金沙江烏東德水電站壩址左岸高位邊坡淺表部塊體加固治理

李冠楠

（中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢西北有限公司，陜西 西安 710061）

金沙江烏東德水電站壩址左岸高位邊坡淺表部塊體加固治理

李冠楠

（中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢西北有限公司，陜西 西安 710061）

對(duì)烏東德水電站左岸纜機(jī)平臺(tái)以上邊坡軟弱結(jié)構(gòu)面相互切割形成的淺表部塊體失穩(wěn)原因進(jìn)行了客觀分析，提出了截、排水，混凝土嵌補(bǔ)，錨噴支護(hù)，安全監(jiān)測(cè)和控制爆破等加固技術(shù)措施，并對(duì)其治理效果進(jìn)行了分析。

金沙江烏東德水電站；邊坡工程；淺表部塊體；加固措施；治理效果

0 引言

高邊坡是指高度大于30m的巖質(zhì)邊坡和高度大于20m 的土質(zhì)邊坡［1-2］。在山區(qū)進(jìn)行水電工程建設(shè)時(shí)，會(huì)不可避免地出現(xiàn)各種類型的高邊坡。由于受到巖體結(jié)構(gòu)面組合影響，在邊坡開(kāi)挖施工中，會(huì)出現(xiàn)塊體失穩(wěn)、滑塌等事故。當(dāng)其中的軟弱結(jié)構(gòu)面組合不利時(shí)，邊坡可能發(fā)生大規(guī)模的變形破壞，影響邊坡的整體穩(wěn)定性。當(dāng)軟弱結(jié)構(gòu)面組合有利于邊坡整體穩(wěn)定時(shí)，邊坡的工程地質(zhì)問(wèn)題主要表現(xiàn)為淺表層塊體的穩(wěn)定性。因此，山區(qū)水電工程在選址時(shí)，要經(jīng)歷長(zhǎng)期、詳細(xì)的地質(zhì)勘探，在區(qū)域地質(zhì)基礎(chǔ)上，對(duì)高邊坡整體穩(wěn)定性做深入、細(xì)致地研究，從而使邊坡的整體穩(wěn)定性能夠得到充分保證。但是，邊坡工程作為一個(gè)復(fù)雜、開(kāi)放的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，在施工過(guò)程中會(huì)遇到各種不可預(yù)知的淺表層塊體，對(duì)這些危巖體若不及時(shí)采取針對(duì)性治理措施，將對(duì)施工人員、設(shè)備安全產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重的還將延誤整個(gè)工期，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。

烏東德水電站位于四川省會(huì)東縣與云南省祿勸縣交界的金沙河上，是金沙江下游河段4個(gè)水電梯級(jí)的第一梯級(jí)，控制流域面積40.61萬(wàn)km2，其樞紐工程為Ⅰ等大（1）型工程。該電站地處青藏高原東南邊緣的川滇山地，金沙江深切于高原面之下，形成典型的深切峽谷。壩址左岸坡頂高程為1 836m，右岸坡肩高程為1630m，自河床起算邊坡高度為830～1 036m，屬超高邊坡。本工程出露的淺表部塊體多數(shù)通過(guò)加強(qiáng)錨固措施，穩(wěn)定性均得到較大改善，但仍有少數(shù)塊體發(fā)生失穩(wěn)破壞。筆者探討了左岸纜機(jī)平臺(tái)以上邊坡淺表部塊體的加固治理措施。

1 烏東德水電站壩址左岸邊坡概況

表1 烏東德水電壩址左岸纜機(jī)平臺(tái)以上邊坡概況T ab.1 Side slope general situation of Wudongde hydropower dam site left bank cable crane platform

烏東德水電站左岸纜機(jī)平臺(tái)以上邊坡治理工程包括出線場(chǎng)邊坡和纜機(jī)平臺(tái)邊坡，出線場(chǎng)邊坡按走向分為上游側(cè)坡、正面坡；纜機(jī)平臺(tái)邊坡按走向分為上游側(cè)坡、正面坡、下游側(cè)坡。各邊坡的具體情況如表1所示。

工程區(qū)淺表層塊體特征主要表現(xiàn)為：（1）方量較大，超過(guò)百方的塊體占統(tǒng)計(jì)數(shù)的82%。（2）出露塊體的穩(wěn)定性相對(duì)較好，多數(shù)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，可采取錨固處理措施予以處理；少數(shù)穩(wěn)定性較差，受外界因素影響較大，發(fā)生失穩(wěn)破壞可能性較大。（3）塊體主要發(fā)育于馬道附近，方量較小的塊體多被清理，對(duì)坡面成型效果影響較大，形成較嚴(yán)重的地質(zhì)超挖，造成馬道成型困難，使坡面整體效果受到影響。（4）隨機(jī)揭露出的淺表層危巖體變形破壞模式主要為崩塌或滑動(dòng)破壞。

2 工程區(qū)地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

烏東德水電站壩址邊坡所處河谷段屬中山峽谷地貌，岸坡高陡、地勢(shì)險(xiǎn)峻，山頂高程為1 836m。以高程1 050～1 200m為界，兩岸岸坡可分為3段。高程1 200m以上，岸坡相對(duì)較緩，平均坡度約為30°～45°，局部坡度較陡。高程1 050～1 200m，局部發(fā)育，為崩滑堆積體形成的緩臺(tái)。高程1 050m以下，河谷狹窄，岸坡陡立，平均坡度約為60°～75°，在形態(tài)上呈現(xiàn)出狹窄的“V”型峽谷嵌套“嶂谷”，地形基本對(duì)稱（如圖1所示）。

圖1 壩址區(qū)地形橫剖面Fig.1 Dam site terrain cross section

2.2 地層巖性

邊坡所處位置為褶皺基底中元古界會(huì)理群地層，主要出露落雪組第二段第二亞段（Pt2l2－2）至第三段第五亞段（Pt2l3－5）地層。Pt2l2－2、Pt2l2－3巖性以灰?guī)r夾大理巖化白云巖為主，Pt2l3－1、Pt2l3－2、Pt2l3－3、Pt2l3－4、Pt2l3－5以灰色厚層灰?guī)r、大理巖、白云巖為主。巖層走向?yàn)?0°～100°近EW向、傾向S、傾角75°～85°，近橫河向展布，陡傾下游。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

邊坡所處位置主要構(gòu)造形跡有斷層、裂隙。斷層總體不發(fā)育，主要發(fā)育兩組裂隙，一組為260°∠40°～60°的中傾角優(yōu)勢(shì)裂隙，另一組為90°∠10°～30°的緩傾角裂隙，僅在局部出露。

2.4 風(fēng)化卸荷特征

工程區(qū)沒(méi)有典型意義上的風(fēng)化現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為裂隙性風(fēng)化。風(fēng)化作用為沿裂隙、層面及層間剪切帶的風(fēng)化蝕變或褪色現(xiàn)象。卸荷作用整體相對(duì)較弱，卸荷變形輕微，局部卸荷作用較強(qiáng)。

2.5 水文地質(zhì)條件

貯存于落雪組巖體中的地下水主要為巖溶裂隙水，地下水位埋深均較大，埋深一般為150～250m，對(duì)邊坡影響較小。

3 失穩(wěn)原因分析

3.1 臨空面卸荷裂隙影響

邊坡的開(kāi)挖是一個(gè)卸荷回彈的過(guò)程，巖體自然平衡狀態(tài)會(huì)遭受破壞。就本工程邊坡而言，在自然邊坡體型設(shè)計(jì)線附近，局部邊坡巖體向臨空方向已產(chǎn)生明顯的松弛變形，是受卸荷影響較嚴(yán)重的區(qū)域。其下界面為近似平行岸坡的張開(kāi)裂隙。這些卸荷裂隙與層面等結(jié)構(gòu)面相互組合切割，在坡面上形成穩(wěn)定性相對(duì)較差的塊體。

3.2 局部溶蝕及地表水滲流影響

受巖性影響，邊坡深部巖體在局部發(fā)育溶蝕現(xiàn)象。其中，沿層面及卸荷裂隙溶蝕現(xiàn)象較明顯，多充填了泥鈣質(zhì)或泥質(zhì)，使巖體整體性、強(qiáng)度均降低。此外，這些裂隙會(huì)成為地表水、施工用水進(jìn)入坡面深層的潛在通道。降雨入滲會(huì)導(dǎo)致邊坡孔隙水壓力的暫時(shí)升高，塊體顆粒間有效應(yīng)力、黏聚力均會(huì)出現(xiàn)很大程度的降低。此種變化會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)裂隙的擴(kuò)展，漸進(jìn)性破壞巖體的整體性，使邊坡發(fā)生破壞。因此，它往往是邊坡失穩(wěn)的重要誘發(fā)因素。

3.3 系統(tǒng)支護(hù)未得到及時(shí)有效實(shí)施

本工程每級(jí)邊坡高15m，實(shí)際開(kāi)挖高度為每級(jí)13.5m，預(yù)留1.5m保護(hù)層。待開(kāi)挖、出渣完成后，搭設(shè)腳手架進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù) （包括淺層支護(hù)及深層支護(hù)）。由于施工場(chǎng)地相對(duì)較狹小，每級(jí)邊坡爆破完成后，出渣時(shí)間較長(zhǎng)，加之現(xiàn)場(chǎng)各工序銜接不緊密，使系統(tǒng)支護(hù)未能及時(shí)有效地進(jìn)行，系統(tǒng)支護(hù)較開(kāi)挖施工相對(duì)滯后，使已開(kāi)挖巖面暴露時(shí)間較長(zhǎng)，增加了塊體失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 爆破振動(dòng)的影響

在進(jìn)行高程1 076.5 m爆破時(shí)，在爆區(qū)后高程1 090.0m、1 105.0m、1 120.0m 3級(jí)馬道基巖表面布置振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（如圖2所示），進(jìn)行爆破過(guò)程的監(jiān)測(cè)。通過(guò)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，本次爆破區(qū)最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為15.44 cm／s。本工程邊坡開(kāi)挖技術(shù)要求規(guī)定，上一臺(tái)階坡腳的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)為15.00 cm／s。所以，本次爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度超過(guò)了控制標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合爆破振動(dòng)的波形及爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，振動(dòng)超標(biāo)是由主爆孔單段藥量過(guò)大引起的。

圖2 振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置Fig.2 Vibration monitoring point arrangement

4 加固治理技術(shù)

從工程實(shí)際出發(fā)，根據(jù)短期應(yīng)急加固與長(zhǎng)期綜合治理相結(jié)合的思路，采取了以下措施。

4.1 防滲和排水措施

遵循治坡先治水原則，需要一方面盡量減少地表水向邊坡巖體的滲透，另一方面及時(shí)排除邊坡巖體中的地下水。本工程邊坡主要的截、排水措施包括：（1）邊坡體型設(shè)計(jì)線以外、坡面頂部的寬大裂隙，采用M25沙漿進(jìn)行回填灌漿，以便降低地表水下入滲量。（2）邊坡體型設(shè)計(jì)線以外一定范圍（3～5m），修砌截水溝，采用C20混凝土對(duì)截水溝至體型設(shè)計(jì)線位置進(jìn)行噴護(hù)，定期清理截水溝，以保證排水暢通。（3）每級(jí)邊坡底部巖體臺(tái)階以上1m位置處，布設(shè)一排孔深為9m、孔徑為91mm的深排水孔。其余部位，排水孔深為6m，孔徑為56mm，孔間距為4m× 4m，仰角為10°。

4.2 混凝土嵌補(bǔ)

對(duì)于滑塌部位所形成的凹腔，首先清順坡型，在倒懸部位采用強(qiáng)度等級(jí)為C25的二級(jí)配混凝土進(jìn)行貼坡澆筑，使超挖部分滿足設(shè)計(jì)體型要求。澆筑混凝土前，先布設(shè)插筋（直徑為25mm、長(zhǎng)度為2m，外露長(zhǎng)度為1m，間排距為1m×1m），并在澆筑嵌補(bǔ)部位預(yù)埋回填灌漿管，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，再采用M25沙漿回填灌漿。

4.3 錨噴支護(hù)

4.3.1 隨機(jī)錨固

在危巖體影響部位周邊實(shí)施隨機(jī)錨固。高程1 082m、1 080m處布設(shè)2排直徑為28mm、長(zhǎng)度為9 m的錨桿。錨桿間距為2 m、傾角為10°。高程1 095m、1 086m、1 084m處布設(shè)3排直徑為28mm、長(zhǎng)度為12 m的錨筋樁。錨筋樁間距為2 m、傾角為10°。高程1 092m、1 088m處布設(shè)2排長(zhǎng)度為40m、張拉噸位為2 000 kN的錨索。錨索間距為5m、傾角為15°、方位角為NE61.6°。

4.3.2 系統(tǒng)錨桿（索）加固

按原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行邊坡系統(tǒng)支護(hù)施工。系統(tǒng)錨索（桿）的布置情況為：開(kāi)口線以下1m處，布設(shè)2排直徑為28mm、長(zhǎng)度為9m、間排距為1m×1m的鎖口錨桿；在鎖口錨桿以下布設(shè)直徑為25mm、長(zhǎng)度為6m、間距為2m×2m的系統(tǒng)錨桿。開(kāi)口線以下布設(shè)張拉噸位為2 000 kN、長(zhǎng)度為30m（錨固段長(zhǎng)度8m）、間排距為5m×6 m的預(yù)應(yīng)力錨索。

4.3.3 調(diào)整系統(tǒng)錨桿參數(shù)

滑塌部位嵌補(bǔ)完成后，將周邊受影響區(qū)域的系統(tǒng)錨桿參數(shù)調(diào)整為：直徑為32mm、長(zhǎng)度為12m m、間排距為1.5m×1.5m。

4.3.4 坡面防護(hù)

對(duì)已開(kāi)挖的坡面進(jìn)行素噴及掛網(wǎng)噴護(hù)。素噴混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，噴射總厚度為12 cm。在此基礎(chǔ)上，掛設(shè)直徑為6.5mm、間距為20 cm×20 cm的單層鋼筋網(wǎng)，進(jìn)行網(wǎng)噴防護(hù)。到有效加固，坡面整體穩(wěn)定性得到保證。

4.4 安全監(jiān)測(cè)和爆破控制

邊坡安全監(jiān)測(cè)包括施工安全監(jiān)測(cè)、處治效果監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。本工程在高程1 090～1 075m段正常布設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)、預(yù)應(yīng)力錨索測(cè)力計(jì)和錨桿應(yīng)力計(jì)等施工安全監(jiān)測(cè)設(shè)備。在危巖體部位（高程1 088m），增設(shè)錨索測(cè)力計(jì)1臺(tái)，用于監(jiān)測(cè)塊體變形狀況，以掌握邊坡變形動(dòng)態(tài)。

巖質(zhì)邊坡開(kāi)挖爆破會(huì)使淺表層塊體巖石的剪應(yīng)力增加，結(jié)構(gòu)面裂隙擴(kuò)展和延伸，甚至產(chǎn)生新的爆破裂紋和微裂隙，降低結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，松動(dòng)淺表層塊體，對(duì)馬道附近塊體的穩(wěn)定性極其不利［3］。因此，在巖質(zhì)邊坡的開(kāi)挖中，采用預(yù)裂爆破、光面爆破、減震爆破等控制爆破技術(shù)，合理設(shè)定爆破震動(dòng)安全判據(jù)和控制標(biāo)準(zhǔn)，在滿足爆破效果的前提下，最大限度削弱和減少爆破振動(dòng)對(duì)邊坡巖體的影響。

5 加固治理效果分析

（1）變形位移量分析。多點(diǎn)位移計(jì)一個(gè)月的觀測(cè)數(shù)據(jù)如圖3所示。由圖3可知，孔口最大位移量為0.24mm，最小位移量為-0.06mm，監(jiān)測(cè)值月變幅較小，最大變形量在可控范圍內(nèi)。

（2）錨索受力分析。位于高程1088m的BGK4900型錨索測(cè)力計(jì)設(shè)計(jì)荷載為2 000 kN，鎖定張拉荷載為2 028.5 kN，卸載后荷載為1 792.7 kN。一個(gè)半月的觀測(cè)數(shù)據(jù)如圖4所示。由圖4可知，卸壓之后，錨索測(cè)力計(jì)的應(yīng)力值在逐漸減小，期間出現(xiàn)的數(shù)據(jù)波動(dòng)，主要是受到其他部位爆破的影響，錨索錨固力維持在1 700 kN。

綜上所述，通過(guò)以上措施的實(shí)施，危巖體部位得

圖3 多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)成果Fig.3 Multipoint displacement monitoring results

圖4 錨索測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)成果Fig.4 Anchor cable dynamometer monitoring results

6 結(jié)語(yǔ)

邊坡開(kāi)挖后，因荷載的變化及爆破振動(dòng)影響，應(yīng)力狀態(tài)會(huì)隨之調(diào)整，在結(jié)構(gòu)面相互切割部位易產(chǎn)生塊體失穩(wěn)破壞，尤其是受軟弱結(jié)構(gòu)面控制的淺表層危巖體。因此，施工中在做好邊坡整體防護(hù)的同時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注此類塊體，并靈活、綜合運(yùn)用各種加固治理措施。同時(shí)，結(jié)合施工期安全監(jiān)測(cè)對(duì)加固效果進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，才能保證塊體穩(wěn)定，獲得安全、經(jīng)濟(jì)的綜合效益。

［1]黃潤(rùn)秋.巖石高邊坡發(fā)育的動(dòng)力過(guò)程及其穩(wěn)定性控制［J］.巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27（8）：1526-1544.

［2]王恭先.高邊坡設(shè)計(jì)與加固問(wèn)題的討論［J］.甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，15（8）：5-9.

［3]呂淑然.露天臺(tái)階爆破地震效應(yīng)［M］.北京：首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)出版社，2007:123-125.

[責(zé)任編輯 楊明慶]

TV731.11

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10.13681／j.cnki.cn41-1282／tv.2017.01.002

2016-10-21

李冠楠（1985-），男，工程師，碩士，主要從事水電工程地下洞室、高邊坡穩(wěn)定性及加固治理等方面的工作。