李正兵，趙海洋

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610081)

隨著西部大開發(fā)的深入，水電工程向高海拔和高峽谷地區(qū)轉(zhuǎn)移，超高人工邊坡的開挖及治理已成為影響大型及巨型水電工程建設(shè)進(jìn)度、安全乃至成敗的關(guān)鍵。因此，對(duì)高陡邊坡變形失穩(wěn)機(jī)制進(jìn)行分析研究，備受參與水電工程建設(shè)的技術(shù)人員關(guān)注。一般而言，通過對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行觀察和分析，研究巖土體邊坡所處的變形狀態(tài)、破壞的可能性、破壞的規(guī)模及潛在滑動(dòng)面的產(chǎn)生和發(fā)展，進(jìn)而對(duì)巖土體邊坡的穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)，最終研究出治理和加固邊坡的工程措施。

1 錦屏一級(jí)水電站工程概況

錦屏一級(jí)水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，是雅礱江干流中下游水電開發(fā)的龍頭水庫。

大壩為世界第一高混凝土雙曲拱壩，最大壩高305 m，庫容77億m3。大壩左岸自然邊坡坡高達(dá)2 500 m以上，開挖邊坡高度超過500 m，治理難度極大，是錦屏高拱壩建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。

2 1#危巖體開挖邊坡工程地質(zhì)條件

左岸1#危巖體邊坡位于錦屏一級(jí)水電站前期勘察設(shè)計(jì)階段Ⅱ勘探線(2、3#危巖體)和Ⅴ勘探線山梁之間，地貌上為一小山梁，山梁寬60～80 m，高度約90 m，兩側(cè)各發(fā)育一條小沖溝，相對(duì)切割深度為10～20 m。地形陡峭，坡度為40°～60°，局部呈現(xiàn)為陡崖。2 050 m高程以上多被崩坡積塊碎石土覆蓋，植被發(fā)育;2 050 m高程以下巖石露頭較好。坡體為雜谷腦組第三段砂板巖構(gòu)成的反向坡。

地層巖性分別為:(1)第四系崩坡積堆積(col+dlQ);(2)基巖:巖性為雜谷腦組第三段變質(zhì)砂巖及粉砂質(zhì)板巖;(3)煌斑巖脈(X)，總體產(chǎn)狀N60°～80°E，SE∠70°～90°，巖脈寬約1.5 ～3 m，抗風(fēng)化能力差，普遍強(qiáng)風(fēng)化，性狀極差，是控制1#危巖體開挖邊坡整體穩(wěn)定性的主要結(jié)構(gòu)面。

地質(zhì)構(gòu)造:(1)斷層:fLL1(X)斷層、fLLⅡ1斷層等;(2)層間擠壓錯(cuò)動(dòng)帶;(3)節(jié)理裂隙:主要發(fā)育①、②、④組，少量③組。工程地質(zhì)剖面如圖1所示。此外還有風(fēng)化、卸荷和傾倒變形等物理地質(zhì)現(xiàn)象。

圖1 1#危巖體邊坡剖面圖

3 邊坡可能發(fā)生的破壞形式

通過對(duì)左岸1#危巖體開挖邊坡中發(fā)育的斷層、層間擠壓錯(cuò)動(dòng)帶、煌斑巖脈以及各組卸荷裂隙在開挖邊坡中的展布位置、與邊坡的交切組合關(guān)系、結(jié)合該邊坡結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定分析后得知，左岸1#危巖體開挖邊坡可能產(chǎn)生的破壞形式有以下兩種情況:

(1)以煌斑巖脈X、f1B－1(fLL2)斷層、拉裂縫L4為后緣切割面，底部沿傾倒變形底界剪斷傾倒變形的Ⅳ2、Ⅴ級(jí)巖體，其中以拉裂縫L4為后緣切割面的塊體規(guī)模最大;

(2)以煌斑巖脈X、f1B－1(fLL2)斷層、拉裂縫L4為后緣切割面，以fLLⅡ1斷層為底滑面的平面滑動(dòng)破壞，但上游側(cè)邊界不清楚。該模式中以拉裂縫L4為后緣切割面的塊體規(guī)模最大(圖1)。

4 1#危巖體邊坡的加固治理

錦屏一級(jí)水電站左岸邊坡1#危巖體加固方案為:削坡減載，以預(yù)應(yīng)力錨索加固和邊坡截、排水為主，保持和提高邊坡巖體的強(qiáng)度，保證邊坡的整體穩(wěn)定;對(duì)邊坡表層松動(dòng)巖體、潛在不穩(wěn)定塊體采取以噴混凝土、錨桿及預(yù)應(yīng)力錨索為主的支護(hù)措施。對(duì)開口線外的危石以主、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)處理。

4.1 邊坡截、排水系統(tǒng)

對(duì)邊坡滲透水的處理為防、排結(jié)合。封閉表層發(fā)育的裂隙斷層，在開挖邊坡及其周邊設(shè)置邊坡截、排水系統(tǒng)(周邊截水溝、開挖坡面排水溝及坡面排水孔、排水平硐及地下排水孔)，阻止降水的內(nèi)滲并保證坡內(nèi)地下水的外流，確保邊坡巖體不受滲透水作用而產(chǎn)生破壞，避免地下水滲流降低邊坡巖體的力學(xué)參數(shù)。邊坡截排水布置如圖2所示。

圖2 1#危巖體邊坡截排水布置圖

4.2 邊坡防護(hù)及超前鎖口處理

對(duì)危巖體開挖邊坡開口線附近的區(qū)域采用柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)處理;對(duì)危巖體開挖邊坡采取錨桿束進(jìn)行鎖口處理，以增強(qiáng)對(duì)開口線上部危石的防護(hù)，加固開口線附近的破碎巖體。

柔性防護(hù)系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢和特點(diǎn):

可靠性和經(jīng)濟(jì)性、柔性與整體性、良好的地形適應(yīng)性、美觀和環(huán)保、施工快速便捷、防腐能力強(qiáng)且便于維護(hù)。正是基于其具有的優(yōu)勢和特點(diǎn)，在錦屏一級(jí)水電站危巖體的治理中最終廣泛采用了柔性防護(hù)系統(tǒng)。防護(hù)系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡圖

4.3 開挖邊坡的預(yù)灌漿及錨筋束

左岸砂板巖邊坡表層軟弱結(jié)構(gòu)面具有風(fēng)化強(qiáng)烈、卸荷拉裂和回彈錯(cuò)動(dòng)以及表部傾倒拉裂等突出特點(diǎn)，加之設(shè)計(jì)采用的開挖坡比不小于1∶0.5，從而加大了對(duì)開挖過程中的邊坡穩(wěn)定性要求。設(shè)計(jì)采用在邊坡開挖前進(jìn)行邊坡預(yù)灌漿及馬道鎖口錨桿束孔，以提高表層開挖巖體的穩(wěn)定性，減少開挖過程中的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。錨筋束按間距2 m，內(nèi)傾15°，深12 m布置，如圖4所示。

圖4 錨筋束兼預(yù)灌漿布置圖

4.4 錨桿及噴射混凝土加固

錨桿為全長粘結(jié)砂漿錨桿，主要用于與坡面噴混凝土結(jié)合，以提高邊坡表層松動(dòng)帶的整體性，加固邊坡表層出露的小塊體。錨桿系統(tǒng)布置的間排距為2.5 m ×2.5 m，長6 m、9 m，梅花形相間布置。

為防止巖體進(jìn)一步風(fēng)化并減少入滲，部分斜坡面采用掛網(wǎng)噴混凝土，掛網(wǎng)φ6.5@15 cm×15 cm，噴混凝土厚15 cm。

4.5 預(yù)應(yīng)力錨索加固

錨索的主要作用是限制邊坡卸荷裂隙的擴(kuò)展，改善邊坡巖體的應(yīng)力狀態(tài)、變形條件及穩(wěn)定性。由于擠壓帶作為邊坡穩(wěn)定的控制結(jié)構(gòu)面，其連通率不明確，現(xiàn)階段按系統(tǒng)布置，根據(jù)開挖揭示的情況進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，以確定或調(diào)整支護(hù)措施。

具體布置如下:

系統(tǒng)支護(hù):系統(tǒng)布置2 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索，錨索深60～80 m，間排距4 m×4 m，梅花形長短交錯(cuò)布置(圖5)。

圖5 錨筋束兼預(yù)灌漿布置圖

4.6 框格和貼坡混凝土加固

利用錨索并結(jié)合邊坡設(shè)置的各級(jí)馬道形成被覆式加固結(jié)構(gòu)，實(shí)施框格梁混凝土及馬道混凝土，對(duì)破碎的危巖體坡面進(jìn)行加固治理(圖6)。

圖6 被覆式錨固體系設(shè)計(jì)剖面圖

5 邊坡錨固支護(hù)后的安全系數(shù)

根據(jù)所制定的邊坡加固治理工程措施，鎖口支護(hù)及坡面淺表層錨噴支護(hù)保證了邊坡分層開挖中的臨時(shí)穩(wěn)定。邊坡深層加固治理——預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)合框格梁保證了邊坡永久穩(wěn)定與安全。邊坡加固治理后的安全穩(wěn)定系數(shù)以施加預(yù)應(yīng)力錨索后的措施進(jìn)行校核計(jì)算，以驗(yàn)證其是否滿足水電水利工程邊坡Ⅰ級(jí)設(shè)計(jì)安全系數(shù)大于1.3的要求，參見《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5353－2006。

通過取值、分析并按垂直條分法計(jì)算驗(yàn)證，邊坡經(jīng)過預(yù)應(yīng)力錨索加固后，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.51＞1.3，滿足邊坡設(shè)計(jì)安全系數(shù)要求。

6 邊坡變形監(jiān)測

6.1 邊坡變形監(jiān)測設(shè)施布置

根據(jù)大壩左岸1#危巖體邊坡地形及工程地質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范要求和開挖過程中變形的特征制定了以下原則:穩(wěn)定性監(jiān)測以變形監(jiān)測為主，滑動(dòng)面以地表變形監(jiān)測為主。依此原則對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的監(jiān)測布置，如沉降觀測、多點(diǎn)位移計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、錨索測力計(jì)等(圖7、8)。

圖7 1#危巖體邊坡監(jiān)測布置平面圖

圖8 1#危巖體邊坡監(jiān)測布置剖面圖

6.2 外觀監(jiān)測成果

對(duì)左岸1#危巖體邊坡實(shí)施并進(jìn)行了觀測的外觀變形點(diǎn)為兩處，共進(jìn)行了37次觀測。開挖是施工期邊坡巖體變形的重要影響因素，典型的巖體變形與邊坡開挖關(guān)系曲線見圖9、10。觀測成果表明:有相同起始觀測時(shí)間的測點(diǎn)位移量值基本相當(dāng)，同一高程測點(diǎn)巖體變形無明顯差異，巖體變形量大小和位移方向在空間分布上呈現(xiàn)出較好的整體性和一致性，可以認(rèn)為巖體變形主要是由開挖引起的巖體卸荷回彈變形。

表1 監(jiān)測儀器分布統(tǒng)計(jì)表

圖9 測點(diǎn)TP4變形過程與開挖關(guān)系圖

圖10 測點(diǎn)TP5位移速率變化過程曲線圖

巖體開挖卸荷回彈變形隨時(shí)間的增長一直呈緩慢增加趨勢，測點(diǎn)位移速率過程曲線呈小幅振蕩形態(tài)，與邊坡開挖過程相對(duì)應(yīng)。位移速率無明顯連續(xù)增長趨勢出現(xiàn)，邊坡巖體已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6.3 多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測成果

左岸1#危巖體多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測成果的典型位移變化過程曲線見圖11。

圖11 左岸1#危巖體高程2 050 m排水洞四點(diǎn)式位移計(jì)M4P1位移變化過程曲線圖

6.4 錨索測力計(jì)監(jiān)測成果

左岸1#危巖體邊坡錨索測力計(jì)監(jiān)測情況如圖12所示，1#危巖體邊坡錨索測力計(jì)監(jiān)測數(shù)據(jù)增大減小各半，錨固力損失值滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，變形已趨于穩(wěn)定。

圖12 錨索測力計(jì)WYM4－1錨固力變化與開挖關(guān)系圖

左岸1#危巖體工程邊坡變形監(jiān)測成果表明:淺表層巖體變形與邊坡開挖卸荷相關(guān)，其局部巖體變形與煌斑巖脈有關(guān)，邊坡上部經(jīng)過錨固治理后變形已穩(wěn)定。

7 結(jié)語

筆者通過對(duì)錦屏高拱壩左岸1#危巖體工程邊坡的工程地質(zhì)條件、穩(wěn)定性及邊坡加固治理設(shè)計(jì)實(shí)踐和監(jiān)測資料進(jìn)行分析，得出了以下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)1#危巖體工程邊坡在天然狀態(tài)下邊坡發(fā)育的軟弱結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡進(jìn)行了切割，其構(gòu)成潛在的不穩(wěn)定塊體，整體穩(wěn)定性較差，存在失穩(wěn)的可能，需采取加固措施方能滿足穩(wěn)定要求。

(2)通過實(shí)施對(duì)滾石采取柔性防護(hù)體系為前提，對(duì)各組合塊體采取截排水為基礎(chǔ)、加強(qiáng)開挖前鎖口支護(hù)與邊坡預(yù)灌漿并結(jié)合錨噴支護(hù)、被覆式預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)合框格梁為主要加固手段的綜合治理措施，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該邊坡的有效治理。

(3)由加固治理和實(shí)施后的復(fù)核計(jì)算結(jié)果得知各塊體的安全系數(shù)大于1.3，達(dá)到了水電水利工程A類樞紐區(qū)Ⅰ級(jí)邊坡的安全系數(shù)要求，并有一定的安全裕度，故所采取的支護(hù)設(shè)計(jì)及實(shí)施措施是合適的。通過近四年時(shí)間的檢驗(yàn)以及監(jiān)測資料分析顯示:該工程邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1#危巖體工程邊坡近四年時(shí)間的安全穩(wěn)定運(yùn)行表明，對(duì)邊坡穩(wěn)定狀況進(jìn)行的計(jì)算分析及綜合加固治理措施經(jīng)過了實(shí)踐的檢驗(yàn)，計(jì)算分析合理，加固治理措施得當(dāng)，為類似邊坡及危巖體的綜合治理積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，有一定的借鑒價(jià)值。

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