臥龍臺(tái)電站前池大沙灣棄渣場(chǎng)加固治理設(shè)計(jì)優(yōu)化和施工

馮萬(wàn)林

（陜西秦龍電力股份有限公司二郎壩水力發(fā)電公司 陜西 寧強(qiáng) 724400）

1 大沙灣棄渣場(chǎng)概況

臥龍臺(tái)電站位于陜西省寧強(qiáng)縣東南15km玉帶河右岸，是二郎壩水力發(fā)電公司的第三級(jí)電站。臥龍臺(tái)電站設(shè)計(jì)流量15.22m3/s，裝機(jī)容量30.5MW。

大沙灣棄渣場(chǎng)位于臥龍臺(tái)水電站前池右側(cè)約30m處的梯子溝內(nèi)。該溝原為前池上部山洪下泄的主要通道，呈倒梯形，上寬約117m，下寬約30m，長(zhǎng)約170m，溝底原始自然坡度約22°。渣場(chǎng)坡體由臥龍臺(tái)水電站一、二期工程開(kāi)挖棄渣自然堆積形成。渣場(chǎng)總堆渣量約7萬(wàn)m3，其中一期堆渣約6.2萬(wàn)m3，二期堆渣約1.0萬(wàn)m3。堆渣下層為Q3坡積粘土（5.2萬(wàn)m3），上層為頁(yè)巖細(xì)砂（2.0 萬(wàn) m3）。

在渣場(chǎng)堆渣期間，原修建了三道50號(hào)漿砌石擋渣墻（渣場(chǎng)及擋渣墻均未經(jīng)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)）。1#擋渣墻位于梯子溝上游，在堆渣期間就被掩埋于渣料內(nèi)，現(xiàn)僅可見(jiàn)右側(cè)墻肩下游部分墻面。2#擋渣墻位于1#擋渣墻下游約48m，原設(shè)計(jì)最大高度約7.0m，厚度2.0m，墻頂現(xiàn)已部分損毀跨落，最大跨落高度3.0m。3#擋渣墻位于2#擋渣墻下游約130m，最大高度約7.0m，頂寬 1.0m，下游面坡度約1∶0.2。渣場(chǎng)地形如圖1。

2 渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定分析

2.1 邊坡結(jié)構(gòu)及失穩(wěn)模式分析

大沙灣渣場(chǎng)從坡頂?shù)狡碌赘卟罴s100m，為人工堆積的高土質(zhì)邊坡，屬層狀類(lèi)型，下層為坡積粘土，厚度約5m，上層為頁(yè)巖細(xì)砂，厚度約2m。堆積體可能發(fā)生土體沿基巖頂面的滑動(dòng)，也可能發(fā)生在土體內(nèi)部的滑動(dòng)。2#擋渣墻作為渣場(chǎng)的支撐結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性將直接影響渣場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性。由于2#擋渣墻修建時(shí)資金缺乏，以50號(hào)砂漿砌石，上沿已多處跨落。最大跨落高度達(dá)3m，擋渣墻的穩(wěn)定及強(qiáng)度較差，加之堆渣體抗剪強(qiáng)度較低，可能發(fā)生沿堆渣體底面的整體滑動(dòng)破壞，也可能發(fā)生土體內(nèi)部的滑動(dòng)破壞。在強(qiáng)降雨作用下，則可能形成泥石流或碎石流，一次性最大滑動(dòng)方量可能為渣場(chǎng)全部堆積方量，約7萬(wàn)m3。

2.2 邊坡類(lèi)別和安全級(jí)別

由于大沙灣渣場(chǎng)處于飽和狀態(tài)，若滑動(dòng)破壞失事，可能形成泥石流或碎石流，將嚴(yán)重危及下游電站的安全和幾十戶人生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》及《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》，確定渣場(chǎng)邊坡為A類(lèi)1級(jí)邊坡。

2.3 渣場(chǎng)邊坡安全系數(shù)

根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5353—2006，在對(duì)大沙灣渣場(chǎng)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定分析時(shí)，采用極限平衡法中的下限解法時(shí)，安全系數(shù)不應(yīng)低于表1所列數(shù)值。

2.4 渣場(chǎng)穩(wěn)定復(fù)核

通過(guò)對(duì)渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性的復(fù)核計(jì)算，堆渣坡體在持久（基本組合：自重+地下水）及偶然（基本組合+地震作用）設(shè)計(jì)狀況下，坡體沿堆積物底面形成的復(fù)合滑面和在土體內(nèi)部滑動(dòng)的安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求，坡體有崩塌的可能。

3 渣場(chǎng)加固初設(shè)方案

一般情況下，對(duì)渣場(chǎng)加固處理應(yīng)考慮采取降低地下水位和改變坡形等提高邊坡地質(zhì)體自身穩(wěn)定的增穩(wěn)措施來(lái)提高邊坡的穩(wěn)定性。但由于大沙灣渣場(chǎng)下部堆積物為5m厚的Q3坡積粘土，土體滲透系數(shù)較小，采取排水措施并不能有效地降低坡體內(nèi)部地下水位線。因此，結(jié)合大沙灣渣場(chǎng)的邊坡結(jié)構(gòu)、失穩(wěn)模式分析及渣場(chǎng)穩(wěn)定性分析，提出渣場(chǎng)的加固方案，即在邊坡坡腳（2#擋渣墻下游）設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)，并對(duì)坡體進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索加固，以提高2#擋渣墻整體穩(wěn)定性、堆渣體沿底面滑動(dòng)及內(nèi)部滑動(dòng)破壞的安全性。

3.1 二號(hào)砼擋墻

為增加渣場(chǎng)及2#擋渣墻的整體穩(wěn)定性，緊貼2#擋渣墻下游面澆筑二號(hào)砼擋墻，墻頂與2#擋渣墻墻頂齊平，墻頂寬度1.5m，砼擋墻下游面坡比1∶0.8，底寬約5.0m。為增加二號(hào)砼擋墻基礎(chǔ)的整體性，在基巖面布置5排φ25、間距80cm、入巖2.0m的錨桿。擋墻砼強(qiáng)度等級(jí)為C20。

3.2 一號(hào)預(yù)應(yīng)力錨索

為增加渣場(chǎng)土體內(nèi)部滑動(dòng)破壞的安全性，緊貼1#擋渣墻下游面布置一道水平混凝土腰帶梁，梁斷面為80cm×120cm。在砼梁上間距4m水平布置400kN預(yù)應(yīng)力錨索，錨頭布置在砼梁上。錨索鉆孔俯角15°，錨索長(zhǎng)度30m/34m；錨固段穿過(guò)堆渣土層，錨固于基巖內(nèi)8.0m；錨固段深淺交錯(cuò)布置，深淺差4.0m。

3.3 三號(hào)擋墻

為提高3#擋渣墻強(qiáng)度和工程整體安全性，緊貼3#擋渣墻下游面澆筑一道砼墻，墻頂寬度0.5m，墻頂與原擋渣墻頂齊平，砼墻下游面坡比1∶0.3。

4 渣場(chǎng)加固方案優(yōu)化

圖1 渣場(chǎng)地形剖面圖

表1 大沙灣渣場(chǎng)邊坡設(shè)計(jì)安全系數(shù)

由業(yè)主組織專(zhuān)家對(duì)大沙灣棄渣場(chǎng)加固初設(shè)方案進(jìn)行了咨詢(xún)論證，認(rèn)為加固初設(shè)標(biāo)準(zhǔn)適合，方案基本可行。但要充分考慮施工難度和投資費(fèi)用問(wèn)題，建議對(duì)初設(shè)方案做進(jìn)一步優(yōu)化。

4.1 一號(hào)預(yù)應(yīng)力錨索方案優(yōu)化

鑒于錨索的張拉施工比較復(fù)雜，而且本工程的錨索張拉預(yù)應(yīng)力并不是很大（400kN），提出以錨筋樁（3φ25，鉆孔直徑110mm）代替錨索的加固方案，為減少鉆孔長(zhǎng)度，同時(shí)將錨筋樁鉆孔俯角調(diào)整為30°，錨筋樁長(zhǎng)度減為20m/24m，錨筋樁的間距仍為4m，一端錨固在基巖內(nèi)8.0m，一端澆筑在混凝土腰帶梁內(nèi)。

和錨索的施工工序相比，錨筋樁不需進(jìn)行張拉，施工簡(jiǎn)單。從工程單價(jià)來(lái)看，錨筋樁的工程投資比錨索少。

4.2 二號(hào)砼擋墻調(diào)整

從加固機(jī)理來(lái)看，以錨筋樁代替錨索，渣場(chǎng)的加固力由主動(dòng)加固變?yōu)楸粍?dòng)加固，需要復(fù)核渣場(chǎng)的整體穩(wěn)定和內(nèi)部滑動(dòng)穩(wěn)定性。通過(guò)計(jì)算將二號(hào)砼擋墻頂寬由1.5m調(diào)整為1.7m，砼擋墻下游坡比1∶0.8，其他布置與前述相同。

4.3 三號(hào)擋墻優(yōu)化

考慮節(jié)省費(fèi)用，將三號(hào)砼擋墻調(diào)整為漿砌石，加固體型與砼加固方案相同。

5 工程施工

5.1 一號(hào)錨筋樁施工

一號(hào)錨筋樁腰帶梁根據(jù)設(shè)計(jì)和地形分三段施工，每段錨筋樁3根～4根，按照先中間后兩側(cè)的順序施工。在錨筋樁鉆孔的過(guò)程中由于設(shè)計(jì)俯角僅為30°，下鉆和提鉆難度較大，且容易塌孔，同時(shí)渣體內(nèi)部孤石較多，造成施工進(jìn)度緩慢。施工單位積極想辦法，采取下套管鉆進(jìn)，及時(shí)更換鉆頭等辦法，解決了進(jìn)度緩慢和塌孔的問(wèn)題。

5.2 二號(hào)砼墻施工

為了確保渣場(chǎng)穩(wěn)定，二號(hào)砼墻的施工是在一號(hào)錨筋樁完成左、中兩段后開(kāi)始進(jìn)行基礎(chǔ)開(kāi)挖。為保證原2#擋渣墻的穩(wěn)定，施工中將二號(hào)砼墻基礎(chǔ)分為5個(gè)倉(cāng)位進(jìn)行開(kāi)挖澆筑，采取先中間，再兩側(cè)的順序施工。在中部1#倉(cāng)開(kāi)挖過(guò)程中，出現(xiàn)地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不符，開(kāi)挖到設(shè)計(jì)高程7m以下，仍未見(jiàn)基巖。由于開(kāi)挖基礎(chǔ)上游邊坡高，嚴(yán)重威脅原2#擋渣墻和渣場(chǎng)整體穩(wěn)定，于是果斷停止開(kāi)挖，業(yè)主會(huì)同施工、設(shè)計(jì)方研究調(diào)整施工方案。經(jīng)設(shè)計(jì)變更，1#倉(cāng)基礎(chǔ)不再下挖，在目前開(kāi)挖的基礎(chǔ)上游面，布置3排俯角為30°的3Φ25錨筋樁，水平間距4.0m，豎直間距3.0m，錨筋樁錨固段深入基巖面不小于5.0m，外露開(kāi)挖面不小于1.0m，同時(shí)從1#倉(cāng)位目前開(kāi)挖的基礎(chǔ)面澆筑C20砼齒墻，齒墻下游面邊線位置與原設(shè)計(jì)圖紙相同。在1#倉(cāng)基礎(chǔ)澆筑完成后，依次進(jìn)行兩側(cè)2#、3#倉(cāng)位基礎(chǔ)開(kāi)挖和澆筑，采取同1#倉(cāng)相同的施工處理措施。

5.3 三號(hào)擋墻施工

三號(hào)墻為漿砌石結(jié)構(gòu)，位于遠(yuǎn)離二號(hào)砼墻下游，相互之間沒(méi)有干擾，因此與二號(hào)砼墻平行作業(yè)施工。

5.4 施工效果

該項(xiàng)目于2010年元月5日進(jìn)行公開(kāi)招標(biāo)，2月23日開(kāi)工，于4月30日完成一號(hào)錨筋樁和二號(hào)砼墻基礎(chǔ)部分施工，5月28日完成三號(hào)墻施工，6月25日全面竣工，8月6日通過(guò)驗(yàn)收。施工效果：一是針對(duì)施工場(chǎng)地狹窄陡峭，材料無(wú)法直接運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，砼采取溜槽轉(zhuǎn)運(yùn)和手推車(chē)入倉(cāng)等施工手段，最大限度保護(hù)了現(xiàn)場(chǎng)植被和環(huán)境；二是施工單位、設(shè)計(jì)單位和業(yè)主單位配合密切，及時(shí)調(diào)整施工方案，施工單位抓緊施工，在主汛期到來(lái)以前完成了這一重大地質(zhì)災(zāi)害隱患項(xiàng)目；三是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工，注重工程質(zhì)量，順利通過(guò)驗(yàn)收。

6 結(jié)語(yǔ)

大沙灣渣場(chǎng)加固項(xiàng)目通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化，降低了施工難度，節(jié)省了工程投資。工程完工后經(jīng)過(guò)變形監(jiān)測(cè)，坡面整體穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期目的。但考慮到降雨、地下水及上部山體山洪大量滲入堆渣體，還可能引起坡面局部失穩(wěn)，因此后期應(yīng)做好渣場(chǎng)周邊及表面排水設(shè)施，確保排水暢通，同時(shí)要加強(qiáng)巡視檢查和定期監(jiān)測(cè)，以便于發(fā)現(xiàn)異常并及時(shí)處置。陜西水利