层间软弱夹层发育,边坡倾向与岩层倾向夹角140°左右,属层状斜向坡。走向NE倾向SE或NW,倾角37°～75°的小断层发育,裂隙主要发育N55°～80°E,SE(或NW)∠55°～75°及N40°～80°W,SW∠65°～75°两组。(2)右坝肩开挖高边坡。自然边坡相对平缓,趾板地基开挖后形成60～117m的开挖高边坡,地层岩性为三叠系下统永宁镇组中厚层、薄层灰岩与泥质灰岩,层面及层间软弱夹层发育,边坡倾向与岩层倾向近于垂直,整体属层状斜向坡,局部有层状同向坡。发育断层4条,走向NE,倾向SE或NW,倾角37°～75°;裂隙主要发育N55°～75°E,SE(NW)∠55°～75°组。(3)厂房下游侧开挖高边坡。厂房最大开挖坡高7915m,边坡出露地层岩性为三叠系夜郎组玉龙山段厚层、中厚层灰岩、白云质灰岩,层间结合较好,无软弱夹层发育,岩层倾向与边坡坡向近于直相,构成层状斜向结构边坡。发育有F8和F13断层,产状N50°～70°E,SE∠59°～65°;裂隙主要发育N0°～30°E,NW∠60°～70°及N50°～70°W,SW∠70°～80°两组。岩溶有K85及沿F8断层发育的充填型溶洞,高20～26m,断层带及溶洞附近裂隙发育,岩体破碎。112土质高边坡112111号塌滑体高边坡1号塌滑体位于右岸大坝下游泄洪冲刷雾化区,呈三角形展布,岸边宽220m,地形坡度10°～33°,边坡高320m。成分为崩塌块石、碎石夹少量黏土,局部见钙质胶结,并有架空现象,底部为011～110m的碎石、黏土层,铅直厚615～4512m,水平深2018～4718m,体积约98万m3。下伏地层为三叠系下统夜郎组玉龙山段中厚层夹薄层、极薄层灰岩,层间多夹泥质或炭质,岩层产状N70°～80°E,NW∠30°～35°,基岩顶板平均坡角31°。塌滑体与下伏基岩接触面上均见擦痕,滑动面为塌滑体与基岩接触面,滑面平均坡角31°,与基岩倾角相近。112122号塌滑体高边坡2号塌滑体位于1号塌滑体下游,属泄洪冲刷雾化区,岸边宽170m左右,地形坡角30°～40°,边坡高220m。成分主要为崩塌块石、碎石夹黏土,其间有层状塌滑岩体,总体上结构松散,局部存在钙质、泥质及灰华胶结体,铅直厚2175～45m,体积约60万m3。下伏地层为三叠系下统夜郎组沙堡湾段泥灰岩夹泥页岩及玉龙山段薄层灰岩夹页岩,岩层产状N70°E,NW∠30°～40°。滑坡体与基岩接触面为黏土夹碎石,厚1～3cm,局部达10cm,黏土占60%,潮湿,局部有渗水、滴水现象。基岩顶板坡角25°～44°,塌滑体总体上切层展布,与下伏基岩接触面上见滑动擦痕。11213大坝右岸趾板溶槽开挖高边坡溶槽位于趾板Z11～Z13后坡,宽40～48m,开挖边坡高72m(高程1056～1128m),开挖坡度1∶015,1066m高程以上为大块石、孤石、碎石夹黏土,1066～1060m为黄色砂质黏土及灰黑色淤泥质黏土,1060～1056m为砂卵石层及少量黏土。11214王家渡堆积体高边坡王家渡堆积体位于六冲河大桥上游,边坡高55m,在1000,1005m高程左右分别为宽缓平台,地形较缓,总体坡度15°～20°,体积约410万m3。成分为崩塌堆积块石与碎石、坡残积黏土与碎石、河床冲积砂卵砾石,下伏基岩为三叠系夜郎组沙堡湾段泥页岩、二叠系茅口组灰岩、龙潭组砂·21·肖万春:洪家渡水电站工程高边坡综述2006年第2期页岩夹劣煤、长兴～大隆组灰岩。堆积体厚510～5610m,未发现有早期滑动痕迹。11215瓦房寨堆积体高边坡瓦房寨堆积体位于坝址下游左岸,王家渡堆积体对岸,地形较缓,总体坡度12°～20°,坡高95m。成分为崩塌堆积块石与碎石、坡残积碎石土、河床冲积砂卵砾石,厚度一般为1010～1510m,最浅310m,最深2316m,体积约100万m3,下伏基岩为二叠系茅口组灰岩、龙潭组煤系及长兴～大隆组灰岩,岩层产状N20°NE∠20°W,～35°。堆积体为孔隙含水透水层,下伏龙潭组(P2L)煤系为隔水层,场地中部靠河边982,987m高程附近堆积体中出露W1～W4等4个泉水点,流量0101～110L/s。2边坡稳定分析评价与处理部后缘面构成边坡岩体后缘切割面,NNE和NNW向陡倾角裂隙为侧向切割面。通过分析计算,料场开挖边坡整体稳定。根据分析计算成果,未对边坡进行处理,边坡稳定。21112层状反向高边坡(1)泄洪洞、洞式溢洪道出口开挖高边坡。开挖边坡高135m,总体开挖坡度1∶0125,为层状反向高边坡,经对岩体及结构面组合分析,边坡整体稳定,但受卸荷、风化、断层及岩溶的影响,边坡岩体完整性差,存在局部稳定问题,需进行处理。根据分析结果,采用清挖回填混凝土、锚杆、1500kN锚索进行处理,边坡稳定。(2)厂房后侧开挖高边坡。最大开挖坡高6715m,开挖坡度1∶0125～1∶015,为层状反向高边坡,经对岩体及结构面组合分析,边坡整体稳定,但由于断层、裂隙及岩溶发育,存在局部211岩质高边坡21111层状同向高边坡(1)左岸洞室群进口高边坡。左岸洞室群进口边坡高达390m,为层状同向高边坡,边坡坡面和下游侧面形成了临空条件,岩层中发育了一系列软弱夹层,其中J1～J4在边坡面出露,构成了潜在的底滑面,边坡中部高程展布的F6断层构成边坡岩体的后缘切割面,上游侧向没有贯通的特定结构面,NNW组陡倾裂隙为上游侧向切割面。由于上游侧向没有特定的结构面,节理裂隙岩体的综合强度提供了强大的阻滑力,在边坡稳定中起决定性作用。通过中国水利水电科学研究院“岩质高边坡稳定分析和软件系统”分析计算得出:在天然状态或施工期边坡稳定,运行期边坡安全系数不满足要求,需进行处理。根据分析计算结果,采用250根3000kN的预应力锚索和10根断面为(20～24)m×5m的抗滑桩对边坡进行加固,边坡稳定。(2)天生桥石料场开挖高边坡。料场开挖后边坡高250m,为层状同向高边坡,边坡开挖面和东侧悬坡形成了临空条件,岩层中发育的软弱夹层构成潜在底滑面,边坡顶部后缘面或边坡中上部展布的NE向断层构成边坡岩体后缘切割面,NNE向陡倾角裂隙或断层为W侧切割面。通过分析计算,料场开挖边坡不稳定,需进行处理。根据分析计算成果,采用降低开挖坡角少切层,利用锚索、锚杆对边坡进行加固,边坡稳定。(3)卡拉寨石料场开挖高边坡。料场开挖边坡高135m,为层状同向高边坡,边坡开挖面形成临空条件,岩层不连续层面构成潜在底滑面,边坡顶不稳定块体,加之边坡应力重新调整对边坡稳定不利,需进行工程处理。根据分析,采用框架混凝土护坡、贴坡混凝土挡墙、锚杆进行处理,边坡稳定。21113层状斜向高边坡(1)左坝肩开挖高