樊 鵬，王 寧

（中國(guó)水利水電第五工程局，四川 成都 610066）

1 工程概況

長(zhǎng)河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，為大渡河開(kāi)發(fā)的第10級(jí)電站，樞紐工程建筑物主要由礫石土心墻壩、泄洪系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)組成，總裝機(jī)2600MW，主要建筑物為一等大（1）工程。

右岸壩肩邊坡工程為高邊坡施工，邊坡開(kāi)挖設(shè)計(jì)開(kāi)口線高程為EL.1735m，邊坡最大開(kāi)挖高度250m。其中 EL.1485～1520m 開(kāi)挖坡比 1∶0.9，EL.1520～1697m 開(kāi)挖坡比 1∶0.7，壩頂 EL.1697m以上永久開(kāi)挖邊坡1∶0.5，在EL.1727m高程設(shè)一條馬道，馬道寬3.0m。右岸壩肩邊坡支護(hù)包括錨桿、錨筋、錨筋束、預(yù)應(yīng)力錨索施工、噴混凝土噴護(hù)，以及排水孔施工。根據(jù)招標(biāo)圖紙，預(yù)應(yīng)力錨索主要布置在壩頂（高程EL.1697m）以上邊坡上，錨筋分布在中部混凝土板基礎(chǔ)面上，其它部位為錨桿。壩頂以上混凝土噴護(hù)厚度為15cm，以下為8cm，巖體較破碎的排水孔內(nèi)放入塑料盲溝。

右岸邊坡設(shè)計(jì)開(kāi)挖線1735m以上至2085m范圍內(nèi)邊坡存在大量坡積體，隨時(shí)可能發(fā)生局部塌滑及掉塊現(xiàn)象，為了確保施工期及電站運(yùn)行期的安全，本工程采用了主、被動(dòng)網(wǎng)對(duì)開(kāi)挖范圍之外的高邊坡進(jìn)行聯(lián)合防護(hù)。

2 防護(hù)的必要性

右岸邊坡山體高達(dá)600～700m，坡度由下至上在60°～90°范圍內(nèi)變化，坡面地形呈凸出山脊，三面臨空，地貌結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，凸凹不平，局部區(qū)域出現(xiàn)了彈跳平臺(tái)或坡度拐點(diǎn)。巖石裸露，幾乎無(wú)植被，多處出現(xiàn)淺表層卸荷拉裂巖體。大自然的作用使山體不斷滋生許多潛在危石，山體的中上部位表層顯得十分破碎，時(shí)有掉塊發(fā)生。

通過(guò)進(jìn)場(chǎng)后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形察勘，右岸邊坡設(shè)計(jì)開(kāi)挖線1735m以上至2085m高程范圍內(nèi)，均不同程度存在坡積體，在下部開(kāi)挖爆破施工過(guò)程中，隨后可能因爆破振動(dòng)發(fā)生塌滑，為了確保電站施工期及運(yùn)行期安全，右岸邊坡設(shè)計(jì)開(kāi)挖范圍之外的邊坡需進(jìn)行必要的安全防護(hù)。

3 右岸邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，右岸邊坡設(shè)計(jì)開(kāi)挖范圍之外尚存在不穩(wěn)定邊坡面積達(dá)30000m2，表層坡積體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，因此邊坡防護(hù)方案以盡量減少邊坡擾動(dòng)，采取以防為主，局部危石清撬為輔的原則。經(jīng)綜合考慮后，最終確定邊坡不穩(wěn)定坡面采用主動(dòng)網(wǎng)進(jìn)行覆蓋，并在下方設(shè)置一道被動(dòng)網(wǎng)。

3.1 主動(dòng)柔性防護(hù)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)不同的邊坡病害區(qū)，根據(jù)力學(xué)原理，以及“局部受力、整體承載”的理念，得出主動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)的具體方案。

取危石質(zhì)量 m=1000kg，密度 ρ=2.7g/cm3，體積V=0.6m×0.6m×1.02m。

危石受到阻止下滑的靜摩擦力為：

式中 F阻為危石受到的最大下滑阻力，包括山體對(duì)危石的阻力和鋼繩網(wǎng)對(duì)危石的阻力；m為危石的質(zhì)量，θ為坡度；μ1為危石與山體的靜摩擦系數(shù)；μ2為柔性鋼繩網(wǎng)與危石的摩擦系數(shù)；P為柔性綱繩網(wǎng)對(duì)危石的法向壓力。

將 μ1=1，μ2=1，P=4kN，S=1m2，θ=60°代入上式得：

F阻=13kN；

F下=mgsinθ=8.66kN（F下為危石的下滑分力）。

根據(jù)以上計(jì)算及工程實(shí)際情況，選定型號(hào)為“FSS-JG-250-G”加強(qiáng)型主動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)。加強(qiáng)型FSS-JG-250-G與普通型FSS-JG-300-G相比，鋼繩網(wǎng)更密，強(qiáng)度更好，錨桿數(shù)量增加，整體抗拔力增大，這是基于山體病害嚴(yán)重（山體高、陡峭，而且十分破碎）來(lái)確定的。因此，采用FSS-JG-250-G最為可靠。

該處山體巖層破碎，堆積層厚達(dá)2～3m，清方只能清除表面部分危石，由于山勢(shì)十分險(xiǎn)峻，采用潛空鉆和大功率空壓機(jī)來(lái)滿足鉆孔深度是難以實(shí)現(xiàn)的，只能采用手風(fēng)鉆鉆孔，但鉆孔深度都難以保證。為此針對(duì)本工程實(shí)際情況，專門(mén)組織技術(shù)工程人員現(xiàn)場(chǎng)研究認(rèn)為：在堆積層采用長(zhǎng)2m錨桿的“整體”基礎(chǔ)較為可行。通過(guò)混凝土滲注，使基礎(chǔ)與周邊粘接成整體以達(dá)到錨桿抗拔力設(shè)計(jì)要求。

防護(hù)系統(tǒng)的上沿錨桿采用深度為3m的雙排式錨桿。

3.2 被動(dòng)柔性防護(hù)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）被動(dòng)系統(tǒng)能級(jí)的確定

選擇多大的能級(jí)系統(tǒng)主要根據(jù)邊坡高度、危石大小、地形地貌和“子彈效應(yīng)”的影響等綜合因素來(lái)測(cè)算的，同時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大“保險(xiǎn)系數(shù)”。

首要考慮的是來(lái)自邊坡高處危石帶來(lái)的威脅，1792m高程處的被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)至上部主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)落差約100m。取上部高處質(zhì)量為 540kg的危石作為研究對(duì)象，危石體積V=0.2×1×1=0.2m3，危石密度 ρ=2700kg/m3，危石落差取 h=100m，坡面對(duì)危石的動(dòng)摩擦系數(shù)μ=0.7；山體坡度α=60°，具體狀況見(jiàn)圖 1。

計(jì)算公式：E勢(shì)=mgh

圖1 危石平動(dòng)動(dòng)能計(jì)算簡(jiǎn)圖

E=ET+EA(ET=MV2/2，EA=1/2Iω2)

ET=E/1.2（經(jīng)驗(yàn)公式）

計(jì)算結(jié)果：ET=342.9kJ

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,危石的平動(dòng)動(dòng)能為342.9kJ，選擇能級(jí)500kJ的FSS-PD-500型被動(dòng)柔性安全防護(hù)系統(tǒng)。

（2）被動(dòng)系統(tǒng)高度和安裝位置的確定

為了實(shí)現(xiàn)有效攔截，確定系統(tǒng)的高度是非常重要的，系統(tǒng)的高度與能級(jí)無(wú)關(guān)，但與危石彈跳的速度和彈跳的角度有關(guān)。

彈跳高度 H=V2sin2θ/2g （θ為坡度 45°～60°）

V≤(2gh)1/2（h為危石落差）

由此可見(jiàn)，為了避免危石在彈跳時(shí)翻越攔截系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)安裝在地形平坦區(qū)靠山上方的斜坡部位，原則上選擇在落石動(dòng)量小、彈跳高度低的位置，安置在危石拋物線軌跡起始部位。結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)高度確定為5m。

4 方案實(shí)施

右岸邊坡開(kāi)挖線之外主要的防護(hù)范圍分布在1792～2085m高程，垂直高差達(dá)600m之多，且防護(hù)面積大，范圍廣，安全防護(hù)網(wǎng)施工存在很大難度。

4.1 施工難點(diǎn)

（1）柔性防護(hù)網(wǎng)施工區(qū)域地勢(shì)高、山體陡、道路難。從S211省道至防護(hù)區(qū)垂直高差約550m。由于該段山體極陡，施工道路很難修建，目前項(xiàng)目部已經(jīng)修建的部分臨時(shí)施工道路為機(jī)械路，車(chē)輛無(wú)法行走。高程EL.1700m往上再無(wú)法修筑機(jī)械路，只能修筑人行道至各施工現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)本方案的工程量計(jì)算，防護(hù)網(wǎng)所需材料總重約300t（防護(hù)網(wǎng)約40多t，水泥沙石約250多t），大部分材料需人工搬運(yùn)至各施工場(chǎng)地。為了保證施工期材料的供應(yīng)，在施工期專門(mén)成立物資保障隊(duì)伍，專門(mén)進(jìn)行施工及生產(chǎn)物資的轉(zhuǎn)運(yùn)工作，大大增加了施工費(fèi)用。

（2）由于施工道路多數(shù)為人行道。施工人員生活保障難度極大，施工人員居住在S211省道附近，則無(wú)法保證施工時(shí)的時(shí)間利用率，如果居住在EL.1992m高程，生活問(wèn)題很突出，為了解決生活問(wèn)題，必須利用大量人力往上背運(yùn)生活物資及生活用水。

（3）施工安裝期間對(duì)周邊安全的影響。因修建施工便道及危石清撬、柔性防護(hù)安裝對(duì)周邊安全都將產(chǎn)生影響，因此處于防護(hù)工程正下方的中鐵十九局施工營(yíng)地及臨建設(shè)施是否需要搬遷；上游的中水十四局及中水七局的臨時(shí)設(shè)施是否需要搬遷；在施工區(qū)EL.1850m左右有一條通訊光纜是否需要改線；施工區(qū)下方項(xiàng)目部水電等臨建設(shè)施是否需拆除；施工期間S211省道是否需要實(shí)行交通管制等都待考慮。

4.2 主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)施工方法及技術(shù)要求

縱橫交錯(cuò)的φ16縱向支撐繩和φ16橫向支撐繩構(gòu)成4.5m的正方形模式與2～3m長(zhǎng)的錨桿相聯(lián)結(jié)，每個(gè)4.5m×4.5m網(wǎng)格內(nèi)鋪設(shè)一張4.0m×4.0m的DO/08/250型鋼繩網(wǎng)，每張鋼繩網(wǎng)與四周支撐繩間用縫合繩縫合聯(lián)結(jié)并進(jìn)行預(yù)張拉，該預(yù)張拉工藝能使系統(tǒng)對(duì)坡面施以一定的方向預(yù)緊壓力，從而提高表層巖土體的穩(wěn)定性，阻止崩塌落石的發(fā)生，同時(shí)，在鋼繩網(wǎng)下鋪設(shè)小網(wǎng)孔的SO/2.2/50型格柵網(wǎng)，以阻止小尺寸巖塊的塌落；

4.3 被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)施工方法及技術(shù)要求

按設(shè)計(jì)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形對(duì)鋼柱和錨桿基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)量定位，現(xiàn)場(chǎng)放線長(zhǎng)度應(yīng)比設(shè)計(jì)系統(tǒng)長(zhǎng)度增加約3%～8%,對(duì)地形起伏較大。系統(tǒng)布置難沿同一等高線呈直線布置時(shí)取上限（8%）；對(duì)地形較平整規(guī)則，系統(tǒng)布置能基本上在同一高線沿直線布置時(shí)取下線（3%）。在此基礎(chǔ)上,柱間距可以為設(shè)計(jì)間距20%的縮短或加寬調(diào)整范圍。對(duì)覆蓋層不厚的地方，當(dāng)開(kāi)挖至基巖而尚未達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，則在基坑內(nèi)的錨孔位置處鉆鑿錨桿孔，待錨桿插入基巖并注漿后才灌注上部基礎(chǔ)混凝土。

5 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)河壩電站右岸邊坡開(kāi)挖線范圍之外的安全防護(hù)網(wǎng)施工項(xiàng)目在2008年2月3日開(kāi)始施工，截至5月10日全部完成?！?·12”地震，主被動(dòng)聯(lián)合防護(hù)效果明顯，震后，僅幾處有20～30cm崩落并被被動(dòng)網(wǎng)攔住，而其他未防護(hù)邊坡出現(xiàn)大量的滾石，阻斷了道路，防護(hù)網(wǎng)成功使用并達(dá)到了預(yù)期效果。本項(xiàng)目共施工主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)施工面積達(dá)17000m2，被動(dòng)網(wǎng)防護(hù)面積為1050m2，防護(hù)范圍大、施工難度高，在類似工程施工中具有一定的推廣及借鑒意義。