溪洛渡电站左岸古滑坡堆积体位移与治理

1 溪洛渡电站左岸古滑坡堆积体位移与治理溪洛渡电站左岸古滑坡堆积体位移与治理 兰艇雁 李杰 长江三峡发展公司溪洛渡监理部 云南永善 657300 摘要 摘要 由二叠系宣威组底部软弱夹层作为古滑体界面的溪洛渡左岸巨型谷肩古滑坡堆积体 在处理过程中 由于坡脚破坏 大气降水渗入 滑坡体表层发生大面积蠕动变形 滑移距 离达到 180mm 古滑坡体内部沿深层滑动面滑移 60mm 总体积约 5000 万 m3 古滑坡的 复活对滑坡体上部居民以及电站进水口造成严重威胁 通过采取深层 浅层排水 压脚贴 坡混凝土 框格梁加锚索固脚等工程措施 保证了古滑坡体的稳定 关键字 关键字 古滑坡 位移 治理 1 1 概述概述 溪洛渡水电站位于金沙江下游云南省永善县与四川省雷波县相接壤的溪洛渡峡谷之中 是金沙江下游河段规划开发的第三个梯级电站 该工程以发电为主 兼有防洪 拦沙和改 善下游航运条件等综合功能 溪洛渡水电站枢纽由拦河大坝 引水发电建筑物 泄洪建筑物等组成 拦河大坝为混 凝土双曲拱 最大坝高 278 00m 坝顶高程 610 0m 拱顶中心弧长 698 07m 发电厂房为 地下式 分设在左 右两岸山体内 各装机 9 台 单机容量为 700MW 的水轮发电机组 总 装机容量 12600MW 电站主要供华东 华中地区兼顾川 滇两省用电需要 是金沙江 西 电东送 距离最近的骨干电源之一 是我国第二大巨型水电站 溪洛渡水电站左岸谷肩堆积体位于坝址上游电站进水口的上方 在治理过程中发现存 在浅部蠕动滑移以及深部古滑带位移 有复活迹象 如果失稳 后果将十分严重 通过采 取综合措施进行治理 目前达到了稳定的良好效果 这种对古滑坡体进行综合治理的方法 在国内十分罕见 尤其是土锚管在边坡加固中的应用在国内实属创新 故予以介绍 2 2 地质背景地质背景 2 12 1 地形地貌地形地貌 工程区位于雷波 永善构造盆地中的永斜之西翼 系一总体倾向南东由似层状玄武岩 组成的单斜构造 缓倾下游左岸 顺流方向地层产状呈陡 缓 陡的平缓褶曲 坝址区所 在金沙江河谷呈 U 字型分布 谷底高程约 350m 左右 正常蓄水位 600m 时 河谷宽 535m 600m 高程以上为 70 80 的玄武岩陡壁 740m 高程以上为古滑坡堆积体 左岸 古滑坡堆积体位于电站进水口及泄洪洞进水口的上方 原始坡面平缓 总体坡度 15 20 左右 具体见图 1 2 图图 1 1 左岸古滑坡堆积体处理分区示意图左岸古滑坡堆积体处理分区示意图 2 22 2 地质结构地质结构 左岸古滑坡体的滑动面主要发生在玄武岩与宣威组铝土页岩之间 滑动面出口高程 730 858m 滑动面产状 N20 E SE 5 8 古滑坡堆积体由下至上 从老到新依次为 二叠系宣威组沉积 P2x 冰川 冰水堆积体 fgl glQ21 洪积体 plQ3 其中以冰 水堆积和洪坡积为主 见图 2 3 图图 2 2 左岸谷肩古滑坡堆积体剖面示意图左岸谷肩古滑坡堆积体剖面示意图 二叠系宣威组沉积 P2x 位于古滑坡底部 为海陆相沉积 岩性为灰黄色砂页岩互层 底部存在较稳定的铝土质页岩 残留厚度一般在 22 30m 之间 顶板高程 730 800m 宣 威组地层假整合于玄武岩之上 冰川 冰水堆积体 fgl glQ21 形成于中更新统早期 为河流相冲积物 厚度一般为 10 79m 组成物质主要为玄武岩 砂岩 灰岩 钙质接触式胶结较紧密 具有成层性 局 部架空 偶有缺失 分布高程一般在 730 800m 之间 洪积体 plQ3 厚度 4 30m 左右 主要由紫红色粘土组成 自上而下含石量逐渐增多 厚度逐渐增大 覆盖于冰川 冰水堆积物之上 2 32 3 水文地质条件水文地质条件 古滑坡体水源主要接受边坡后缘大气降水补给 补给面积约 8000m2 就滑坡体组成物 质而言 上部洪坡积物主要组成物质为红色粘土 相对隔水 对大气降水起到了屏障作用 中部冰川 冰水堆积体为冲积层 结构架空 是相对透水层 下部宣威组岩层为相对隔水 层 地下水赋存于隔水层之上的冰川 冰水堆积物之中 含水量较少 向金沙江排泄 2 42 4 主要物理力学指标主要物理力学指标 洪积体 plQ3 干密度为 1 75g cm3 天然含水率为 15 5 粘土塑性指数为 18 7 干 燥时坚硬且地表龟裂 遇水软化 冰川 冰水堆积体 fgl glQ21 干密度为 1 95g cm3 天然含水率为 5 95 3 3 古滑坡成因分析古滑坡成因分析 根据该区滑坡体之上倾覆第四纪洪积物可推断滑坡体发生于 200 300 万年的中更新统 早期 当时金沙江河床高程约 868m 河水补给两岸的二叠系宣威组地层 使其中的铝土页 岩和粉细砂岩等软弱岩层长期处于软化状态 由于边山卸荷作用 使其后缘的宣威组 飞 仙观组以及铜街子组地层沿卸荷结构面发生错落 错落地层总厚度达 423m 错落体基本保 持了原始地层的顺序 中后部解体较弱 具有明显的错落特征 在错落岩层的重压下 加 之宣威组软弱岩层处于软化状态 导致边坡在剪应力条件下产生沿宣威组软弱岩层的塑性 变形和剪切滑移 经勘测发现滑坡体后缘集中发育陡倾节理 产状为 N30 50 W SW 65 80 中部弧形滑面是经剪断宣威组中上部以及飞仙观组岩体发育而成 因 此古滑坡是由于卸荷错落岩体的重力作用 岩体在蠕动变形过程中 经前缘滑移牵引 后 4 缘拉裂 中部剪切下滑形成的 滑坡主滑方向均指向金沙江 略向下游倾斜 古滑坡形成后的岩体基本保持了原始的地层顺序 到中更新统末期 该区遭受了冰川 河流冲击 将古滑坡体前缘宣威组以上的飞仙观组和铜街子组潜蚀 由河流相冰川 冰水 堆积物取而代之 到上更新统时期 该区又经受一次洪水冲刷 使洪积物覆盖于冰积层之 上 从而形成如今的地层结构特征 4 4 古滑坡稳定性分析古滑坡稳定性分析 4 14 1 古滑坡变形过程古滑坡变形过程 古滑坡堆积物厚度 8 51m 163m 不等 体积约 5700 万 m3 2005 年 5 月份以前 为保 证古滑坡下方电站进水口和泄洪洞进水口的安全 对古滑体边坡进行了削坡处理 在处理 过程中发现 区下游侧的坡脚部位发生蠕滑拉裂变形 并逐渐发展为洪积物发生弧形浅表 层滑动 2005 年 5 月至 9 月 区上游侧中部的表层洪积物在前缘开口线附近出现明显的浅层 变形 变形范围约为长 15m 顺江方向 宽 10m 垂直金沙江方向 变形特征主要表现 为 变形体前缘部位发生一定程度的向外鼓出 后缘出现深约 30 50cm 的拉陷槽 后侧最 大错位高度达 1 2m 区顶部出现宽 5 10cm 的拉裂缝 后侧发生高 30 50cm 的错台 2005 年 9 月以后 整个滑坡体变形进一步加剧 各区中部都不同程度的出现贯通性裂 隙 不仅表层发生裂隙和鼓出 中部的冰川 冰水堆积物亦发生拉开裂缝 4 24 2 变形监测变形监测 为了实时掌握滑坡体的变形情况 在高程 813 9m 和 797 0m 分别布置测斜管 IN02 JDL 和 IN03 JDL IN02 JDL 于 2006 年 6 月 25 日取得基准值 观测时段为 06 年 06 月 25 日 06 年 07 月 25 日 IN03 JDL 于 2006 年 7 月 13 日取得基准值 观测时段为 06 年 07 月 13 日 06 年 07 月 25 日 它们的监测情况分别如下 IN02 JDL 测斜孔 1 累计位移 在观测时段内 0 5m 深度测点累计位移量约 75mm 3 0m 深度测点累计位 移量约 22mm 28 5m 深度测点累计位移量约 10mm 2 变形速率 06 年 7 月 1 日以前 变形速率较小 0 5m 深度测点的平均变形速率为 1 6mm d 06 年 7 月 1 日 06 年 7 月 11 日期间 0 5m 测点的平均变形速率为 4 5 mm d 06 年 7 月 11 日以后 0 5m 测点变形速率减小 平均变形速率约 1 0mm d 3 0m 和 28 5m 深度测点具有相似规律 总体平均变形速率约 1 0mm d IN03 JDL 测斜孔 1 累计位移 在观测时段内 0 5m 深度测点累计位移量约 41mm 3 0m 深度测点累计 位移量约 19mm 23m 深度测点累计位移量约 7mm 2 变形速率 06 年 7 月 15 日以前 变形速率较小 0 5m 深度测点的平均变形速率 为 2 75mm d 06 年 7 月 15 日 06 年 7 月 18 日期间 变形速率有所减小 0 5m 测点的平 均变形速率为 0 5 mm d 06 年 7 月 18 日以后 变形速率增大 0 5m 测点的平均变形速率 约 4 6mm d 3 0m 和 23m 深度测点具有相似规律 但量值较小 两测斜孔 06 年 07 月 25 日 向河谷方向不同深度位移分布情况分别见图 3 图 4 5 图图 3 3 IN02 JDLIN02 JDL 测斜孔位移分布图测斜孔位移分布图 图图 4 4 IN03 JDLIN03 JDL 测斜孔位移分布图测斜孔位移分布图 6 从监测资料可以看出 在孔深 5m 左右存在变形差异点 上部各点的累积位移自上而下 逐渐减小 孔深 5m 至冰川 冰水堆积物底部之间各点的累积位移趋于一致 冰川 冰水堆 积物底部处是另一变形差异点 该处出现位移巨变 上部累积位移 12mm 15mm 左右 下部 只有 2mm 3mm 左右 该观测结果显示 两点一个是浅层位移界面 位于洪积物与冰积物的 分界线上 另一个是深层界面 位于冰积物和下部宣威组的分界面上 4 34 3 原因分析原因分析 左岸古滑坡体的稳定情况威胁电站进水口的安全 拟对古滑坡上部致滑段进行削坡处 理 开挖坡比 1 1 5 1 2 5 根据现场地形和土体特征分部位进行 在施工中 由于表 层覆盖的相对隔水的粘土层被削减 导致部分透水的冰积层裸露 加之 2005 年雨水较丰富 大量雨水通过冰积层渗透到底部的宣威组 使其中的铝土页岩和粉细砂岩等软弱岩层软化 导致其抗剪强度降低 并且由于施工开挖造成滑坡前沿 14 层玄武岩高程 680m 740m 位置 的坡脚以上形成临空面 因此使得古滑坡沿宣威组深层界面发生位移 而表层的洪积物粘 土在干燥状态下其内摩擦角 值可以达到 36 40 一旦浸水粘土层将达到夜限含水 量 值降低至 10 15 之间 由于其在表层植被破坏后接受大量降水补给达到饱和 因此产生沿冰积层界面的浅层蠕滑 从以上分析说明 该古滑坡已趋于复活 整个左岸高边坡稳定性较差 为确保下部电 站进水口和上部居民安全必须彻底治理 5 5 古滑坡体治理古滑坡体治理 左岸古滑坡堆积体处理范围长 5303m 在高程 740m 840m 之间 针对溪洛渡水电站左 岸古滑坡堆积体的复杂地质条件和浅层蠕滑以及深层位移的特征 采用了中空注浆土锚管 加拱形骨架砼梁对浅层滑移进行加固 采用砼固脚贴坡挡墙加上深入完整玄武岩体的预应 力锚索对坡脚进行加固 为了解决古滑坡内的积水 采取坡面排水 地表排水以及在玄武 岩中打排水洞相结合的方式进行综合排水 5 15 1 中空注浆土锚管固坡中空注浆土锚管固坡 5 1 15 1 1 固坡作用原理固坡作用原理 中空注浆土锚管打入坡面后 使坡面增加了钢管骨架 并且其对周围的松软土体存在 挤密作用 增加了边坡的抗滑能力 从而增加了边坡的稳定 当中空注浆土锚管注浆时 水泥浆液在压力作用下通过布置在管壁四周的出浆孔向周围土体及碎屑块石渗透 使周围 一定的渗透半径范围内的土体或碎屑块石胶结在一起 既提高抗拔能力又提高抗剪强度 使表层 5m 范围内的滑移面趋于稳定 5 1 25 1 2 参数的选择参数的选择 土锚管长 6m 直径 48mm 壁厚 3 5mm 入口端加工成锥形导向头 沿轴线方向每 10cm 布置 4 个 6mm 的出浆孔 出浆孔采用三角体角钢倒刺保护 共设置 3m 其余 3m 不 设出浆孔 土锚管夯入坡面 5 85m 外露 15cm 间排距 1 5m 1 5m 梅花形布置 锚管下 倾 15 土锚管灌注 M20 的水泥净浆 水灰比 0 8 1 注浆压力控制在 0 3MPa 以内 5 1 35 1 3 中空土锚管施工中空土锚管施工 在脚手架搭设完成后 按照中空注浆土锚管布置间排距逐一放线标注孔位 采用 QC150 型夯管机夯进中空注浆土锚管 紧接着在土锚管验收合格后进行灌浆 注浆压力控 制在 0 3MPa 以内 当孔口返浆 或边坡往外串浆 即可结束灌浆 孔口未返浆 但灌浆压 力已达到 0 3MPa 且浆液无明显下降时亦可结束灌浆 整个坡面共布置土锚管 20460 根 5 25 2 拱形骨架梁护坡拱形骨架梁护坡 土锚管完成后在坡面上设置常规砼拱形骨架 间距 3 6m 主骨架宽 0 6m 拱形支骨架 宽 0 5m 每 3 榀主骨架设置一道沉降缝 并用沥青麻丝填塞 混凝土拱形骨架嵌入边坡坡 面 拱形支骨架与主骨架相交位置结合土锚管位置布置 保证混凝土骨架钢筋与土锚管焊 7 接牢固 5 35 3 混凝土贴坡挡墙加预应力锚索加固混凝土贴坡挡墙加预应力锚索加固 根据左岸故滑坡体的地质结构和坡脚破坏的实际情况 为确保古滑体坡脚的抗滑力 保证边坡整体稳定 故采用混凝土贴坡挡墙加预应力锚索对滑坡下部阻滑部分进行加固 坡脚混凝土贴坡挡墙基础座落在 14 层玄武岩的顶面 基础块采用 C25 混凝土 厚度为 1 5m 贴坡混凝土坡长长度一般为 6m 在 14 层玄武岩混凝土基础面上 设置 32 L 6m 基础锚筋 间排距 1 5m 1 5m 交错布置 外露 50cm 并与混凝土内的钢筋焊接 斜坡段 混凝土基础布置 32 L 6m 的中空自进式锚杆 间排距 1 5m 1 5m 交错布置 外露 50cm 与贴坡混凝土内钢筋焊接 为加强坡脚混凝土贴坡挡墙对坡脚的加固效果 在 6m 长的贴坡混凝土中部布置一排 1500KN 级预应力锚索 设计孔深 30m 预应力锚索需要穿过冰川冰水堆积层 古滑坡堆积 层和宣威组砂岩 最终锚固于稳定的 14 层玄武岩内 整个加固过程共完成预应力锚索 93 束 混凝土 6269m3 5 45 4 排水排水 5 4 15 4 1 地表排水地表排水 左岸滑坡堆积体汇水面积约 8000m2 坡度约 10 30 雨后往往汇成较大的地表径 流 坡面存在两条冲沟对坡面进行冲刷 造成垮塌破坏 并且坡面以上有梯田 农田灌溉 时灌溉用水时常顺坡面上的冲沟下泻 对坡面亦造成较大的冲刷 为了控制地表径流对坡 面的冲刷以及入渗对滑体的不利影响 沿堆积体上部开挖边界线外侧和马道分别布置截水 沟 径流通过纵向排水沟排入砼截水沟后汇入下游河谷 排水沟过水断面为 1 5 0 5m 设置为跌坎式排水沟 5 4 25 4 2 坡面排水坡面排水 左岸地下水位在宣威组顶部高程处波动 因此在宣威组砂岩范围内布置 6 排 100mm 的排水孔 间距 2 0 2 0m 在洪积物较厚的 区布置 50mm 的排水孔 间排距 4 0m 4 0m 排水管采用热镀锌钢管 仰角 5 钢管管壁间隔 10cm 钻设孔径为 8 10mm 的小孔 采用梅花形布置 排水管外包反滤土工织物 管长 12m 通过采用偏心跟管钻进 法造孔 然后送入排水花管并拔出套管 整个坡面共完成 100mm 排水管 10820m 50mm 排水管 5804m 5 4 35 4 3 深层排水深层排水 为了最大限度地降低滑坡体的地下水位 在滑坡面下部的玄武岩地层中设置了永久排 水平洞 排水平洞分为一条排水主洞和 1 号 2 号两条排水支洞 排水平洞宽 2 7m 高 3 4m 为城门洞型 总长 1129 0m 主洞 K0 000 K0 080 范围及 1 号支洞和 2 号支洞内不 设排水孔 其余洞段在顶部设置排水孔 孔径 90mm 孔距 3 0m 梅花形布置 孔轴方向垂 直于