苗尾水電站失穩(wěn)邊坡變形加固處理措施應(yīng)用

(中國(guó)人民武裝警察部隊(duì) 水電第一支隊(duì)，河北 唐山 063000)

1 工程概況及地質(zhì)條件[1]

苗尾水電站是瀾滄江上游河段一庫(kù)七級(jí)開(kāi)發(fā)梯級(jí)電站中最下游一個(gè)梯級(jí)，為一等工程，永久性主要水工建筑物為1級(jí)建筑物，次要建筑物為3級(jí)建筑物。苗尾水電站開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，電站正常蓄水位 1 408.00 m，相應(yīng)庫(kù)容 6.60億m3，電站裝機(jī)容量1 400 MW。樞紐工程主要由礫質(zhì)土心墻堆石壩、溢洪道、沖沙兼放空洞、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房和灌溉取水口等建筑物組成。

2013年5月27日，右壩基上游1 384～1 340 m高程邊坡發(fā)生淺層塌滑，滑塌體厚度1～3 m，長(zhǎng)度約45 m，垂直高度約18 m，塌滑方量250～300 m3。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘，垮塌部位上方出現(xiàn)多條裂縫，主要位于大壩右岸上游1 450～1 390 m高程小溜槽溝下游，水平深度約30 m、寬度約30 m 的山脊范圍內(nèi)，坡面裂縫分布及發(fā)展示意詳見(jiàn)圖1，其中壩頂1 414.8～1 397.2 m高程段壩基邊坡開(kāi)挖已完成并通過(guò)驗(yàn)收。坡面裂縫單個(gè)長(zhǎng)度不大于6 m，一般為1～2 m，寬度多小于2 cm，最大寬度15 cm，深度一般不大于1 m，其中1 450～1 490 m高程變形豎直深度5 m。

圖1 坡面裂縫分布及發(fā)展示意

大壩右岸壩基上游堆石區(qū)邊坡1 348 m高程以上表層主要為崩坡積碎石土，心墻基礎(chǔ)上游側(cè)邊坡為傾倒變形巖體，邊坡內(nèi)局部強(qiáng)卸荷，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖體破碎。右岸壩基變形不穩(wěn)定山體邊坡位于大壩心墻上游至小溜槽溝之間的堆石區(qū)邊坡，邊坡較為平順，中上部1 390 m高程以上自然邊坡較陡，為50°～65°，基巖裸露為薄層砂巖、絹云板巖，巖性較為軟弱。1 390 m高程以下地形較緩，多為30°～40°，為崩坡積礫石土，厚約5～21 m。中上部1 410 m高程以上傾倒變形較為明顯，以下為強(qiáng)傾倒變形，水平深度B1類為29～67 m，B2類64～101 m。不穩(wěn)定山體變形邊坡地質(zhì)剖面詳見(jiàn)圖2。

圖2 不穩(wěn)定山體變形邊坡地質(zhì)剖面

2 邊坡塌滑原因分析

壩址區(qū)岸坡巖體為絹云板巖傾倒變形、變質(zhì)石英砂巖構(gòu)成的反傾板狀地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種反傾板狀結(jié)構(gòu)往往形成傾倒體，右岸壩基邊坡傾倒變形產(chǎn)生的拉張節(jié)理及層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶發(fā)育，巖體破碎。右岸上游壩基1 309～ 1 510 m高程段為崩坡堆積體，巖體質(zhì)量差，在壩基邊坡開(kāi)挖過(guò)程中易出現(xiàn)局部的傾倒型崩塌，邊坡局部的塌滑變形擴(kuò)展引發(fā)上部巖體傾倒變形加劇。

3 加固技術(shù)方案[2]

總體考慮分期、分區(qū)實(shí)施，確保安全的原則。對(duì)于傾倒變形邊坡，首先采用錨索做好邊坡的“束腰”設(shè)計(jì)，控制進(jìn)一步開(kāi)裂變形。在啟動(dòng)“束腰”處理的同時(shí)，在邊坡滑塌部位下方采用堆渣進(jìn)行壓坡護(hù)腳，其他部位采用錨拉板或框格梁+預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固，頂部使用防滲粘土填充裂縫，同時(shí)設(shè)置坡面截水溝避免降雨浸透。通過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)勘察及治理方案研討，采用“底部先行壓渣護(hù)腳，坡頂設(shè)置坡面截水溝，對(duì)山體裂縫進(jìn)行充填封堵，對(duì)拉裂坡面設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索+錨筋束+錨拉板+網(wǎng)格梁+坡面排水系統(tǒng)”的綜合支護(hù)方案，治理范圍包含Ⅰ(1 304～1 328 m高程)、Ⅱ(1 320～1 348 m高程)、Ⅲ(1 348～1 415 m高程)、Ⅳ(1 440～1 450 m高程)、Ⅴ(1 485～1 490 m高程)區(qū)坡面。右壩基加固處理分區(qū)示意詳見(jiàn)圖3。

圖3 右壩基加固處理分區(qū)示意

4 加固處理措施[3]

(1)截排水系統(tǒng)。在1 500 m高程邊坡設(shè)置坡面截水溝，下游與右壩頭截水溝連接，溝底設(shè)2%坡度，匯水排至上游小溜槽。

(2)防滲粘土封閉。為防止雨水入侵坡內(nèi)對(duì)邊坡穩(wěn)定造成影響，采用防滲黏土對(duì)山體裂縫進(jìn)行封堵。

(3)坡腳堆渣壓坡。在右壩基上游堆石區(qū)邊坡塌滑部位下方采用堆渣進(jìn)行壓坡鎮(zhèn)腳。同時(shí)利用堆渣體作為上部錨固支護(hù)的施工平臺(tái)。平臺(tái)高程1 330 m，寬15 m，水平長(zhǎng)度約78 m，并沿內(nèi)側(cè)坡面形成一條頂寬6 m、坡度為12%的施工道路，堆渣填筑方量約為 10.8萬(wàn)m3。

(4)錨桿、錨筋束。錨桿規(guī)格為φ25，L=4.5 m，主要用于主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)固定；錨筋束規(guī)格為3φ28，L為4.5或9.0 m，主要用于施工排架、作業(yè)平臺(tái)加固；錨筋束規(guī)格為3φ25，L為6.0或12.0 m，主要用于部分坡面淺層支護(hù)。

(5)噴射混凝土。III1區(qū)主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)區(qū)域素噴厚15 cm，C25混凝土坡面防滲；III2區(qū)局部區(qū)域采用素噴厚5 cm，C25混凝土坡面防滲。

(6)預(yù)應(yīng)力錨索。右壩基變形體加固工程錨索分5個(gè)區(qū)域施工，分別為I、II、III(III1、III2)、IV、V區(qū)(含1 475 m高程區(qū)錨索)，錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度分別為40.0，50.0 m和 60.0 m，設(shè)計(jì)噸位為2 000，1 500 kN和1 000 kN。

(7)固結(jié)灌漿。右壩基邊坡1 303～1 348 m高程之間錨拉板區(qū)域采用固結(jié)灌漿加固處理，固結(jié)孔深20.0 m，孔間距 4.0 m×4.0 m，布置于錨索方格中心，水平鉆孔，孔徑φ為70 mm。

(8)坡面排水孔。綜合考慮邊坡地下水位上升的影響，坡面排水孔按照水位分3個(gè)部分施工： ①正常蓄水位以上區(qū)域。1 408 m高程正常蓄水位以上排水孔采用長(zhǎng)短結(jié)合，布置形式為φ100，L為10.0m或20.0 m，內(nèi)插φ80PVC排水花管，內(nèi)端包土工布，排拒 8.0 m(高差)，孔距 4.0 m，矩形布置于錨索框格中心。②水位變幅區(qū)。1 398～1 408 m高程水位變幅區(qū)采用深排水孔，布置形式為φ130，L為30.0 m，內(nèi)插φ100不銹鋼排水花管，外包反慮鋼絲網(wǎng)，排距4.0 m(高差)，孔距8.0 m，矩形布置于錨索框格中心。 ③死水位以下區(qū)域。死水位1 398 m高程以下排水孔采用長(zhǎng)短結(jié)合，布置形式為φ65，L為8.0 m；φ100，L為15.0 m，分別內(nèi)插φ50和φ80PVC排水花管，內(nèi)端包括土工布，排距 8.0 m(高差)，孔距 4.0 m，矩形交替布置于錨索框格中心。

(9)混凝土施工。I、II區(qū)范圍內(nèi)布置錨拉板，III、IV、V區(qū)布置混凝土錨墩墊板和錨索聯(lián)系梁混凝土。錨拉板混凝土為C20 F100W8，厚度100 cm，錨拉板設(shè)置施工縫，施工縫間距12.0 m×12.0 m，板內(nèi)雙層雙向布置φ20@12 cm×12 cm鋼筋，鋼筋保護(hù)層厚度10 cm，鋼筋穿過(guò)施工縫；錨墩墊板混凝土為C30混凝土和錨索聯(lián)系梁混凝土為C25 F100W8。

5 安全技術(shù)措施

(1)新增臨時(shí)邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行表面變形、位移、裂縫開(kāi)合度、應(yīng)力等監(jiān)測(cè)。右壩基變形體布置永久表面變形觀測(cè)點(diǎn)8個(gè)、臨時(shí)表面變形觀測(cè)點(diǎn)37個(gè)；多位位移計(jì)12套、錨索測(cè)力計(jì)20套(5臺(tái)1 000 kN，15臺(tái)1 500 kN)；裂縫計(jì)7支。

(2)在高高程裂縫發(fā)育區(qū)設(shè)主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，施工主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)前對(duì)塌滑區(qū)及開(kāi)口線上部土坡進(jìn)行人工清坡處理，并對(duì)邊坡表層破碎巖體進(jìn)行清除。

6 加固處理成果分析

按照施工方案實(shí)施右壩基變形體加固處理，累計(jì)表面變形測(cè)點(diǎn)水平位移量最大為 46.9 mm(高程1 401m部位)，累計(jì)沉降變形量最大為 27.2 mm(高程1 401 m部位)，表面變形測(cè)點(diǎn)各方向位移變化較??；多點(diǎn)位移計(jì)位移變形量介于-14.9～51.84 mm之間，多點(diǎn)位移計(jì)變化平穩(wěn)；錨索測(cè)力計(jì)荷載介于146.8～1 514.2 kN之間，荷載呈波動(dòng)或下降趨勢(shì)。監(jiān)測(cè)成果表明，右壩基變形邊坡總體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

7 結(jié) 語(yǔ)

邊坡變形加固處理按照既定方案穩(wěn)步快速實(shí)施，前后歷時(shí)5個(gè)月，整個(gè)施工過(guò)程緊張、有序，未發(fā)生任何安全、質(zhì)量事故。經(jīng)過(guò)后期2個(gè)月的監(jiān)測(cè)、觀察，未發(fā)現(xiàn)邊坡繼續(xù)呈開(kāi)裂變形趨勢(shì)，說(shuō)明處理方案可行，處理效果達(dá)到了預(yù)期“安全、快速、節(jié)約”的目的。傾倒變形失穩(wěn)邊坡應(yīng)以“底部先行填渣護(hù)腳，系統(tǒng)排水孔+錨筋樁+錨拉板或框格梁+預(yù)應(yīng)力錨索”加固為主要方式，做好“束腰”設(shè)計(jì)。對(duì)于后期庫(kù)區(qū)蓄水有影響的失穩(wěn)傾倒變形邊坡，其加固方式還必須綜合考慮邊坡地下水位上升的影響。苗尾水電站右壩基邊坡變形加固處理方法對(duì)同類型邊坡變形處理有一定借鑒作用。