渡口壩水電站尾水渠下游側(cè)土質(zhì)邊坡支護(hù)方案淺析

李發(fā)揚(yáng), 石廣林

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司 第三分局,四川成都 610225)

1 概 述

渡口壩水電站為混合式電站,位于重慶市奉節(jié)縣渡口壩境內(nèi)的梅溪河中上游,電站裝機(jī) 2臺(tái),單機(jī)容量 64.5 M W,總裝機(jī)容量 129 M W。電站由大壩樞紐、引水建筑物及地面廠房樞紐組成。廠區(qū)建筑物由主廠房、副廠房、安裝間、尾水建筑物、升壓站、辦公樓等組成。主廠房、副廠房、安裝間、升壓站平行梅溪河布置于左岸。

尾水建筑物垂直于主廠房布置,正向出水,通過(guò)弧線(xiàn)銜接引向梅溪河;尾水建筑物由尾水管、尾水閘墩、尾水渠組成。尾水渠總長(zhǎng) 35.427 m,在平面上由直線(xiàn)段、弧線(xiàn)段組成。尾水渠底板設(shè)計(jì)開(kāi)挖寬度由 34.2 m〔廠(縱)0+23.1處〕漸變至24.45 m〔廠(縱 )0+45.669處 〕,底板設(shè)計(jì)開(kāi)挖高 程 由 207.9 m〔廠(縱)0+23.1處〕漸 變 至216.65 m〔廠 (縱)0+45.669處〕。尾水渠基坑地面高程 229.8 m,設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度 21.9～12.17 m。尾水渠末端混凝土設(shè)計(jì)底板高程 219.02 m,與梅溪河自然河床面基本平齊。

原渝巴公路(省道)橫穿廠區(qū),為滿(mǎn)足地面廠房的布置要求,設(shè)計(jì)將通過(guò)廠區(qū)的渝巴公路改線(xiàn)至臨河位置,并在跨尾水渠處設(shè)置改線(xiàn)公路橋。改線(xiàn)公路橋軸線(xiàn)平行于兩臺(tái)機(jī)組中心連線(xiàn),為衡重式混凝土橋臺(tái),現(xiàn)澆“T”梁橋面板,凈跨 16.6～18.05 m,橋面高程 229.8 m。改線(xiàn)公路填筑路基臨河側(cè)設(shè)衡重式漿砌石擋墻。

地面廠房施工程序:先沿河進(jìn)行改線(xiàn)公路漿砌石擋墻及路基填筑、改線(xiàn)公路橋混凝土澆筑,并在公路橋下進(jìn)行土石方填筑,形成廠房施工全年圍堰;然后進(jìn)行廠房邊坡、主副廠房及安裝間基坑土石方開(kāi)挖、廠房底板混凝土澆筑;最后進(jìn)行尾水渠基坑土石方開(kāi)挖、尾水渠底板及邊墻混凝土澆筑。

地面廠房開(kāi)挖范圍內(nèi)覆蓋土厚度不等,愈接近河床覆蓋土愈深厚。原始地貌狀態(tài)下開(kāi)挖邊坡坡頂覆蓋土厚約 5 m,尾水渠末端河床覆蓋土厚約 45 m。邊坡覆蓋土為塊碎石土,河床覆蓋土為漂卵礫石土。覆蓋土下伏基巖包括粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖,巖層近水平,微傾向山里。設(shè)計(jì)開(kāi)挖邊坡、主副廠房及安裝間建基面為巖石,尾水渠設(shè)計(jì)建基面為漂卵礫石土。主副廠房及安裝間基坑開(kāi)挖至高程 215 m時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)地下滲水,隨下挖深度增大,地下滲水量隨之增大,地下滲水主要為河床滲水。

2 尾水渠基坑開(kāi)挖施工難點(diǎn)

主副廠房及安裝間基坑下游側(cè)臨時(shí)邊坡為土質(zhì)邊坡,邊坡坡比按 1∶1.2控制,開(kāi)挖過(guò)程中無(wú)需采取邊坡支護(hù)措施。尾水渠基坑下游側(cè)臨時(shí)邊坡為土質(zhì)邊坡,其中高程 219.5 m以上為改線(xiàn)公路路基填筑的塊碎石土,高程 219.5 m以下為漂卵礫石土。尾水渠基坑開(kāi)挖具有以下幾個(gè)難點(diǎn):

(1)尾水渠扶臂式邊墻與跨尾水渠的改線(xiàn)公路橋橋臺(tái)在廠(縱)0+45.669處銜接。按照扶臂式邊墻結(jié)構(gòu)要求,尾水渠基坑下游側(cè)應(yīng)為直立坡面。但尾水渠基坑下游側(cè)邊坡為土質(zhì)邊坡,在無(wú)支擋措施的情況下,無(wú)法形成直立邊坡。

(2)尾水渠下游側(cè)坡(改線(xiàn)公路上游側(cè)坡)開(kāi)挖高差為 13.15 m。改線(xiàn)公路路面設(shè)計(jì)全寬 11.5 m,扣除臨河漿砌石擋墻頂寬 0.8 m后的行車(chē)道寬度為 10.7 m。為確保改線(xiàn)公路通暢,要求在形成尾水渠下游側(cè)臨時(shí)邊坡后通過(guò)該段的改線(xiàn)公路路面寬度不小于 6 m,則尾水渠下游側(cè)坡平距為4.7 m,坡比為 1∶0.357。 1∶0.357的土質(zhì)邊坡在沒(méi)有可靠支護(hù)措施的情況下,邊坡難以較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。

(3)因改線(xiàn)公路屬渝巴公路的一部分,車(chē)流量大,重車(chē)多,尾水渠基坑回填完成前,要求確保公路路基穩(wěn)定。選擇合理的邊坡支護(hù)措施是確保尾水渠順利施工和改線(xiàn)公路安全通行的關(guān)鍵。

3 尾水渠下游側(cè)坡支護(hù)方案的選擇

尾水渠下游側(cè)坡支護(hù)初擬了三種方案。

3.1 第一種方案:鋼管樁支護(hù)方案(圖 1)

圖 1 鋼管樁邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖(單位:m)

(1)在尾水公路橋左、右側(cè)各設(shè)置鋼管樁 15根,樁頂高程 229.8 m,樁底高程 199.8 m,樁長(zhǎng)30 m,樁間距 0.8 m。鋼管樁在尾水渠開(kāi)挖后呈懸臂受力狀態(tài)。為提高樁整體受力性能,在高程226.8 m、221.8 m處各設(shè)一道橫梁,并設(shè)置 φ 32拉桿,用螺栓對(duì)拉桿進(jìn)行張緊。鋼管采用 φ 150套管,為增加套管的剛度,向套管內(nèi)插入“3φ 32鋼筋 +1φ 25鋼管”,通過(guò) φ 25鋼管向鋼管樁內(nèi)注入水泥漿。對(duì)高程 215～203 m范圍內(nèi)的鋼管,按孔間距 30 c m順縱向鉆三排直徑為 8 m m的小孔,通過(guò)鋼管對(duì)土體進(jìn)行固結(jié)堵水灌漿。

(2)鋼管樁設(shè) φ 32拉桿的孔需跟管成孔,跟管采用 φ 89套管。在套管上按孔間距 30 c m順縱向鉆一排直徑為 8 m m的小孔,通過(guò)鋼管對(duì)土體進(jìn)行固結(jié)灌漿。

(3)鋼管樁施作完成后,隨自上而下的開(kāi)挖進(jìn)行邊坡網(wǎng)噴作業(yè)。網(wǎng)噴參數(shù)為:掛 φ 16@20 c m鋼筋網(wǎng)(鋼筋與鋼管接觸處焊接連接),噴 C 20混凝土厚 20 c m,并在噴混凝土面上布置 φ 80,L=1 m@1.5 m×1.5 m排水孔,孔內(nèi)安裝外纏土工布的 P V C花管。

鋼管樁支護(hù)方案的優(yōu)點(diǎn):可以保證改線(xiàn)公路路面寬度基本不變,保證尾水基坑下游側(cè)坡的穩(wěn)定和改線(xiàn)公路橋的安全,在邊坡開(kāi)挖前實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡的超前支護(hù)。

缺點(diǎn):施工工期長(zhǎng)、支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的荷載大,造價(jià)高,需要引進(jìn)專(zhuān)業(yè)鋼管樁施工隊(duì)伍。

3.2 第二種方案:混凝土貼坡支護(hù)方案

(1)尾水渠下游側(cè)坡開(kāi)挖自上而下進(jìn)行,開(kāi)挖一層、支護(hù)一層,上一層未完成支護(hù)則不開(kāi)挖下一層。開(kāi)挖支護(hù)分層高度原則上不超過(guò) 3 m,開(kāi)挖坡比為 1∶0.357,挖除部分改線(xiàn)公路路基、路面。

(2)在開(kāi)挖成型的坡面上布置 φ 32,L=6～9 m(外露 25 c m)@2 m×2 m的砂漿錨桿。在鋼套管上按孔間距 30 c m順縱向鉆一排直徑為 8 m m的小孔,通過(guò)鋼套管向土體進(jìn)行固結(jié)灌漿。

(3)在開(kāi)挖成型的坡面上澆筑 30 c m厚 C 20混凝土貼坡,貼坡底層、面層各布一層 φ 16@20 c m×20 c m鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)與錨桿焊接。混凝土貼坡中按 2.5 m×2.5 m設(shè)置 φ 50排水孔。

混凝土貼坡支護(hù)方案的優(yōu)點(diǎn):基本可以滿(mǎn)足土質(zhì)邊坡臨時(shí)支護(hù)要求。

缺點(diǎn):施工工序較多,施工周期較長(zhǎng),造價(jià)較高,需要縮小路面寬度,且僅允許單車(chē)通行。受場(chǎng)地尺寸限制,混凝土貼坡底腳無(wú)基礎(chǔ)支撐,在其下層開(kāi)挖過(guò)程中,貼坡將成為坡面負(fù)荷,需由錨桿支撐,難以對(duì)邊坡進(jìn)行及時(shí)支護(hù)。

3.3 第三種方案:“工字鋼框格 +錨網(wǎng)噴”支護(hù)方案(圖 2)

圖 2 “工字鋼框格+錨網(wǎng)噴”邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖(單位:m)

(1)開(kāi)挖自上而下進(jìn)行,開(kāi)挖一層,支護(hù)一層,上一層未完成支護(hù)不能開(kāi)挖下一層。開(kāi)挖支護(hù)分層高度原則上不超過(guò) 3.5 m,開(kāi)挖坡比為 1∶0.357,需挖除部分改線(xiàn)公路路基、路面。

(2)支護(hù)措施采用“錨桿 +工字鋼框格 +掛鋼筋網(wǎng) +噴混凝土”。錨桿規(guī)格 φ 32,L=6～9 m@2 m×2 m,錨桿孔內(nèi)灌注 M30砂漿。工字鋼骨架采用 h=18 c m的工字鋼,焊接成 2 m×2 m的框格順坡面布置,錨桿布置在框格節(jié)點(diǎn)上,并與工字鋼框格焊接牢固。鋼筋網(wǎng)采用 φ 8鋼筋現(xiàn)場(chǎng)編制,網(wǎng)格尺寸為 15 c m×15 c m,焊接在工字鋼骨架上。噴混凝土采用 C 20,開(kāi)挖完成后先素噴 5 c m,待錨桿、工字鋼骨架、鋼筋網(wǎng)完成后再?lài)?10 c m,工字鋼骨架處噴混凝土厚度以完全包裹工字鋼為準(zhǔn)。在噴混凝土面上按間排距 2.5 m×2.5 m設(shè)置 φ 50,L=0.5 m的排水孔。

(3)錨桿成孔采用 100 B潛孔鉆跟管鉆進(jìn)(無(wú)地下水時(shí))或 150型地質(zhì)鉆機(jī)跟管取芯鉆進(jìn)(有地下水時(shí))。在鋼套管上按孔間距 30 c m順縱向鉆一排直徑為 8 m m的小孔,通過(guò)鋼套管向土體進(jìn)行固結(jié)灌漿。鋼套管規(guī)格為 φ 89,δ=4.5 m m。通過(guò)灌漿,使錨桿、套管、土體成為一體,整體受力,從而提高了錨桿的承載能力。

“工字鋼框格 +錨網(wǎng)噴”支護(hù)方案的優(yōu)點(diǎn):施工簡(jiǎn)便,造價(jià)較低。勁性工字鋼骨架、柔性網(wǎng)噴、錨桿三者相互配合,從而形成了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量較輕、傳力方向明確的支護(hù)結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高陡土質(zhì)邊坡的快速有效支護(hù)。

缺點(diǎn):需要縮小路面寬度,僅允許單車(chē)通行。

通過(guò)對(duì)以上三種支護(hù)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、比較,確認(rèn)第三種支護(hù)方案在技術(shù)上更為可行,經(jīng)濟(jì)上更為合理。尾水渠下游側(cè)坡在開(kāi)挖施工中采取了第三種支護(hù)方案。

4 尾水渠下游側(cè)坡開(kāi)挖支護(hù)施工

4.1 開(kāi)挖分層

尾水渠下游側(cè)坡開(kāi)挖高差為 13.15 m,自上而下分四層開(kāi)挖,分層高度為 3 m、3.5 m、3.5 m、3.15 m。

全面化針對(duì)性護(hù)理干預(yù)組微量泵注入胰島素治療的依從性、復(fù)常血糖的時(shí)間、住院治療時(shí)間更有優(yōu)勢(shì)（P＜0.05），見(jiàn)表 3。

4.2 開(kāi)挖臨時(shí)出渣道路布置

邊坡開(kāi)挖臨時(shí)出渣道路分層布置,隨各層土方開(kāi)挖逐漸形成,道路縱坡不超過(guò) 15%,道路寬 6 m。各層臨時(shí)出渣道路均與基坑左側(cè)下基坑主干道相接。道路修筑采用 1.2 m3反鏟。

4.3 邊坡土方開(kāi)挖

邊坡土方開(kāi)挖采用 1.2 m3反鏟,開(kāi)挖土方裝15 t自卸汽車(chē)運(yùn)至渣場(chǎng)。每層邊坡開(kāi)挖時(shí)預(yù)留約50 c m厚保護(hù)層,待大面開(kāi)挖完成后采用反鏟修坡至設(shè)計(jì)坡比。修坡完成后,用反鏟將坡面拍實(shí)。

4.4 邊坡支護(hù)

邊坡開(kāi)挖一層,支護(hù)一層,支護(hù)施工采用臨時(shí)出渣道路。支護(hù)施工程序?yàn)?初噴 5 c m厚混凝土封閉坡面→錨桿施工→掛鋼筋網(wǎng)→工字鋼框格施工→覆噴 10 c m厚混凝土,工字鋼框格處噴厚以完全覆蓋工字鋼為準(zhǔn)。

(1)錨桿施工。自上而下分層開(kāi)挖時(shí),上部三層(高程 219.8 m以上)無(wú)地下滲水出現(xiàn),錨桿造孔采用 100 B潛孔鉆跟管鉆進(jìn);下部一層(高程219.8～216.65 m)有地下滲水出現(xiàn),錨桿造孔采用 150型地質(zhì)鉆機(jī)跟管取芯鉆進(jìn)。鉆孔孔徑為75 m m,下傾 5°。鋼套管直徑為 89 m m(δ=4.5 m m),每節(jié) 1 m,兩端套絲(一端內(nèi)絲,一端外絲)。φ 32錨桿鋼筋每隔 1.5 m焊一對(duì)中架,人工送入孔中,外露 20 c m。錨桿砂漿標(biāo)號(hào)為 M 30,采用100/3.5砂漿機(jī)注漿,每孔注漿不小于 0.5 m3。為方便錨桿與工字鋼框格焊接連接,錨桿采用方形布孔。

(2)掛鋼筋網(wǎng)。

開(kāi)挖成型的坡面初噴 5 c m厚 C 20混凝土后,人工現(xiàn)場(chǎng)編制 φ 8鋼筋網(wǎng)。在坡面上設(shè)置 φ 10,L=15 c m@2 m×2 m錨釘,錨釘要求布置在錨桿中間。鋼筋網(wǎng)借助錨釘、錨桿(與錨桿焊接)緊貼于初噴混凝土面上。

(3)噴混凝土。

(4)工字鋼框格施工。

鋼筋掛網(wǎng)完成后,開(kāi)始進(jìn)行工字鋼框格安裝。對(duì)水平方向的工字鋼盡量不截?cái)?通長(zhǎng)布置,接頭位置對(duì)焊連接后,在接頭腹板兩側(cè)各綁焊兩根φ 28,L=60 c m鋼筋以提高接頭承載能力。采用φ 32鋼筋制作“L”型彎鉤,一端扣在水平布置的工字鋼上并焊接連接,一端和錨桿外露部分焊接連接。順坡向布置的工字鋼下料長(zhǎng)度視各開(kāi)挖分層坡長(zhǎng)而定,與水平方向布置的工字鋼焊接連接。下一開(kāi)挖層順坡向工字鋼與上一開(kāi)挖層順坡向工字鋼焊接連接,在接頭腹板兩側(cè)各綁焊兩根 φ 28,L=60 c m鋼筋以提高接頭的承載能力。

(5)排水孔施工。

混凝土覆噴完成后,采用 Y T 28風(fēng)鉆造 φ 50,L=0.5 m的排水孔,排水孔內(nèi)安裝外纏土工布的φ 40 P V C花管。

5 施工效果評(píng)價(jià)

實(shí)踐證明,尾水渠下游側(cè)邊坡支護(hù)所采用的方案在技術(shù)上是可行的,在經(jīng)濟(jì)上是合理的,主要表現(xiàn)在:

(1)施工速度快。除錨桿施工時(shí)間稍長(zhǎng)外,噴混凝土、掛鋼筋網(wǎng)、工字鋼框格施工所需時(shí)間均較短。邊坡開(kāi)挖成型后,可馬上噴混凝土對(duì)邊坡進(jìn)行封閉,防止邊坡掉塊或受雨水沖刷。

(2)施工簡(jiǎn)便。相對(duì)于鋼管樁施工而言,無(wú)需大型設(shè)備;相對(duì)于混凝土貼坡而言,無(wú)需模板安拆、混凝土拌合、運(yùn)輸、澆筑等施工工序。

(3)支護(hù)結(jié)構(gòu)有所創(chuàng)新?！肮ぷ咒摽蚋?+錨網(wǎng)噴”支護(hù)結(jié)構(gòu)由勁性工字鋼框格、柔性網(wǎng)噴、承力錨桿組成。在作用于網(wǎng)噴支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)土壓力被傳遞至工字鋼框格上,再經(jīng)焊接在工字鋼框格上的錨桿傳遞至穩(wěn)定的地基中,傳力方向明確,支護(hù)結(jié)構(gòu)重量輕,坡面負(fù)荷小。該支護(hù)結(jié)構(gòu)與錨網(wǎng)噴支護(hù)相比克服了柔性網(wǎng)噴結(jié)構(gòu)可能被主動(dòng)土壓力擠裂的危險(xiǎn)。

(4)支護(hù)效果好。尾水渠下游側(cè)邊坡開(kāi)挖支護(hù)和結(jié)構(gòu)混凝土施工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半年,在此期間,下游側(cè)坡無(wú)變形,支護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)破壞跡象,從而保證了尾水渠順利施工和渝巴公路的安全通行。

(5)經(jīng)濟(jì)性好。經(jīng)核算,“工字鋼框格 +錨網(wǎng)噴”支護(hù)施工成本約為鋼管樁支護(hù)施工成本的 1/4,約為混凝土貼坡施工成本的 1/2。

6 結(jié) 語(yǔ)

“工字鋼框格 +錨網(wǎng)噴”支護(hù)結(jié)構(gòu)是對(duì)高陡土質(zhì)邊坡進(jìn)行加固的一種經(jīng)濟(jì)而有效的臨時(shí)支護(hù)方式,可供類(lèi)似工程借鑒。