全錨索支護(hù)在某邊坡加固處理中的應(yīng)用

楊倩嵐

（貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司東風(fēng)發(fā)電廠，貴州 清鎮(zhèn) 551408）

一、概述

東風(fēng)水電站位于貴州清鎮(zhèn)、黔西兩市縣界河上，距離貴陽市88km。壩址以上控制流域面積18161km2，多年平均徑流量108.8億m3，多年平均流量345m3/s。樞紐工程以發(fā)電為主，總庫容為10.25億m3，有效庫容為8.64億m3，調(diào)節(jié)庫容為4.91億m3，屬于不完全年調(diào)節(jié)水庫。新建時布置3臺機(jī)組，原裝機(jī)容量為510MW(170×3)；為了解決機(jī)組主設(shè)備事宜，2004年2月至2005年5月將機(jī)組增容至570MW(190×3)，2004年3月至2005年12月擴(kuò)機(jī)1臺（容量為125MW），目前樞紐總裝機(jī)容量為695MW(190×3＋125×1)。

工程由原水電九局承建，于1984年10月開工做施工準(zhǔn)備，并于1989年1月30日方才實(shí)現(xiàn)截流。1994年8月31日首臺機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，同年12月26日第 2臺機(jī)組發(fā)電，1995年12月25日第3臺機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。1998年，工程通過原國家電力公司組織的樞紐工程竣工驗(yàn)收。

1999年的工程竣工安全鑒定意見：“右壩肩以F34為側(cè)滑面，5#夾泥層為底滑面的潛在滑動體，其純摩安全系數(shù)為1.35，是安全的。而剪摩安全系數(shù)在假定上游面脫開，作用全水頭時為2.28，上游面作用力為零時為2.78，小于規(guī)范要求3.5?！坝骤b于”關(guān)于邊界條件的假定預(yù)實(shí)際情況有一定出入，按比較不利的情況考慮，加之右壩肩F34及多組軟弱夾層在98年前做過高壓灌漿、抗剪洞。擴(kuò)挖置換、部分預(yù)應(yīng)力錨索等處理，在計算中未予充分反映。因此實(shí)際安全系數(shù)當(dāng)計算值為大。右壩肩處于穩(wěn)定狀態(tài)，但安全儲備偏小”。

二、地質(zhì)情況

東風(fēng)水電站右壩肩邊坡順河向長80m～110m，地形由多級陡坡與平臺組成，邊坡地面高程830m～980m，屬于高陡邊坡。

右壩肩出露的地層，主要為第四系覆蓋層，三迭系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組灰?guī)r，永寧鎮(zhèn)組下段(T1yn1)為右壩肩的主要地層，對壩肩穩(wěn)定有影響的主要地層為T1yn1-3-1～T1yn1-4-2。另外，控制右壩肩穩(wěn)定的主要斷層為F34斷層，F(xiàn)34斷層產(chǎn)狀為NE 70～80°，SE∠63～80°，從高程 957m 左右穿過右拱端，向SW方向延伸，NE端至鴨池河岸坡，呈一裂隙狀尖滅。斷層帶寬一般0.1m～0.4m，影響帶寬一般2m～3m，斷層帶為方解石膠結(jié)的角礫巖，局部溶蝕寬0.1m～0.15m，充填黃泥，影響帶巖石稍破碎。泥化夾層主要分布于T1yn1-3的中厚層夾薄層灰?guī)r層面間，厚度一般0.5cm～1.0cm，礦物成分綠以綠泥石～蒙脫石為主，極易泥化。

右壩肩滑動層面主要以F34斷層構(gòu)成側(cè)滑面，斷層帶寬一般0.1m～0.4m，影響帶寬一般2m～3m，局部溶蝕寬0.1m～0.15m，充填黃泥，影響帶巖石稍破碎。底滑面主要為1#、5#泥化夾層。

三、支護(hù)方案

1 常規(guī)支護(hù)方式

邊坡加固處理的常規(guī)支護(hù)方式主要包括：混凝土抗滑樁、混凝土框架和噴混凝土護(hù)坡、混凝土擋墻及抗剪洞等方式。

混凝土抗滑樁能有效而經(jīng)濟(jì)地治理滑坡，尤其是滑動面傾角較緩時，其效果更好，因此在邊坡治理工程中得到了廣泛采用?；炷量蚣芎蛧娀炷磷o(hù)坡是基于混凝土框架對表層坡體起保護(hù)作用并增強(qiáng)坡體的整體性，防止地表水滲入和坡體的風(fēng)化；框架護(hù)坡具有結(jié)構(gòu)物輕，材料用量省，施工方便，適用面廣，便于排水，以及可與其它措施結(jié)合使用的特點(diǎn)?；炷翐鯄κ侵纹鹿こ讨凶畛Ｓ玫囊环N方法，它能有效地從局部改變邊坡的受力平衡，阻止邊坡變形的加劇?？辜舳词腔谛纬奢^大的抗剪力，根據(jù)自身具有一定的傾斜度，防止了混凝土與洞壁結(jié)合不實(shí)的可能性，同時采取洞樁組合結(jié)構(gòu)的受力條件遠(yuǎn)較傳統(tǒng)懸臂結(jié)構(gòu)合理，可望提供較大的抗力。采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行邊坡加固，具有不破壞巖體，施工靈活，速度快，干擾小，受力可靠，且為主動受力等優(yōu)點(diǎn)，加上坡面巖體抗壓強(qiáng)度高，因此在水利水電工程的邊坡治理中都得到了大量應(yīng)用。

2 支護(hù)方案優(yōu)化

1)設(shè)計方案介紹

東風(fēng)水電站右壩肩邊坡加固處理的最初思路是設(shè)置抗剪洞或抗剪豎井對夾層、F34斷層進(jìn)行置換，以提高底滑面的綜合抗剪指標(biāo)，另外，可采取預(yù)應(yīng)力錨固的方法，利用錨索減少下滑力，增加滑面正應(yīng)力，從而提高安全系數(shù)。在此基礎(chǔ)上布置了四個處理方案。

方案一：(1)在右壩肩下游邊坡布置230束300t級預(yù)應(yīng)力錨索穿過1#、5#夾泥層或F34斷層；(2)在895m隧洞布置28束300t級預(yù)應(yīng)力錨索穿過1#、5#夾泥層或F34斷層；(3)沿1#、5#夾泥層各布置兩條抗剪洞，以提高底滑面的綜合抗剪指標(biāo)?？辜舳磾嗝鏋?m×2m，沿5#夾泥層的抗剪洞長78.0m，沿5#夾泥層的抗剪洞長65.0m。

方案二：(1)在右壩肩下游邊坡布置230束300t級預(yù)應(yīng)力錨索穿過1#、5#夾泥層或F34斷層；(2)在895m隧洞布置28束300t級預(yù)應(yīng)力錨索穿過1#、5#夾泥層或F34斷層；(3)沿F34斷層布置四條抗剪豎井，以提高側(cè)滑面的綜合抗剪指標(biāo)。抗剪豎井?dāng)嗝鏋?m×2m，平均長42.5m。

方案三：(1)在右壩肩下游邊坡布置178束300t級預(yù)應(yīng)力錨索穿過1#、5#夾泥層或F34斷層；(2)在895m隧洞布置28束300t級預(yù)應(yīng)力錨索穿過1#、5#夾泥層或F34斷層；(3)沿F34斷層布置四條抗剪豎井，以提高側(cè)滑面的綜合抗剪指標(biāo)。抗剪豎井?dāng)嗝鏋?m×2m，平均長42.5m；(4)沿1#、5#夾泥層各布置兩條抗剪洞，以提高底滑面的綜合抗剪指標(biāo)?？辜舳磾嗝鏋?m×2m，沿5#夾泥層的抗剪洞長78.0m，沿5#夾泥層的抗剪洞長65.0m。

方案四：(1)沿1#、5#夾泥層各布置三條抗剪洞，以提高底滑面的綜合抗剪指標(biāo)?？辜舳捶猪槉A層走向及傾向布置。5#夾泥層上順夾層走向的抗剪洞一條，斷面為4m×4.5m，長75m，順夾層傾向的抗剪洞兩條，斷面為2m×2m，各長78m；(2)1#夾泥層上順夾層走向的抗剪洞一條，斷面為4m×4.5m，長65m，順夾層傾向的抗剪洞兩條，斷面為2m×2m，各長65m；(3)在885m、860m高程各布置一條排水洞，斷面為4m×4.5m，長度分別為75m、100.6m；(4)在引水隧洞布置兩排共10束300t級預(yù)應(yīng)力錨索穿過1#、5#夾泥層；(5)順夾層走向的抗剪洞及排水洞內(nèi)布置73束300t級預(yù)應(yīng)力錨索，右岸下游邊坡布置64束300t級預(yù)應(yīng)力錨索穿過1#、5#夾泥層或F34斷層。

穩(wěn)定復(fù)核的成果表明，采用方案一時右壩肩穩(wěn)定安全系數(shù)較低，在洞挖后，以1#夾泥層為底滑面的滑動棱體穩(wěn)定安全系數(shù)在正常工況下略低于規(guī)范要求3.5，三個洞挖方案中最低達(dá)3.490，但其范圍在5%以內(nèi)，認(rèn)為基本滿足要求；方案三的安全系數(shù)最高，處理方案二、四居中?？傮w上，四個處理方案均能使右壩肩在運(yùn)行期的穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，技術(shù)上四個處理方案均可行，設(shè)計單位擬推薦方案四作為右壩肩加固處理的實(shí)施方案。

2)推薦方案存在的問題

從施工以及對壩肩的影響方面來看，由于設(shè)置抗剪洞和排水洞帶來一系列問題：

①洞室開挖較多，對壩肩巖體有擾動，對壩肩地質(zhì)巖體帶來損傷，對高拱壩的安全不利；

②在高水頭下進(jìn)行洞室開挖，洞室易產(chǎn)生滲漏水，對壩肩穩(wěn)定和施工安全不利，需降低庫水位減小作用水頭，但由于施工時間較長，若降低庫水位至955m，水位降低后一方面耗水率增加，另一方面減少庫水量約2.64億m3，會使電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益降低，并增加防洪度汛難度。

3)推薦方案的解決思路

①右壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在不計上游脫開面拉力情況下達(dá)不到規(guī)范要求的3.5，而起控制作用的主要是5#軟弱夾層；

②出露于河床壩基的5#夾層，由于前期勘測1#夾層過程中，對5#夾層沒有具體的描述和力學(xué)參數(shù)值，僅為參照1#夾層試驗(yàn)成果抗剪強(qiáng)度的取值；

③ 通過2005年東風(fēng)擴(kuò)機(jī)工程在F34斷層下盤較遠(yuǎn)的廠房處出露5#軟弱夾層，地質(zhì)指標(biāo)較原計算值有所提高。

根據(jù)上述因素，為切實(shí)摸清F34斷層上盤壩肩處5#夾層的抗剪指標(biāo)，需重新在壩肩右岸845m平臺開挖平洞，揭露5#夾層以獲取抗剪指標(biāo)，根據(jù)其力學(xué)參數(shù)重新復(fù)核右壩肩的安全穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)安全系數(shù)對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，盡量避免開挖平硐。

4)推薦方案的優(yōu)化

根據(jù)東風(fēng)水電站右壩肩地形地質(zhì)條件，于2006年7月將現(xiàn)場大剪試驗(yàn)布置于右壩肩與尾水洞之間的右岸845m平臺開挖平硐內(nèi)。根據(jù)獲取的2組平硐5#夾層抗剪試驗(yàn)成果，顯示夾層性狀穩(wěn)定，兩組試驗(yàn)破壞面均沿夾層面呈塑性破壞。從計算結(jié)果可以看出，地質(zhì)復(fù)核后右壩肩穩(wěn)定安全系數(shù)有所提高，但仍小于規(guī)范控制標(biāo)準(zhǔn)，故仍需進(jìn)行加固處理。考慮第一階段處理方案抗剪洞和排水洞施工爆破對已有建筑物的影響及洞挖對壩肩地質(zhì)巖體的損傷，所以在第二階段取消抗剪洞和抗剪豎井，在方案四的基礎(chǔ)上調(diào)整為全錨索支護(hù)方式，即錨索共布置18 排，以坐標(biāo)(2972344.777，614476.263)為控制A點(diǎn)；A點(diǎn)為起始樁號0+000，每4m一排，每排錨索間距8.0m；預(yù)應(yīng)力錨索為3000kN級，錨根段長度10.0m，使其穿過夾泥層或F34斷層；其方位為 NE31.5°，傾角 10°，與滑動棱線斜交，使錨索力既能增加滑面的正壓力，又能直接減小滑動力；3000KN級錨索共120束，孔深平均近70m，最深達(dá)92m。

四、施工重點(diǎn)

1 排架施工

在實(shí)施過程中，由于排架高度為100m，錨索施工只得由低高程向高高程逐層向上施工，一方面施工工效大為降低，另一方面整個100m高排架系統(tǒng)全靠底部基礎(chǔ)支撐，隨著排架不斷上升和荷載加大，穩(wěn)定性逐漸下降，施工風(fēng)險逐漸增大。

為了加快施工進(jìn)度，同時增強(qiáng)排架穩(wěn)定性，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際勘查，實(shí)施時利用右壩肩邊坡中部EL900m高程平臺將排架分成上、下獨(dú)立支撐的排架系統(tǒng)。具體的調(diào)整方案如下：原寬度為4.5m的排架調(diào)整為3.6m，搭設(shè)工藝流程同原設(shè)計方案，不作調(diào)整；在EL900m高程平臺搭建施工排架，頂部加設(shè)一臺80T塔吊，同時在上下游兩側(cè)增加剛性棧橋，作為上部排架的減載層，使EL900m高程以上排架同下部排架完全分離，獨(dú)成一體，減輕下部排架受力。排架調(diào)整后的施工好處：

①由于高度減小，可增強(qiáng)排架的整體穩(wěn)定性，增加平臺的承載能力，提高了邊坡錨索施工的安全性；

②降低排架的垂直搭設(shè)高度，一方面減輕了排架的自重，另一方面寬度為4.5m的排架調(diào)整為3.6m，節(jié)省了近100噸腳手架管材；

③分層后形成兩個獨(dú)立作業(yè)面，無干擾，便于錨索施工，可加快施工進(jìn)度，提高工效。

④安裝80T塔吊后，可以解決鉆機(jī)上下、水平遷移及穿索問題，減少排架上的施工人員，降低安全風(fēng)險。

2 鉆孔控制

由于錨索孔孔深平均達(dá)64.67m，最深達(dá)92m，設(shè)計孔徑為Φ190mm，且10%要求取芯（需采用地質(zhì)鉆機(jī)），考慮到本工程的地質(zhì)條件帶有一定的不確定性，且必須穿越F34斷層破碎帶，為此，采用CD-2型地質(zhì)巖芯鉆機(jī)（僅用于取芯的錨索孔）及YG-80鉆機(jī)進(jìn)行錨索孔鉆孔。

施工過程中通過優(yōu)選施工鉆具等手段保證孔徑、孔斜和孔深等參數(shù)指標(biāo)，從而確保了錨索孔的鉆孔質(zhì)量。由于鉆孔深度較深，施工時最少需要二次變徑才能滿足終孔Ф190的孔徑要求，故鉆孔過程中研究選用不同型號的鉆具，即開孔孔徑最小需要Ф238，變徑分別為Ф219mm和φ190mm，變徑平均深度約為25m和50m。鉆孔采用Φ190mm潛孔沖擊器，鉆頭后部加長度2m的導(dǎo)向管（直徑190mm）的鉆具鉆進(jìn)，每6m設(shè)一個1.5m長管狀扶正器，減少環(huán)間間隙，從而減小因鉆具自重產(chǎn)生重力漂移而導(dǎo)致孔斜的情況。鉆進(jìn)過程中盡量采用較小的鉆壓，減少高壓時使鉆具彎曲從而導(dǎo)致孔斜發(fā)生的情況；每5m～10m進(jìn)行一次孔斜測量，采用DUZ-D多點(diǎn)照相高精度測斜儀進(jìn)行孔斜檢測。在鉆孔過程中，采取鋼管、扣件緊固鉆機(jī)底盤，與施工腳手架和巖體牢固連接；施工平臺除按照原設(shè)計進(jìn)行搭設(shè)外，還增加2根水平方向Φ20錨桿（L=3.0m），增加腳手架向外的抗傾倒能力，同時使鉆機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中始終處于平穩(wěn)狀態(tài)。

3 錨索安裝

1)穿索。

錨索束體編制完成應(yīng)經(jīng)相關(guān)人員共同驗(yàn)收無誤后方可開展穿索工作，同時核對鋼絞線的規(guī)格、數(shù)量及長度，各部件的綁扎位置、牢固狀況，各種管路暢通完好情況等內(nèi)容。錨索入孔時速度應(yīng)均勻，不得過多地來回抽動錨索體，防止損壞錨索體或使其扭曲變形。

2)錨固段灌漿。

錨固段的灌漿應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求執(zhí)行，采用有壓循環(huán)灌漿法；在排氣管上安裝壓力表，開始灌漿時打開排氣管以便排出孔內(nèi)空氣、水和稀漿，待回漿變濃時逐漸關(guān)小排氣閥控制灌漿壓力；當(dāng)吸漿量小于0.4L/min時，灌注30min再屏漿30min即可結(jié)束灌漿作業(yè)。

3)錨索張拉。

錨索張拉程序?yàn)椋簭埨瓬?zhǔn)備→工作錨具安裝→預(yù)緊→工具錨安裝→分級張拉→鎖定→驗(yàn)收。錨索張拉的控制要點(diǎn)：

①在張拉作業(yè)前，應(yīng)對張拉設(shè)備（千斤頂、油管及壓力表等）進(jìn)行“油壓值～張拉力”率定，確保張拉力的準(zhǔn)確性。

②為便于卸下工作錨，工具夾片可涂上少量的潤滑劑；工具錨上的孔號排列應(yīng)與前端工作錨的孔號一致，嚴(yán)禁在千斤頂穿心孔中發(fā)生鋼絞線的“交叉”現(xiàn)象。

③錨索張拉時，先用小千斤頂對單根鋼絞線進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊時單根張拉力30kN，再將所有錨索一起分級張拉至3450kN然后回放至3000kN時進(jìn)行鎖定。張拉按拉力分級進(jìn)行，并進(jìn)行及時準(zhǔn)確的記錄。

④張拉過程中，升荷速率每分鐘不宜超過設(shè)計應(yīng)力的10%，當(dāng)達(dá)到每一級控制力后穩(wěn)壓10min即可進(jìn)行下一級張拉，超張拉回放至3000kN后，穩(wěn)壓20min進(jìn)行鎖定。鎖定48h后，若錨索應(yīng)力下降到2800kN以下時用大千斤頂進(jìn)行補(bǔ)償張拉至3000kN。

⑤張拉時應(yīng)記錄每一級荷載伸長值和穩(wěn)壓時的變形值，且與理論伸長值和規(guī)定的變形量進(jìn)行比較，若實(shí)測伸長值大于計算伸長值10%或小于計算伸長值5%時，應(yīng)查明原因并做相應(yīng)的處理。

結(jié)語

1 對5#夾層地質(zhì)參數(shù)重新鑒定，是加固處理方案優(yōu)化的首要基礎(chǔ)條件。通過對起控制作用的5#夾泥層抗剪參數(shù)資料的研究分析，對原方案進(jìn)行調(diào)整，取消了抗剪平硐開挖，并消除了抗剪平硐開挖爆破對高拱壩的不利影響，同時取消了爆破期間需降低水庫水位運(yùn)行的要求，既減小了工程投資，又確保了電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2 加固處理方式最終優(yōu)化為邊坡3000kN級預(yù)應(yīng)力全錨索支護(hù)方式，實(shí)施后右壩肩邊坡的穩(wěn)定復(fù)核滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3 通過對錨索孔鉆孔設(shè)備的鉆具優(yōu)選，以及對邊坡施工排架的調(diào)整，使鉆孔孔斜率得到了有效的控制，基本解決了在高排架上成孔難的質(zhì)量問題，既增加了施工安全性，又節(jié)省了約100噸的腳手架管材。

4 為了檢驗(yàn)預(yù)應(yīng)力錨索安裝后的衰減情況，安裝錨索測力計共12臺。根據(jù)施工期的監(jiān)測成果，表明張拉后的錨索衰減值較小，滿足規(guī)范要求。作者認(rèn)為，沒有把所屬12臺錨索測力計納入運(yùn)行期的永久性監(jiān)測，因而無法捕捉到后期錨索的運(yùn)行狀態(tài)，是本工程的缺憾；建議后期結(jié)合現(xiàn)有的監(jiān)測項(xiàng)目，密切關(guān)注右壩肩邊坡的運(yùn)行性態(tài)，為東風(fēng)水電站大壩的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。

5 根據(jù)右壩肩邊坡埋設(shè)的監(jiān)測儀器（鉆孔測斜孔、多點(diǎn)位移計等）數(shù)據(jù)，顯示所屬測值穩(wěn)定，未見明顯突變，表明目前東風(fēng)水電站右壩肩邊坡是穩(wěn)定的，進(jìn)一步說明右壩肩邊坡實(shí)施全錨索的支護(hù)方式是可行的，值得同類工程借鑒。

[1]貴州烏江東風(fēng)水電站右壩肩加固處理工程竣工驗(yàn)收設(shè)計自檢報告[R].中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院，2010.

[2]貴州烏江東風(fēng)水電站右壩肩加固處理工程施工報告[R].中國水電基礎(chǔ)局有限公司東風(fēng)項(xiàng)目經(jīng)理部，2009.

[3]深孔預(yù)應(yīng)力錨索在東風(fēng)水電站右壩肩邊坡加固中的應(yīng)用[J].貴州水力發(fā)電，2010.