四川金沙江溪洛渡水電站邊坡治理技術

柳志丹

（中國水利水電第四工程局有限公司 溪洛渡施工局，云南 昭通 657300）

0 引言

溪洛渡水電站在四川雷波縣和云南永善縣交界的金沙江溪洛渡峽谷中，是金沙江流域下游水電梯級開發(fā)的第三級，上接白鶴灘尾水，下入向家壩庫區(qū)，是一座以發(fā)電為主，兼具防洪、攔沙和改善下游航運等綜合效益的特大型水電站。溪洛渡水電站擋水壩為雙曲拱壩，壩頂高程EL610 m，正常蓄水位EL．600 m，總庫容 126．7 億 m3，調節(jié)庫容 64．6 億 m3，總裝機容量13860 MW（18臺×770 MW／臺，左右岸地下廠房各布置9臺）。除雙曲拱壩外，該電站的主要建筑物還有導流建筑物、泄洪與消能建筑物、引水發(fā)電建筑物等。壩后兩岸邊坡面積大，屬電站霧化區(qū)范圍。

溪洛渡水電站拱壩承受的作用力沿軸線傳至兩岸壩肩，并依靠兩岸壩肩山體穩(wěn)定保持自身穩(wěn)定和正常工作。兩岸山體的安全穩(wěn)定對左右岸洞室、水庫及外部露天設備正常運行有直接影響。由于電站左右岸邊坡存在一定的地質缺陷，如左右岸天然邊坡普遍存在裂隙，壩肩裂隙寬度多在5～10 cm之間，局部超過 10 cm，坡度多在 70°～80°之間，部分區(qū)段近直立，局部呈倒懸，坡面危巖體分布較多，而且通過多年監(jiān)測，左岸山體每年均有不同程度的微小滑移。因此，對電站左右岸邊坡實施有針對性的治理措施十分必要。

1 邊坡治理情況概況

溪洛渡水電站左右岸邊坡大致呈對稱相似狀態(tài)，故以左岸邊坡治理為例說明。

1．1 壩肩電站進水口開挖線以上至左岸C13巖石層邊坡治理

該部位垂直高度在100 m以上，最大高度達160 m。在壩段0－720 m至0＋250區(qū)間，坡體陡峭，邊坡巖體卸荷拉裂現(xiàn)象嚴重，坡面分布54處危巖體，特別是13層陡壁上分布的危巖體塊體較大，拉裂縫普遍張開5～10 cm，直接威脅大壩運行安全。該部位邊坡主要采用預應力錨索、系統(tǒng)錨桿和掛鋼筋網噴護措施加以治理。

1．2 天然邊坡霧化區(qū)C11至C13巖石層及導流洞出口以上邊坡治理

該部位邊坡地質條件與電站進水口區(qū)域相似，但條帶更長，面積更大，危巖體更多，有近200塊，部分區(qū)段坡度較電站進水口稍緩。該區(qū)域主要采取了錨桿支護和掛網噴混凝土支護等治理措施。

1．3 左岸山體邊坡（古滑坡體）治理

該部位邊坡除原有天然邊坡外，還有表層覆蓋層，覆蓋層主要是石塊、渣土、壤土等的混合物，坡度與電站進水口和霧化區(qū)邊坡相比較緩，但其受氣象條件影響明顯，危害風險度更高。該區(qū)域在工程前期主要采取了中空注漿土錨桿、框格梁、截排水設施（含導水渠、擋水堰等）、混凝土噴護、SNS防護網等技術措施予以治理；工程后期，增加了預應力錨索加強支護。

2 主要邊坡治理技術的施工

2．1 預應力錨索邊坡治理技術

左岸C13巖石層頂部開口線以下5 m設一排100 t級（P＝1000 kN）的預應力錨索，長 30 m，間距 5 m；開口線以下20 m設一排150 t級（P＝1500 kN）的預應力錨索，長35 m，間距6 m。兩排預應力錨索的傾角均為 15°（俯角）、方位角均為 N41°42′00″E。 地質條件差的部位，經參建各方現(xiàn)場研究確認，隨機增加錨索［1~2］。預應力錨索主要參數(shù)如表1所示。

表1 預應力錨索部分主要參數(shù)Table 1 Main parameters of pre-stressed anchor cable

預應力錨索主要由外錨頭、錨索張拉段、內錨頭（錨固段）組成。預應力錨索邊坡治理技術是將錨索穿過需治理區(qū)域，并穿入穩(wěn)定巖體一定長度，然后對穿入穩(wěn)定巖體的區(qū)段壓漿，使之密實，再在外錨頭部位施加拉力，由張拉段承受施加在內外錨頭之間的外力，從而把開裂、破碎的巖體或有塌滑跡象的邊坡緊密串聯(lián)成一個整體，增大不穩(wěn)定邊坡與穩(wěn)定邊坡之間的正壓力和摩阻力，進而抑制位移、變形和破壞，最終達到穩(wěn)定滑坡的目的（預應力錨索示意圖如圖1所示）。另外，漿液壓入也會對坡體內裂隙起到充填固結作用，提高坡體尤其是破碎巖體、松散體的整體剛性，有利于邊坡穩(wěn)定。但不能為了提高邊坡整體性而無限制壓漿，以防過量壓漿使原有裂隙進一步發(fā)育，產生反作用［3］。

預應力錨索施工包括放樣、鉆孔、錨索制作、穿索、錨固段壓漿、封孔、張拉鎖定及外錨頭澆筑等工序。

2．1．1 錨索鉆孔

鉆孔設備選用100B風動鉆機，鉆桿直徑為70 mm，鉆頭直徑分別為115 mm（100 t級）和130 mm（150 t級）。作業(yè)平臺搭設承重腳手架，保證安全。

鉆孔時，用羅盤測量成孔傾角，方便校核及糾偏。鉆進過程中，根據(jù)出渣量判斷錨固段深度。若遇地質條件差的巖石破碎區(qū)，一旦出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，就進行固壁灌漿，穩(wěn)定鉆孔。鉆孔作業(yè)完成后，錨索安裝前，做好孔口防護。

圖1 預應力錨索剖面圖Fig.1 Pre-stressed anchor cable section

2．1．2 錨索制作安裝

該工序可分為以下6個步驟：（1）錨索下料編束前，要檢查鋼絞線材質情況。如，檢查有無銹蝕、毛刺、護套損傷及材質證明、是否合格，檢驗報告是否齊全有效等。（2）下料。實際下料長度要略長于錨索孔孔深 （一般應保證錨索孔外露長度不小于1 m），具體應根據(jù)外錨頭尺寸、千斤頂尺寸等來綜合確定。（3）編束。小心剝去錨索內錨段及外錨段的PE套管，并將成束的鋼絞線分散成單根鋼絲，用鋸末、細沙等合適材料去除鋼絞線表面油脂，并清洗干凈，然后重新恢復成束狀。（4）對內錨段與張拉段進行分隔。將鋼絞線、壓漿管穿入隔離器支架，并固定鋼絞線、壓漿管及隔離器支架（三者相對定位）。為保證鋼絞線間距，發(fā)揮錨固作用，應合理布置隔離器間距，尤其是內錨段隔離器間距，不宜過大。（5）錨索孔驗收（孔深、孔徑、孔斜、有無塌孔堵塞等）合格后，方可將編好的錨索穿入孔內。安裝時，應注意勻速慢進。若遇到塌孔、錨索觸碰孔壁造成堵孔等情況，應拔出，掃孔后重新驗收。（6）錨索安裝完，應對壓漿管路進行試驗，確保暢通。壓漿前，同樣應對孔口進行防護，并做好外露鋼絞線的保護工作。

2．1．3 錨索灌漿

壓漿一般可采用一次全孔注漿法，即將孔口堵塞后注漿。注漿壓力應根據(jù)孔深、地質條件、漿液參數(shù)、所選注漿設備等設定。為提高工效、改善注漿效果、控制費用，制備漿液時，可添加速凝劑。

注漿時，應將進漿管和回漿管加以區(qū)分（如在管口涂油漆或做成斜面口等），還應密切關注注漿量。注漿量過大時，可能是遇到了巖石破碎段、巖體裂隙等，可改用間隔注漿法，分多次完成注漿。

2．1．4 外錨頭制作及座墊混凝土澆筑

外錨頭施工步驟為：（1）將錨頭基礎清理干凈并夯實。（2）在錨索孔孔口周邊做插筋。插筋插入巖體部分一般不小于0．5 m，用錨固劑錨固，外露0．3 m左右，并應選用合適的鋼筋直徑，以保證外錨頭有足夠的抗拉能力。（3）在插筋上焊接螺紋鋼，構成外錨頭鋼筋（插筋直徑一般不小于22 mm，外錨頭鋼筋一般不大于16 mm）。（4）在孔口部位預埋鋼墊板、錨索孔口套管，安裝墩頭回填注漿管。孔口套管與孔口軸線、錨索應保持同心。

座墊混凝土澆筑時，按外錨頭設計體型支模，模板縫可選用雙面膠、錨固劑等材料填充。支模完成并經驗收合格后，方可澆筑。選用商品混凝土還是自拌混凝土，可根據(jù)實際運輸環(huán)境 （如施工道路通達情況、運距等）、混凝土單次入倉需用量等條件，與相關方商榷。選用自拌混凝土時，應事先做配合比試驗，并將試驗結果報監(jiān)理單位審批?；炷翝仓捎萌斯と雮}手段，用手持式軟軸振搗棒振搗密實。拆模后，將錨頭清理干凈。

2．1．5 錨索張拉

錨索張拉是預應力錨索施工的關鍵工序。張拉前，應做好相關準備工作。如，完善施工平臺，確保張拉設備合格（千斤頂、夾具等應有校驗合格證、率定報告等證明材料）、齊全、完好，準備記錄表格、文件，開展技術交底，邀請相關方旁站等。

張拉器具安裝就位、旁站人員到場后，就可進行錨索張拉。錨索張拉前，應根據(jù)率定報告中的數(shù)值，計算出與錨索各噸級張拉力相對應的壓力表讀數(shù)。張拉過程中，通過油泵壓力表讀數(shù)控制千斤頂對錨索各噸級張拉力。預緊張拉（以下稱“預拉”）和整束張拉（以下稱“整拉”）中的千斤頂和壓力表必須根據(jù)率定報告配套使用。通過對單根鋼絞線預拉，使各單根鋼絞線的初始應力相等。預拉順序遵循 “先心后邊、對稱預拉”原則。預拉時，要特別注意不可遺漏。為此，可采取必要的標記措施，如粘膠條、綁線繩等。預拉完成后，即可實施整拉。整拉應分級加荷。張拉到中間某一噸級上限時，應暫停增大荷載，穩(wěn)定3～5 min后再進行張拉，當達到設計張拉噸級的1．1倍時，停止增大荷載，并在穩(wěn)定20 min后，進行張拉噸級鎖定。鎖定后，在鋼絞線夾具摩擦產生的痕跡處用游標卡尺量測長度，封錨前再次量測，當應力下降到設計噸位以下時，應實施補償張拉。

預應力錨索（束狀鋼絞線）張拉理論伸長值可按下式計算。

式中：△L為理論伸長值，mm；F為張拉力，kN；L為張拉段長，m；A為鋼絞線截面積，mm2；E為鋼絞線彈性模量，MPa（此數(shù)值由鋼絞線生產廠家給定）。

按技術規(guī)范要求，張拉實測伸長值△L實應大95%△L而小于110%△L。

2．1．6 封錨

在張拉 （實施補償張拉的以補償張拉結束時間為起點計）結束7 d后，進行外錨段封孔回填注漿。注漿后，將鎖具以外的鋼絞線切除 （應預留10～20 cm的鋼絞線長度）。外錨頭封錨澆筑施工同座墊混凝土澆筑。

2．2 錨桿邊坡治理技術

錨桿分為中空注漿土錨桿和注漿錨桿，其邊坡治理技術均與錨索邊坡治理技術原理類似，都是通過束狀結構增加邊坡的整體性和抗滑移能力。不同的是，中空注漿土錨桿適用于堆積體等較為松散的邊坡治理項目；注漿錨桿適用于較為完整、堅硬的邊坡治理項目及邊坡危巖體加固處理項目。

2．2．1 中空注漿土錨桿

土錨桿是將焊接鋼管 （Φ48 （51）×3．5（3．0）—3（6））入巖部分分散造孔，并在管身孔口靠邊坡內側部位焊接鋼板倒刺，在鋼管端部焊接圓錐形尖角導頭，這樣制成邊坡加固材料。其施工工序主要包括：土錨桿鉆孔（土錨桿制作）、土錨桿安裝、土錨桿注漿等。也有不注漿的土錨桿，主要用于臨時性支護。

2．2．2 注漿錨桿

注漿錨桿分為普通注漿錨桿和預應力注漿錨桿。普通注漿錨桿的施工工序主要有：鉆孔、清洗、驗孔、錨桿制作安裝、注漿等。對于長度較小的錨桿（一般指長度不大于5 m的），先注漿、后安裝錨桿，或先安裝錨桿、后注漿均可。對于長度較大的錨桿（一般指長度大于5 m的），一般采用先穿錨桿、后注漿的方法施工。

預應力注漿錨桿的主要施工工序有：鉆孔、清洗、驗孔、錨固劑注入及錨桿安裝、孔口找平及鋼墊板安裝固定、錨桿張拉固定和注漿、抗拔試驗（無損檢測）等。該工序施工時應注意以下幾點：（1）鋼墊板及錨桿采用螺栓固定；（2）鋼墊板平面（孔口找平面）與孔軸線垂直；（3）在鋼墊板安裝時，加裝注漿管；（4）錨固劑注入時，應自孔底向孔口注入，注入量應略大于理論注入量。

2．2．3 錨桿束

錨桿束一般是將3根同規(guī)格錨桿和一根注漿管組合使用。其施工工序流程為：錨桿束鉆孔、錨桿束制作及安裝、封孔、注漿。

2．3 混凝土噴射技術

溪洛渡水電站用到的混凝土噴射邊坡治理技術主要有4種：素噴混凝土、錨桿區(qū)噴射混凝土、掛（鋼筋）網噴混凝土和錨桿區(qū)掛網噴射混凝土。素噴混凝土適用于邊坡穩(wěn)定性、整體性較好，無危巖體（但可能存在少量細渣、小石等），且坡面總體呈正坡的部位。錨桿區(qū)噴射混凝土、掛（鋼筋）網噴混凝土和錨桿區(qū)掛網噴射混凝土適用于邊坡整體性、穩(wěn)定性較差，或存在危險性較大的危巖體的邊坡區(qū)域，其具體適用邊坡區(qū)域的風險度依次增大。

對存在風險度較大危巖體的邊坡，可先對危巖區(qū)掛網再施工錨桿，以控制錨桿施工過程中對危巖體的擾動，降低施工風險，減少生產安全事故。

2．4 框格梁、截排水設施（含導水渠、擋水堰等）

框格梁和截排水設施是溪洛渡水電站左岸谷肩堆積體前期實施的主要邊坡治理措施。

框格梁采用現(xiàn)澆混凝土的方法施工，即在谷肩堆積體邊坡上就地制造和安裝鋼筋網格，支模澆筑。施工中，由于混凝土車輛運輸條件不具備，采用的是“現(xiàn)場拌制、人工入倉、手持式軟軸棒振搗”方式。

溪洛渡水電站還在邊坡上、坡腳處大量設置了擋水堰、導水渠、排水溝等截排水設施。擋水堰為鋼筋混凝土重力式堰坎，用以保護堰體下部邊坡和配合導水渠、排水溝等正常排水。導水渠多以明渠形式布置，渠身為現(xiàn)澆鋼筋混凝土。排水溝多為現(xiàn)澆素混凝土，導水渠、排水溝橫斷面為矩形或梯形。另外，溪洛渡水電站還采用了混凝土擋墻、漿砌石擋墻（鋼筋石籠）、架設SNS柔性防護網等邊坡治理措施，以防止遭遇惡劣天氣時發(fā)生滑坡、坍塌、泥石流等自然災害。

3結語

溪洛渡水電站邊坡治理運用了錨桿、噴射混凝土、預應力錨索、網格梁、截排水設施及這些技術的聯(lián)合交叉等。通過各類邊坡治理技術措施的實施，溪洛渡水電站邊坡整體性、穩(wěn)定性明顯增強，開工至今的10年里，未發(fā)生大的坍塌、滑坡、泥石流事件，為確保國有財產安全和參建人員生命財產安全提供了有力保障。該工程是典型的水利工程邊坡治理成功案例，對探索大面積、復雜條件的高邊坡治理技術具有一定的研究價值，對其他水電站，乃至類似建筑工程有較好的借鑒意義。

［1］李克信，胡禮文．溪洛渡水電站左岸進水口天然邊坡預應力錨索施工技術［J］．貴州水力發(fā)電，2011（6）：33-35．

［2］DL／T5083－2004，水電水利工程預應力錨索施工規(guī)范［S］．

［3］ 墨清涵．預應力錨索［EB／OL］．［2013－10－02］．http：／／baike．baidu．com ／link？ url＝H_1vuReb－vrGFOstuJrjzah39 nx9UGCxWkvOLzqYfVApI4sW3B_8tn_Djfl6jF9FszPcO ORjEh－Crg_LwwjWyK.