周公河沙坪水電站廠房邊坡失穩(wěn)應(yīng)急處理

王 芹，王克生

(中國水利水電第五工程局五分局，成都，610066)

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周公河沙坪水電站廠房邊坡失穩(wěn)應(yīng)急處理

王 芹，王克生

(中國水利水電第五工程局五分局，成都，610066)

周公河沙坪水電站廠房基坑開挖，由于處于泥巖地質(zhì)區(qū)域，邊坡基巖裂隙發(fā)育、巖體呈層狀咬合力差，加之泥巖風化速度快，致使邊坡穩(wěn)定性變差而出現(xiàn)不同程度的裂縫。針對圍繞邊坡處理和基坑進一步下挖施工問題，設(shè)計了邊坡失穩(wěn)的應(yīng)急處理方案，實施中取得了較好效果。

沙坪水電站 廠房邊坡 泥巖地質(zhì) 邊坡失穩(wěn) 應(yīng)急處理

1 概述

沙坪水電站位于青衣江一級支流周公河中下游，地處成都市西南側(cè)雅安市雨城區(qū)沙坪鎮(zhèn)和周河鄉(xiāng)境內(nèi)。水庫正常蓄水位為703m，總庫容0.0286億m3，總裝機容量56MW。本工程為三等中型工程，工程包括主要項目有：大壩、引水隧洞、右岸引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房。

發(fā)電廠房為地面式發(fā)電廠房，裝有兩臺渦殼沖擊式機組，單臺裝機容量28MW，兩臺機組合計發(fā)電流量為120.9m3/s，額定水頭53.2m，最大水頭61.5m。廠房由1#機組、2#機組、安裝間、副廠房等組成，廠房長60m寬40m。

周公河流域?qū)儆谒拇ㄅ璧貋啛釒駶櫄夂騾^(qū)，是全國有名的暴雨區(qū)，多年平均降雨量2085.6mm，年最大降雨量2776.1mm，最大日降雨量215.6mm，6～9月降雨量占全年降水量的62.5%，其余8個月的降水量占37.5%。

工程區(qū)位于川西平原西部邊緣山區(qū)，地處峨眉山與龍門山接壤地帶，巖石軟硬相間，在風化等地質(zhì)引力作用下，易形成單面山、條狀山脊及陡崖地形。第四系松散堆積物廣布于河谷兩岸及河床部位，出露地層主要為寒武系、奧陶系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系等地層。

廠房基坑邊坡高程680.00m～673.00m，為覆蓋層邊坡，673.00m高程以下邊坡揭露巖層為薄～中厚層泥巖，巖層產(chǎn)狀SN，W∠47°，673.00m～668.00m高程邊坡為強風化泥巖層，668.00m高程以下邊坡為微～弱風化泥巖層。

2 泥巖地質(zhì)段邊坡裂縫

廠房基坑邊坡設(shè)計開挖分為4級邊坡3級馬道，具體邊坡開挖支護參數(shù)見表1。

表1 廠房邊坡開挖及支護參數(shù)

說明：A為掛網(wǎng)φ6.5cm@20×20cm；B為噴護C20混凝土厚10cm；C為φ28mm注漿錨桿L=2m，間排距2m，梅花型布置；D為φ28mm注漿錨桿L=9m，間排距2m×4m，φ25mm注漿錨桿L=4.5m，間排距2m×4m，相間布置；E為φ50mm排水孔，L=5m，間排距3m×3m，梅花型布置。

廠房基坑開挖初期邊坡未發(fā)現(xiàn)異常情況，隨后在基坑649.20m高程以下垂直邊坡開挖過程中，相繼發(fā)現(xiàn)廠房右側(cè)及上游側(cè)已支護的669.20m～659.20m高程、659.20～649.20m高程邊坡及669.20m高程、659.20m高程、649.20m高程馬道，均出現(xiàn)不同程度的裂縫，多數(shù)裂縫寬度約5mm。針對這一突發(fā)情況，立即停止了開挖施工，并采用砂漿抹縫，同時定期觀測裂縫發(fā)展情況。在隨后的觀測中發(fā)現(xiàn)，每條裂縫均較快發(fā)展，上游邊坡中有兩條貫穿馬道的裂縫產(chǎn)生突變，最大裂縫寬達250mm。此時，邊坡局部已出現(xiàn)小范圍的垮塌，并有向大范圍垮塌發(fā)展的趨勢。

3 裂縫產(chǎn)生原因分析

沙坪水電站廠房基坑泥巖邊坡開挖后，由于失去原有覆蓋保護，巖體的賦存狀態(tài)發(fā)生變化,原有巖體應(yīng)力釋放,向坡面方向的卸荷回彈變形，巖體應(yīng)力重新分布，致使坡頂原始土體、邊坡巖體有向臨空面位移的趨勢。此時，邊坡穩(wěn)定狀態(tài)中邊坡最大應(yīng)力集中在坡腳。

廠房基坑649.20m～639.20m高程邊坡開挖所揭露巖體為層狀紅色泥巖，層間裂隙發(fā)育，巖層多為順向坡走向，該垂直邊坡開挖后部分巖體產(chǎn)生切腳，坡腳處巖體穩(wěn)定存在隱患；同時泥巖開挖后暴露于空氣中，由于水氣蒸發(fā)，巖體的含水量不斷減少、降低，由于泥巖各層間裂隙發(fā)育，巖體內(nèi)部水份以裂隙為通道，滲向開挖面繼續(xù)蒸發(fā)，巖體含水量進一步減少，并向巖體內(nèi)部更深范圍發(fā)展；加之泥巖的膨脹性特點，巖體失水后，將產(chǎn)生體積收縮，層間裂隙加劇。隨后層間巖面通過裂隙直接暴露在空氣中，蒸發(fā)加劇，使得巖體裂縫進一步發(fā)育，巖體層間咬合力降低，當層間咬合力難以承受邊坡自重應(yīng)力時，從而導致巖體向邊坡臨空面方向發(fā)生滑動變形；與此同時，巖體更加破碎，上、下巖層抗剪強度降低，從而致使巖體整體向臨空面傾倒變形。

廠房邊坡出現(xiàn)大型裂縫，主要就是因為在巖層滑動變形與傾倒變形綜合影響下，向臨空面方向整體推移產(chǎn)生裂縫；小范圍內(nèi)局部垮塌，原因在于邊坡外部巖層已經(jīng)難以承受自重應(yīng)力而滑塌。若該滑動應(yīng)力未能得到及時控制，屆時泥巖邊坡將發(fā)生更大范圍更深程度的失穩(wěn)滑塌。

4 應(yīng)急處理方案研究及確定

針對邊坡大型裂縫處理問題，業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理及施工單位多次組織技術(shù)專家進行現(xiàn)場察勘，召開專題討論會進行分析研究和確定處理方案，會議初步提出以下三種處理方案：

(1)對基坑邊坡減載放緩邊坡坡度，直接削除邊坡已經(jīng)滑動的巖體。優(yōu)點：開挖邊坡放緩后，利于邊坡永久穩(wěn)定，后續(xù)施工安全隱患小。缺點：邊坡放緩必然導致邊坡坡口線外移，勢必會超出征地范圍，原支護邊坡將被破壞，后續(xù)需進行二次支護，成本增加較大；

(2)對新開挖的高程649.20m～639.20m垂直邊坡采用巖渣回填護腳，護腳后進行裂縫區(qū)域固結(jié)灌漿，裂縫邊坡處理完成后再進行基坑二次開挖。優(yōu)點：應(yīng)急處理時間短，成本投入增加較小，原邊坡設(shè)計開挖體型不變，后繼混凝土結(jié)構(gòu)體型可不做調(diào)整。缺點：巖層不穩(wěn)定因素較多，裂縫已經(jīng)形成，灌漿施工難以確?；佑谰梅€(wěn)定，后續(xù)基坑下挖安全風險較大；

(3)邊坡坡腳處澆筑混凝土擋墻護腳，增加鋼筋束臨時加固，后續(xù)采用預(yù)應(yīng)力錨索鎖定邊坡。優(yōu)點：邊坡裂縫應(yīng)急處理快，邊坡永久穩(wěn)定安全系數(shù)高。缺點：混凝土擋墻澆筑施工將侵占開挖結(jié)構(gòu)體型，后續(xù)混凝土設(shè)計結(jié)構(gòu)體型將進行調(diào)整，新增處理項目成本增加適中。

通過對處理方案的技術(shù)難度、成本投入、安全風險等方面的反復(fù)論證和綜合比對，同時借鑒諸多類似工程的成功經(jīng)驗，按安全系數(shù)較大、成本投入適中、應(yīng)急處理較快的原則，最后確定了裂縫處理方案為：混凝土擋墻護腳應(yīng)急處理，鋼筋束臨時加固，后續(xù)預(yù)應(yīng)力錨索鎖定邊坡巖層。

5 應(yīng)急處理施工

邊坡應(yīng)急處理措施實施順序為：先澆筑混凝土擋墻護腳，后增設(shè)鋼筋束臨時加固，再布設(shè)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索鎖定。各項處理措施示意見圖1。

圖1 裂縫處理方案示意

5.1 混凝土擋墻護腳施工

根據(jù)廠房邊坡裂縫分析結(jié)論，為控制邊坡裂縫繼續(xù)發(fā)展，當務(wù)之急是控制滑動應(yīng)力，保證邊坡坡腳應(yīng)力集中部位穩(wěn)固。針對該問題，本工程采用L型混凝土擋墻進行護腳?；炷翐鯄Φ讓?m、高10m，上游側(cè)擋墻腳趾板高4.3m、寬3.5m，右側(cè)擋墻腳趾板高1.5m、寬2.7m，采用C20三級配混凝土沿廠房上游側(cè)、右側(cè)馬道整體澆筑，混凝土擋墻澆筑長度82m，共計約4000m3。

對于邊坡大型裂縫處理，從本工程來看，關(guān)鍵之處在于對基坑坡腳的加固處理，只要及時做到了邊坡坡腳穩(wěn)固，就能有效地控制邊坡滑動變形?；炷翐鯄ψo腳施工工藝簡便、工期短、整體防護效果明顯，混凝土擋墻澆筑還能及時封閉暴露的基巖面，防止巖體風化塌落。

5.2 鋼筋束施工

廠房邊坡護腳擋墻澆筑形成后，巖層整體暫時穩(wěn)定，但擋墻頂面649.20m以上高程的邊坡巖體已產(chǎn)生裂縫，裂縫將對巖體繼續(xù)風化，邊坡臨時穩(wěn)定仍存在安全隱患。本工程采用以下兩點措施進一步加固處理。

(1)采用1∶2水泥砂漿將產(chǎn)生裂縫的邊坡進行統(tǒng)一抹面封閉；

(2)在邊坡頂部出現(xiàn)裂縫部位即廠房上游側(cè)、右側(cè)669.20m～659.20m高程邊坡坡腳659.20m高程馬道布設(shè)一排鋼筋束，鋼筋束間距2m，采用3φ32mm鋼筋點焊而成，單束長9m、外露0.25m，鋼筋束垂直巖面與水平成45°布設(shè)；邊坡中部即649.20m高程馬道布設(shè)一排鋼筋(與659.20m高程馬道所布鋼筋束相同)；邊坡坡腳擋墻混凝土腳趾板部位布設(shè)兩排3φ32mm鋼筋束，鋼筋束間距2m，單束長15m(鋼筋對焊連接)、外露0.1m，垂直巖面與水平成80°布置。上述鋼筋束注漿采用灰砂比為1∶1、水灰比為0.4～0.5，水泥采用P.O42.5型水泥。

鋼筋束均采用注漿鋼筋束，其鋼筋束對裂隙發(fā)育的層面產(chǎn)生了串掛作用，形成了以鋼筋束為中心的加固區(qū)，提高了巖體整體的強度與剛度，其水泥砂漿對破碎巖體產(chǎn)生固結(jié)作用，并對巖層裂縫封填密實，增加了邊坡裂隙間的摩擦阻力，抑制了巖層沉陷位移。

5.3 預(yù)應(yīng)力錨索施工

為充分調(diào)節(jié)和提高邊坡巖體自身強度及穩(wěn)定能力，保證廠房邊坡后期長久穩(wěn)定，在廠房邊坡裂縫臨時穩(wěn)定后，采用裂縫邊坡布設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索鎖定巖層。錨索型式為無粘結(jié)拉壓復(fù)合型錨索，布設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索情況如下。

(1)廠房右側(cè)邊坡，100t共計21根，150t共計10根；

(2)廠房后側(cè)邊坡，100t共計19根。

5.4 裂縫地段變形監(jiān)測

邊坡裂縫加固處理后，為能更好地了解和掌控變形情況，在廠房上游側(cè)及右側(cè)邊坡各增加一個測斜孔INC-1、INC-2，測斜孔孔深29.2m、孔徑φ109mm。自2007年3月開始監(jiān)測以來，廠房裂縫邊坡發(fā)展穩(wěn)定，其相對變形累計位移分別為6.8mm、5.3mm。該變形主要集中在基坑繼續(xù)下挖時段，根據(jù)后期幾個月的連續(xù)觀測，原裂縫邊坡位移已停止，邊坡處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結(jié)語

6.1 在泥巖地質(zhì)條件下基坑開挖，其應(yīng)力集中在坡腳處，特別是在基坑垂直邊坡開挖過程中，巖體切腳現(xiàn)象明顯，邊坡安全穩(wěn)定隱患極大，若有大型裂縫出現(xiàn)，需立即進行坡腳防護處理。根據(jù)工程實例，可選用混凝土擋墻護腳。

6.2 在泥巖地段大型邊坡裂縫處理過程中，護腳防護后至后期加固處理前，該時段因邊坡裂縫問題未處理，安全隱患尚存，為保證該真空期裂縫邊坡臨時穩(wěn)定，可選用鋼筋束分上、中、下部位分區(qū)加固邊坡。鋼筋束長度可隨基坑深度增加而調(diào)整。

6.3 預(yù)應(yīng)力錨索對邊坡后期永久性穩(wěn)定起到了較大的作用，是泥巖地質(zhì)條件下邊坡裂縫處理的一個值得推廣的處理方案。

6.4 在邊坡安全處理后，適當?shù)卦诹芽p區(qū)布設(shè)相應(yīng)的安全監(jiān)測儀器，對處理方案的有效性給予精確評價，能科學掌控邊坡后期的變化情況。

〔1〕劉振波，趙春宏.云南泥質(zhì)邊坡滑塌變形機制及工程措施探討[J].電力勘察設(shè)計，2005，(6).

〔2〕黃海龍，劉金暉，趙新濤.考慮降雨入滲條件下泥巖邊坡穩(wěn)定性研究[J].廣西水利水電，2007，(3).

王 芹(1980.1-)，女，湖北宜昌人，中國水利水電第五工程局有限公司五分局經(jīng)營部，工程師，主要從事水電工程施工技術(shù)和經(jīng)營管理工作；

王克生(1977.11-)，男，青海海東人，中國水利水電第五工程局有限公司五分局總工程師，高級工程師，主要從事水電工程施工技術(shù)管理及經(jīng)營管理工作。

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