浅议水电站进水口边坡的稳定性与防治措施

2022-09-10

随着社会经济及水电事业的发展, 水电工程的规模越来越大, 边坡高度也越来越大。这些水电工程边坡的稳定性状况, 事关水电站建设的成败与安全, 对整个工程的可行性、安全性及经济性等起着重要的控制作用。本文从水电站进水口边坡的稳定性进行分析, 并对影响边坡稳定性的潜在因素采取一定防治措施。

1 分析和控制水电站进水口边坡稳定性的步骤与方法

分析水电站进水口边坡的稳定性, 通常按照以下三个步骤来进行: (1) 分析边坡岩体的工程地质。通过深入研究进水口区岩体的岩相、岩性组合、原生结构等地质建造特征, 追索岩体的构造改造历史、构造改造形迹及其成因、地应力场演化等, 是岩体稳定性研究的重要基础。 (2) 对边坡稳定性进行分析与评价。控制边坡岩体稳定性和变形失稳破坏机理的主要因素有:岩体结构特征、岩体应力、地下水条件、岩体、地形地貌特征和边坡几何形状、动荷载 (如地震和爆破效应) 、气温等。 (3) 对边坡稳定性的控制。主要包括工程边坡的坡面控制、工程边坡的锚固控制和工程边坡的爆破控制等方面的内容。

2 具体工程实际中边坡稳定性的分析与相关防治措施

某水电站左岸进水水口边坡, 分为自然边坡和左岸边坡可主要分为自然边坡和工程开挖边坡两大区。自然边坡区为前期推测的倾倒蠕变岩体B区的大部分, 工程开挖边坡区主要是坝址区区域, 按工程特性可分为382m高程以上进水口上部开挖边坡;295m~382m高程之间的进水口边坡以及295m高程以下的导流洞进口边坡。左岸导流洞全长974.52m, 由进口明渠、洞身段和出口明渠组成。洞身段穿过主要地层为板纳组T2b5~T2b34, 岩性为层凝灰岩、砂岩泥板岩、泥板岩、泥板岩砂岩互层。洞身段大部分均为Ⅱ、Ⅲ类围岩, 但进出口段主要覆弱风化岩体单薄, 有F4、F9断层切割, 属Ⅳ、Ⅴ类围岩, 成洞条件较差。

2.1 岩体工程地质的分析

工程所在区域地质概况如下:倾倒蠕变岩体边坡, 自然地形坡角28°~37°, 局部45°, 岸坡最大相对高度420m, 蠕变岩体顺河展布长约7 5 0 m, 分布高程约2 3 0 m~640m, 铅直发育深度30m~76m, 边坡岩体主要为砂岩、泥板岩互层构成。正常岩层产状345°~355°/NE<60°, 走向与河流方向近于平行。边坡岩体主要为砂岩、泥板岩互层构成。岩体软硬相间, 层间错动发育, 存在顺坡向的断裂结构面, 层状岩体的完整性较差。进水口布置区位于蠕变体下游, 紧邻蠕变体A1区下部, 山形整齐。出露地层为板纳组T2b层, 除T18层以泥板岩为主外, 其余皆以砂岩为主, 或砂岩与泥板岩互层岩组。

2.2 边坡稳定性进行分析与评价

分为以下几个部分: (1) 岩体结构分析。本水电站左岸高边坡为典型的陡倾角、反倾向层状结构岩质高边坡, 边坡开挖后, 形成大于420m的组合边坡。导流洞进口段主要断层有F4、F44、F94等。除F4断层外, 其余主要断层破碎带宽度一般都小于0.5m, 它们相互组合或与坝区随机节理组合, 将在洞周壁形成一些稳定性差或较差的岩块体, 隧洞开挖过程中, 一旦洞顶不稳定块体产生大方量塌滑, 将直接影响导流洞进水口边坡的稳定。 (2) 岩体应力分析。经实测, 该水电站进水口高边坡岩体残留有构造应力。为分析地应力场对边坡稳定影响程度, 进行了自重应力场与构造应力场的比较计算。 (3) 地形地貌分析。左岸导流进水口边坡受地形条件的限制, 形成101m高边坡, 且紧靠已发生倾倒蠕变体区布置。导流洞进水口边坡开挖后, 与上部地下厂房进水口边坡形成长约500m, 最大组合坡高达420m、坡面面积达27万m2、轮廓复杂、岩体构造应力突变的反倾向层状结构岩质高立坡。 (4) 爆破效应分析。该水电站左岸导流洞进水口边坡地质条件复杂, 断层、节理裂隙发育, 边坡面高, 受爆破振动影响较大。特别是导流隧洞进口段的洞室开挖, 受进水口边坡爆破施工和洞室爆破施工的双重影响。

2.3 提高进水口边坡稳定性的防治措施

(1) 边坡设计。进水口高边坡梯段坡高一般为20m和15m, 马道宽度一般为5m, 高程382m马道宽度为12m~50m、高程480m马道宽度为20m。开挖坡比为:微风化~新鲜岩体1∶0~1∶0.25;弱风化岩体1∶0.5;强风化岩体1:1;全风化岩体和蠕变岩体松动带为1∶1.25~1∶1.5。左岸导流洞进水口底板高程215.00m, 进水口边坡坡顶高程301.00m~311.00m, 设计开挖边坡最大高度101m (与大坝边坡组合高达420m) , 洞脸边坡最大高度8 5 m, 设计开挖坡比1∶1~1∶1.25。 (2) 边坡支护设计。左岸进水口高边坡采用系统锚杆、挂网喷混凝土和预应力锚索等联合支护方式。382.25m以上坡面主要支护参数为:挂网 (φ4钢丝网) 、喷混凝土C20 (厚15cm) , 系统砂浆锚杆为Φ25 (5m~8m) 、Φ32 (10m~12m) , 间排距2.0 m×2.0 m, 边坡各布置2排1000k N~2000k N级预应力锚索, 锚索长度为25m~50m。高程301m~382.25m。地下厂房进水口高边坡主要支护参数为:挂网 (φ4钢丝网) 、喷混凝土C20 (厚15cm) , 系统砂浆锚杆为Φ36 (15m) 、Φ40高强锚杆 (12m) , 间排距2.0m×2.0m, 边坡各布置5排2000k N~3000k N级预应力锚索, 锚索长度为40m~60m。高程245m~260m及260m~275m边坡各布置2排2000k N级预应力锚索, 锚索长度为35m、38m相间布置, 高程275m~290m及290m~301m边坡各布置2排1000k N级预应力锚索, 锚索长度为45m、48m相间布置, 锚索间距均为5.0m。 (3) 排水设计。从530m~295m, 排水洞共布置八层 (530m、480m、460m、425m、382m、345m、3 0 3 m、295m) , 总长度约4500m, 城门洞型, , 断面尺寸2.5m×3.0m。左岸进水口边坡排水孔布置在单级坡坡面和边坡排水洞内, 每级单级坡坡脚布置一排孔径φ91mm、间距3m、孔深15m的排水孔, 坡面按孔排距3m×3m梅花型交错布置孔径φ76mm、孔深3m的系统排水孔, 坡面排水孔仰角均为10°, 边坡排水洞侧墙布置两排孔径φ76mm、孔深5m~10m、孔距5m、仰角15°的排水孔。