尹 華 安

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概況

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣交界的金沙江干流上，壩址位于豆沙溪溝口至溪洛渡溝口全長(zhǎng)約4km的峽谷中段，拱壩壩底高程324.50m，壩頂高程610.00m，最大壩高285.50m。壩肩相鄰區(qū)建筑物布置關(guān)系如圖1所示，在壩基及壩肩附近布置有左右岸纜機(jī)平臺(tái)、左右岸施工供料線、左右岸泄洪洞進(jìn)口、上游施工圍堰及下游水墊塘等建筑物，各建筑物不僅在平面上相互毗鄰，還在高程上錯(cuò)落銜接，空間布局極為緊湊。大壩壩肩2006年5月開始開挖，2009年2月底完成，經(jīng)過(guò)近7年時(shí)間的安全監(jiān)測(cè)和巡視，邊坡整體安全穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)局部塊體問(wèn)題，變形亦在合理范圍之內(nèi)。

圖1 壩基及壩肩區(qū)域相關(guān)建筑物布置示意

2 工程地質(zhì)及穩(wěn)定評(píng)價(jià)

2.1 工程地質(zhì)

溪洛渡拱壩壩址區(qū)河道順直，谷坡陡峻，地形完整，無(wú)溝谷切割，河谷斷面呈較對(duì)稱的“U”型，谷底較寬闊平緩，兩岸山體陡峻雄厚，兩岸420m高程以下總體呈25°～40°的緩坡，420m高程以上為受層狀地層控制的各級(jí)陡坡、陡壁，坡度50°～80°，兩岸谷肩高程680～860m以上為第四紀(jì)堆積緩坡平臺(tái)，地形寬闊平緩，緩傾下游。壩區(qū)基巖及兩岸谷坡由14個(gè)巖流層的二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖(P2β)組成，地層為緩傾單斜地層，無(wú)斷層分布，巖流層面略有起伏，微傾下游偏左岸。

壩區(qū)主要結(jié)構(gòu)面為層間錯(cuò)動(dòng)帶(C)、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶(Lc)、擠壓帶(g)和基體裂隙(L)，其中：層間錯(cuò)動(dòng)帶(C)發(fā)育于巖流層界面或靠近界面附近，總體產(chǎn)狀與巖流層近于一致，有構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)破碎現(xiàn)象，部分工程地質(zhì)性狀較差；層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶(Lc)發(fā)育于各巖流層內(nèi)部，傾角較緩、分布廣、數(shù)量多、長(zhǎng)度較大，發(fā)育間距一般約5m，局部地段集中成帶發(fā)育，間距小于1.5m，部分工程地質(zhì)性狀較差；擠壓帶(g)各巖流層均有發(fā)育，以陡傾為主，長(zhǎng)度5～10m，工程類型為裂隙巖塊型，弱風(fēng)化；基體裂隙(L)在巖體內(nèi)部發(fā)育，為剛性結(jié)構(gòu)面，陡裂為主，緩裂次之，長(zhǎng)度短小，連通性差，受層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶限制，分布不均。

拱壩建基面上的地質(zhì)缺陷主要分為兩大類：

(1)規(guī)模較大、性狀較差的層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶和錯(cuò)動(dòng)帶集中發(fā)育的風(fēng)化夾層；

(2)受一定規(guī)模的緩傾角錯(cuò)動(dòng)帶和陡傾角擠壓帶、卸荷裂隙切割的弱風(fēng)化、弱卸荷巖體。

上述兩類地質(zhì)缺陷所構(gòu)成的巖體為Ⅲ2和Ⅳ1級(jí)巖體，主要分布于建基面的下游壩趾附近。

2.2 穩(wěn)定評(píng)價(jià)

壩肩部位自然邊坡巖體堅(jiān)硬完整，宏觀上呈塊狀、次塊狀結(jié)構(gòu)為主，部分鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，巖體質(zhì)量較好，水平深度150m以外，巖體質(zhì)量以Ⅱ級(jí)巖體為主。層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶是邊坡巖體中的主要控制性結(jié)構(gòu)面，根據(jù)地質(zhì)資料分析，受傾角、產(chǎn)狀影響，無(wú)構(gòu)成穩(wěn)定問(wèn)題的大規(guī)模不利組合體。巖體中裂隙、擠壓帶多較短小、粗糙，且受限于層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶發(fā)育，僅在自然斜坡陡壁的表淺部可見(jiàn)，由此影響形成滑移～拉裂、滑移～壓致拉裂和冒落式滑塌跡象，但影響深度有限。綜合分析，壩肩邊坡巖體強(qiáng)度高，質(zhì)量好，風(fēng)化卸荷不強(qiáng)烈，無(wú)大規(guī)模的滑移控制面存在，自然邊坡坡型完整，未見(jiàn)大規(guī)模的變形體，設(shè)計(jì)開挖邊坡與自然邊坡接近，壩肩邊坡整體均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

工程邊坡部分處于卸荷帶內(nèi)，巖體結(jié)構(gòu)較松馳，邊坡巖體中發(fā)育有層間錯(cuò)動(dòng)帶、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶、擠壓帶和隨機(jī)裂隙等各類結(jié)構(gòu)面。這些結(jié)構(gòu)面在邊坡開挖形成臨空面后，由于其相互切割組合可能構(gòu)成不穩(wěn)定塊體或潛在不穩(wěn)定塊體，施工中應(yīng)針對(duì)這些不穩(wěn)定塊體進(jìn)行必要的工程處理措施，主要包括：柱狀節(jié)理受卸荷作用發(fā)育成卸荷結(jié)構(gòu)面，開口線附近的中傾角裂隙組合形成滑移拉裂式變形體；拱肩上游邊坡受層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶控制，在開口線、馬道邊緣易受擠壓帶、裂隙及邊坡臨空面組合形成欠穩(wěn)定隨機(jī)塊體。

3 拱壩建基面

溪洛渡可行性研究設(shè)計(jì)階段，兩岸壩基主要利用微風(fēng)化～新鮮巖體，局部利用弱風(fēng)化下段巖體，河床壩基置于332m高程。優(yōu)化技施階段，通過(guò)進(jìn)一步的地質(zhì)勘探工作和在體形優(yōu)化及整體穩(wěn)定方面的科研工作，參照國(guó)內(nèi)外大型拱壩選擇建基面的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)溪洛渡拱壩建基面進(jìn)行了優(yōu)化，提出了Ⅱ級(jí)巖體為主，適當(dāng)利用Ⅲ級(jí)巖體的拱壩建基面方案，建基面各級(jí)巖體所占面積的百分比見(jiàn)表1，巖體質(zhì)量分布見(jiàn)圖2。

表1 建基面各級(jí)巖體所占面積的百分比

圖2 拱壩建基面巖體質(zhì)量分布

溪洛渡拱壩壩高285.50m，承受約1 300萬(wàn)t的巨大水推力，要求基礎(chǔ)具有相應(yīng)的承載能力、穩(wěn)定性、抗?jié)B性和適宜的基面形態(tài)。為提高基礎(chǔ)巖體的整體性和壩基穩(wěn)定性，要求對(duì)建基面分布的不可用巖體進(jìn)行必要處理，處理主要對(duì)象是規(guī)模較大的層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶和強(qiáng)風(fēng)化夾層、河床壩基332m高程以下風(fēng)化巖體、建基面560m高程以下的Ⅲ2和Ⅳ1級(jí)巖體以及560m高程出露的Ⅳ1級(jí)巖體等。地基處理的對(duì)象和主要措施見(jiàn)表2。

表2 拱壩基礎(chǔ)處理的主要對(duì)象及措施

4 壩肩開挖及支護(hù)設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

溪洛渡壩肩人工開挖邊坡最大高度395.50m，高邊坡開挖布置和支護(hù)設(shè)計(jì)方案對(duì)施工安全和永久運(yùn)行安全至關(guān)重要。為較好解決溪洛渡拱壩壩肩開挖高邊坡和相鄰建筑物協(xié)調(diào)問(wèn)題，設(shè)計(jì)主要按照開挖、支護(hù)及施工控制三方面要點(diǎn)進(jìn)行，見(jiàn)表3～5。

4.2 開挖設(shè)計(jì)

根據(jù)施工總體布置，兩岸610m高程布置大壩混凝土澆筑施工供料線，兩岸壩頂上部P2β13巖流層頂天然臺(tái)地之上布置平移式纜機(jī)，左右岸平臺(tái)高程分別為700m、720m。由于纜機(jī)平臺(tái)基礎(chǔ)和拱端距離較近，同時(shí)需要考慮施工供料線布置，壩肩610m以上開挖設(shè)計(jì)主要應(yīng)考慮相鄰建筑布置協(xié)調(diào)問(wèn)題。左右岸610m以上壩肩開挖布置示意見(jiàn)圖3～4。

表3 拱壩壩肩開挖設(shè)計(jì)要點(diǎn)

表4 拱壩壩肩支護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

表5 拱壩壩肩開挖施工控制要點(diǎn)

根據(jù)地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)以纜機(jī)平臺(tái)、施工供料線為邊界進(jìn)行壩肩開挖布置設(shè)計(jì)，左岸按邊坡地質(zhì)情況，采用穩(wěn)定坡比進(jìn)行開挖，控制剖面開挖坡比1∶0.3～0.45，右岸按纜機(jī)平臺(tái)和供料線確定的位置設(shè)計(jì)開挖邊坡，控制剖面開挖坡比提高到1∶0.2～0.25，施工馬道基本寬度3m，高差20～30m。右岸610m供料線負(fù)責(zé)混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)，基本寬度為13m，受壩頭位置控制，在供料線穿越壩頭部位架設(shè)棧橋等臨時(shí)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)上下游的供料線連接，并順暢的跨越壩頭。左岸610m供料線負(fù)責(zé)材料轉(zhuǎn)運(yùn)，基本寬度為12m，壩頭設(shè)7m寬?cǎi)R道與上游及壩頂交通洞連接。

圖3 左岸610m以上壩肩開挖布置示意 圖4 右岸610m以上壩肩開挖布置示意

610m高程以下壩基開挖布置見(jiàn)圖5，對(duì)上游邊坡相鄰的泄洪洞進(jìn)口、上游施工圍堰，采用布置和坡比調(diào)整予以避讓，對(duì)下游水墊塘，則采用自然銜接布置。大壩建基面以Ⅱ、Ⅲ1級(jí)巖體為主，自身穩(wěn)定，上下游拱肩槽邊坡大部份為Ⅲ2和Ⅳ1級(jí)巖體，邊坡開挖控制坡比1∶0.1～0.45，河床覆蓋層開挖控制坡比1∶1.25。施工馬道基本寬度3m，上游邊坡梯

圖5 610m高程以下壩肩開挖布置示意

段高差30m，下游邊坡考慮交通便利，梯段高程和抗力體排水洞底板高程一致，梯段高差40～60m。

拱壩建基面采用預(yù)裂控制爆破開挖，為便于質(zhì)量控制，設(shè)計(jì)要求開挖梯段高度為10m，并按此高度設(shè)計(jì)開挖建基面。考慮到拱壩建基面分布有一定數(shù)量的地質(zhì)缺陷需要進(jìn)行置換處理，為避免二次開挖對(duì)上下游邊坡造成破壞，根據(jù)前期地質(zhì)資料，對(duì)左岸560m高程以下、右岸580m高程以下的下游拱端及左岸400～440m上游拱端進(jìn)行了擴(kuò)大開挖設(shè)計(jì)，下游拱端擴(kuò)大區(qū)進(jìn)行壩后貼坡，兼做下游通道及壩趾加固平臺(tái)。此外，為通過(guò)減少壩基嵌深實(shí)現(xiàn)減少壩體及開挖工程量的目的，設(shè)計(jì)在分析壩基巖體特點(diǎn)及論證拱壩結(jié)構(gòu)可行性的基礎(chǔ)上，對(duì)400m以上的上游拱端進(jìn)行非徑向開挖設(shè)計(jì)，拱端切角5°～15°，減少上游端開挖深度3～6m。拱端切角及擴(kuò)大開挖示意見(jiàn)圖6。

圖6 拱端切角及擴(kuò)大開挖示意

壩肩上游邊坡臨近大壩上游壩面區(qū)域，在大壩混凝土澆筑時(shí)，一般需在上游增加小貼角解決相接部位施工立模困難問(wèn)題。為確保增加小貼角后不對(duì)壩體局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力造成不利影響，除在混凝土澆筑時(shí)采用1cm厚土工布進(jìn)行脫開隔離外，還對(duì)拱肩槽上游側(cè)坡距壩面較近區(qū)域的施工馬道進(jìn)行必要的尖滅設(shè)計(jì)，如圖7所示，以使相接部位坡面盡量平順，以利于拱壩局部應(yīng)力狀態(tài)均化。

4.3 支護(hù)設(shè)計(jì)

(1)建基面。溪洛渡大壩建基面以Ⅱ、Ⅲ1級(jí)巖體為主，巖體強(qiáng)度高，質(zhì)量好，風(fēng)化卸荷不強(qiáng)烈，壩址地應(yīng)力不高，總體判斷開挖松弛問(wèn)題不顯著，也無(wú)優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面形成潛在的局部滑塊，設(shè)計(jì)對(duì)建基面邊坡不要求進(jìn)行支護(hù)處理。

(2)拱肩槽。設(shè)計(jì)開挖方案壩肩穩(wěn)定分析表明，壩肩邊坡無(wú)大規(guī)模的滑移控制面存在，壩肩邊坡整體均處于穩(wěn)定狀態(tài)，不需針對(duì)整體穩(wěn)定采取特別的加固措施，邊坡支護(hù)主要針對(duì)局部穩(wěn)定問(wèn)題。

壩肩開挖邊坡出露多條一定規(guī)模的層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶，計(jì)算分析表明，開挖卸荷后隨邊坡應(yīng)力調(diào)整，在錯(cuò)動(dòng)出露區(qū)域會(huì)產(chǎn)生一定程度的邊坡變形，不加限制，有可能影響邊坡安全。為限制此類局部變形影響，設(shè)計(jì)采用了預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固處理。根據(jù)加固位置不同，設(shè)計(jì)制定了4種不同規(guī)格的錨索，長(zhǎng)度20～50m，設(shè)計(jì)噸位60～200t，錨固段長(zhǎng)度6～8m，錨索間距5m，錯(cuò)動(dòng)帶區(qū)域錨索要求穿錯(cuò)動(dòng)帶，錨固段位于下層巖體之內(nèi)。

圖7 施工馬道尖滅設(shè)計(jì)示意

壩基邊坡巖體大部分為Ⅲ2級(jí)及以上的區(qū)域，處于卸荷帶內(nèi)的巖體結(jié)構(gòu)較松馳，邊坡巖體中發(fā)育有層間錯(cuò)動(dòng)帶、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶、擠壓帶和隨機(jī)裂隙等各類結(jié)構(gòu)面，地質(zhì)結(jié)構(gòu)面和邊坡開挖組合可能構(gòu)成不穩(wěn)定塊體或潛在不穩(wěn)定塊體，設(shè)計(jì)采用系統(tǒng)錨桿支護(hù)予以處理，支護(hù)措施包括掛網(wǎng)噴混、系統(tǒng)錨桿、坡面排水等，錨桿長(zhǎng)度4.5～9m。

地表區(qū)域巖體中的柱狀節(jié)理受卸荷作用，發(fā)育成卸荷結(jié)構(gòu)面，易在開口線附近的中傾角裂隙組合形成滑移拉裂式變形體；拱肩上游邊坡受層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶控制，在開口線、馬道邊緣易受擠壓帶、裂隙及邊坡臨空面組合形成欠穩(wěn)定隨機(jī)塊體。對(duì)這類問(wèn)題，設(shè)計(jì)采用鎖口支護(hù)予以處理，鎖口支護(hù)措施包括系統(tǒng)鎖口錨桿、超前錨桿和錨筋樁等。鎖口錨桿在開口線區(qū)域外側(cè)布置，開挖前實(shí)施，錨桿長(zhǎng)度6～9m；超前錨桿和錨筋樁主要布置在施工馬道外側(cè)，下層梯段開挖前先實(shí)施超前錨桿鎖口，開挖后根據(jù)裂隙發(fā)育情況再實(shí)施錨筋樁，超前錨桿和錨筋樁方向要求斜傾坡內(nèi)，和坡面大角度相交，長(zhǎng)度9～12m。

(3)覆蓋層。兩岸岸坡臺(tái)地上的覆蓋層多為堆積形成，要求進(jìn)行清坡處理，河床壩基上游的覆蓋層邊坡，主要物質(zhì)為砂礫石層，要求坡面穩(wěn)定排水良好，主要采用掛網(wǎng)噴混和加強(qiáng)坡面排水處理措施，排水深度要求不小于5m。

4.4 施工控制

(1)作業(yè)流程控制。為保證開挖邊坡穩(wěn)定、施工安全和施工進(jìn)度要求，開挖爆破后，要求對(duì)每層工作面出現(xiàn)的危石及時(shí)清除干凈，對(duì)不穩(wěn)定體進(jìn)行隨機(jī)支護(hù)，然后進(jìn)行出渣，并進(jìn)行系統(tǒng)錨噴支護(hù)、錨索作業(yè)。

(2)進(jìn)度控制。為減輕卸荷變形對(duì)邊坡局部穩(wěn)定安全的影響，邊坡支護(hù)施工與壩肩開挖平行作業(yè)時(shí)，要求邊坡淺層支護(hù)(錨噴)不落后開挖工作面20m，錨索施工不落后開挖工作面30m，且在下一梯段開挖前，必須完成馬道鎖口支護(hù)。

(3)爆破方式。為確保建基面質(zhì)量，對(duì)拱壩建基面上的垂直、斜坡和河床部位的水平建基面除要求必須采用預(yù)裂爆破外，還應(yīng)控制爆破震動(dòng)對(duì)壩基巖體損傷，要求建基面及邊坡上的安全質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度≤10cm/s，開挖后建基面以下1m范圍聲波降低率小于10%。

(4)安全控制。為保證邊坡開挖開口線以外的邊坡穩(wěn)定和以下的施工安全，開挖前要求對(duì)開口線以外的天然邊坡進(jìn)行危石和松動(dòng)巖體清除，平順坡面，對(duì)開口線進(jìn)行鎖口支護(hù)，必要還可漿砌石擋護(hù)、柔性防護(hù)網(wǎng)等。

(5)質(zhì)量控制。為使開挖面符合施工詳圖所示開挖線，保持開挖后基巖的完整性和開挖面的平整度，以及減少對(duì)邊坡和臨近建筑物的破壞及影響，采用不預(yù)留保護(hù)層、梯段高度不大于10m的預(yù)裂爆破、自上而下一次開挖成型的施工方法進(jìn)行壩基開挖。建基面欠挖控制為10cm，超挖控制為20cm，平整度控制為15。

5 結(jié) 語(yǔ)

溪洛渡拱壩壩肩開挖范圍包括拱肩槽及壩頂上部至纜機(jī)平臺(tái)區(qū)域，開挖除需滿足拱壩建基面布置要求外，還應(yīng)避免影響纜機(jī)平臺(tái)、上游圍堰、泄洪洞進(jìn)口，兩岸需預(yù)留施工供料線。壩肩開挖支護(hù)設(shè)計(jì)主要以開挖、支護(hù)及施工控制三方面重點(diǎn)問(wèn)題為主線進(jìn)行，設(shè)計(jì)特點(diǎn)大致可歸結(jié)為如下幾點(diǎn)：

(1)根據(jù)拱壩建基面要求，結(jié)合地質(zhì)、地形特點(diǎn)及相鄰建筑物進(jìn)行開挖總體布置，610m高程以上采用了加大坡度和增加支護(hù)方式確保了纜機(jī)平臺(tái)和左右岸施工供料線順利形成。610m高程以下開挖不觸及泄洪洞進(jìn)口、上游圍堰，按穩(wěn)定坡比進(jìn)行開挖布置，建基面采取了拱端切角和置換預(yù)擴(kuò)挖處理，減少了開挖和混凝土工程量，對(duì)上游坡面馬道進(jìn)行尖滅處理，實(shí)現(xiàn)了上游拱端施工貼角基面的平順，對(duì)改善拱壩基礎(chǔ)區(qū)局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力有利。

(2)壩肩邊坡整體均處于穩(wěn)定狀態(tài)，支護(hù)設(shè)計(jì)的對(duì)象主要為局部的變形和穩(wěn)定問(wèn)題，對(duì)壩肩開挖邊坡處有一定規(guī)模的層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶，采用了錨索加固提高變形穩(wěn)定，對(duì)馬道、開口線區(qū)域，采用了鎖口錨桿支護(hù)防止變形破壞和局部失穩(wěn)，對(duì)邊坡節(jié)理、裂隙發(fā)育的坡面，采用了系統(tǒng)錨桿和隨機(jī)錨桿進(jìn)行支護(hù)，防止局部失穩(wěn)。

(3)結(jié)合壩基及邊坡開挖特點(diǎn)，在爆破方式和質(zhì)量控制方面，要求采用合理的爆破方式并限制爆破震動(dòng)質(zhì)點(diǎn)速度，以確保建基面及邊坡開挖質(zhì)量，在作業(yè)流程、進(jìn)度控制方面，要求限制開挖支護(hù)梯段高差，做好開挖前的馬道鎖口支護(hù)，加強(qiáng)局部變形、危險(xiǎn)塊體的及時(shí)支護(hù)。

通過(guò)對(duì)開挖、支護(hù)及施工控制方面的重點(diǎn)問(wèn)題的設(shè)計(jì)，在確保穩(wěn)定安全、相互協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)合理的原則下，提出了較為合理的開挖支護(hù)方式及施工要求，達(dá)到了提供滿足要求的拱壩建基面的目的。