白鹤滩水电站左岸11号堆积体治理方案优化设计

陶俊佳，彭 育，赖道平，都 辉

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州，311122）

1 概述

白鹤滩坝址左岸下游11号堆积体边坡位于左岸发电尾水洞出口下游、泄洪洞出口上游。堆积体规模大，局部稳定性较差。大坝泄洪时河道水流流速的增大和泄洪雾化将恶化堆积体稳定性。该堆积体离尾水洞出口很近，失稳将抬高下游水位，从而影响引水发电系统的运行。为确保电站运行安全，需要对堆积体进行处理，提高堆积体稳定性，消除对尾水的影响。堆积体地形地貌见图1。

图1 11号堆积体边坡地貌Fig.1 The landform of No.11 deposit slope

2 堆积体边坡工程地质条件

11号堆积体位于左岸尾水出口与泄洪洞之间，高程590～1 000 m。覆盖层为崩坡积物，主要为碎（块）石混合土层，以玄武岩碎块石为主，块径一般为0.2～1.0 m，大者3～5 m以上，松散且有架空；表层为较松散的含砾粉土、黏土，中部夹粉土质砾夹层，以及边坡前缘河流冲积的砂（卵）砾石。11 号堆积体坡度28°～30°左右，局部可达35°。11号堆积体中低高程厚度较大，上下游延伸范围长，总方量大。根据物质来源，将11号堆积体分为Ⅰ区、Ⅱ区两个部分。Ⅰ区位于11 号堆积体上游侧，分为两个亚区：上部Ⅰ-1区由崩坡积物组成，分布于高程680 m以上，体积约50×104m3；下部Ⅰ-2区主要由冲积物（Q3）组成，上覆从Ⅰ区及上部边坡滚落的崩坡积物，分布高程590～680 m，体积约150×104m3。Ⅱ区位于11号堆积体下游侧，主要由崩坡积物组成，低高程分布有少量冲积物（Q3），覆盖层体积约120×104m3，高程 590 m 以上体积合计约 320×104m3。具体见图2～3。

图2 11号堆积体平面示意图Fig.2 The plan of No.11 deposit

图3 11号堆积体剖面示意图Fig.3 The section of No.11 deposit

3 堆积体自然边坡稳定性

3.1 边坡级别和设计标准

11号堆积体位于左岸发电尾水洞出口下游、泄洪洞出口上游，若失稳将壅高下游水位，从而影响引水发电系统的运行，因此将边坡级别定为A类Ⅱ级，边坡设计安全系数标准见表1。

表1 11号堆积体边坡设计安全系数Table 1 Design safety factors of No.11 deposit

3.2 计算方法

极限平衡法是规范推荐的滑坡稳定性分析计算方法[1]，本阶段采用加拿大公司开发的GeoStudio系统软件中的SLOPE/W模块进行稳定性分析计算。

根据DL/T 5353-2006《水电水利工程边坡设计规范》，边坡稳定性分析基本方法是极限平衡下限解法。SLOPE 软件中有规范推荐的毕肖普（Bishop）法和摩根斯坦-普莱斯（M-P）法，其中M-P法为同时满足力和力矩平衡的严格解法，故稳定性评价以M-P法计算结果为主。

3.3 计算模型和工况组合

3.3.1 计算模型

11号堆积体内无力学强度相对较低的成层体，选取与等高线基本垂直的勘Ⅷ-2、Ⅷ-3、Ⅷ-4、Ⅷ-5线剖面进行稳定性分析，稳定计算采用总应力法。

3.3.2 计算工况

大坝泄洪时河道水流流速增大（流速约5～6 m/s）和泄洪雾化将对11 号堆积体的稳定性产生影响，故稳定性计算工况按河水位及水上土体饱和程度划分。自然状态下的稳定计算选择天然河水位589 m工况；工程建成运行后，正常运行状态下选择正常尾水位601 m工况；短暂工况选择下游重现期100年设计洪水位624 m 工况及下游601 m 河水位与暴雨叠加工况。白鹤滩水电站工程场地地震基本烈度为Ⅷ度，根据DL/T 5353-2006《水电水利工程边坡设计规范》的规定，边坡设计应考虑地震作用，水平向设计地震加速度取248 gal。持久设计状况和短暂设计状况按基本组合设计，偶然设计状况采用偶然组合设计，稳定分析工况见表2。

表2 11号堆积体稳定性计算工况组合及评价标准Table 2 Conditions and evaluation criterions in stability calculation of No. 11 deposit

3.4 计算参数

11 号堆积体土体物理力学性质参数采用地质建议值，见表3。计算模型中土体自重在地下水位以上按天然容重计算，地下水位以下按浮容重计算；土体力学参数在地下水位以上按天然状态指标取值，地下水位以下按饱和状态考虑。

表3 11号堆积体边坡堆积物物理力学参数计算采用值Table 3 Physical and mechanical parameters of No.11 deposit

3.5 计算结果分析

持久状况下稳定计算结果见表4。

表4 11号堆积体边坡天然条件稳定性分析结果Table 4 Stability analysis of No.11 deposit slope under natural conditions

通过天然条件下稳定性分析可知，11号堆积体边坡设计安全系数不满足规范要求，上部表层崩坡积物的稳定性较差，而工程建设对其稳定性又有一定的不利影响，所以11 号堆积体边坡稳定性不满足A类Ⅱ级边坡要求，需进行处理[2]。

4 防护方案设计

4.1 处理方案

11 号堆积体的处理采用适度开挖放缓边坡和分区防护的措施。河水位以下采用抛大块石护坡，并在天然河水位高程设置混凝土防淘墙[3]；河水位以上至高程624 m 以下的覆盖层边坡采用贴坡混凝土护坡；高程624 m以上的坡面采用钢筋混凝土网格梁+植草护坡；高程635 m 以上的覆盖层边坡采用A2类支护，支护措施为钢筋混凝土网格梁+植草护坡[4]。局部岩质边坡采用随机锚喷支护，坡面设置有效的表面排水措施。

11号堆积体边坡的典型开挖支护剖面如图4～5所示。

图4 11号堆积体边坡开挖平面示意图Fig.4 The excavation plan of No.11 deposit slope

图5 11号堆积体边坡开挖剖面示意图Fig.5 The excavation section of No.11 deposit slope

4.2 稳定性复核

稳定分析时不计锚杆框格梁的加固力，计算结果如表5所示。

表5 11号堆积体边坡工程处理后稳定性分析结果Table 5 Stability analysis of No.11 deposit slope after engineering treatment

工程处理后，边坡最小安全系数正常运行工况下为1.199、短暂工况下为1.052、偶然工况下为1.079，均满足A类Ⅱ级边坡的稳定要求。

5 开挖方案

技施阶段发现基岩下伏，11号堆积体覆盖层深度变厚，如图6 所示。根据最新地质条件，原设计方案中防淘墙的施工难度增大，且投资也进一步加大，在进一步认识11 号堆积体地质条件和充分研究实施方案的基础上，将治理方案调整为清除600 m 高程以上覆盖层，局部岩质边坡较陡部位随机设置锚索支护和喷锚支护。11 号堆积体处理方案见图7。

图6 11号堆积体基岩面等高线及剖面图Fig.6 Bedrock surface contour and section of No.11 deposit

设计处理方案优化后减少了支护工程量，取消了防淘墙，同时增加了200万m3堆积体的开挖，总体上节约了工程投资，降低了11 号堆积体治理的施工难度和安全风险。

6 结语

实际开挖过程中，在进一步认识11 号堆积体地质条件和充分研究实施方案的基础上，将11 号堆积体治理方案调整为清除600 m 高程以上覆盖层，局部岩质边坡较陡部位随机设置锚索支护和喷锚支护。目前，11 号堆积体开挖已完成，设计优化后减少了支护工程量和投资，降低了11 号堆积体治理的施工安全风险。