高陡邊坡危巖體治理技術(shù)

帥 彬

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

楊房溝水電站工程區(qū)兩岸邊坡節(jié)理發(fā)育，淺部巖體卸荷作用明顯，局部巖體松動(dòng)，山脊突出或邊坡陡峻的局部形成了危巖體、危石群，陡崖地段多有危石分布。危巖體的治理一般處于工程建設(shè)的關(guān)鍵線路，直接影響著下部邊坡的開挖安全，因此，有必要對(duì)其治理技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究。筆者根據(jù)危巖體的特征，從失穩(wěn)模式、穩(wěn)定性級(jí)別、危險(xiǎn)性級(jí)別等方面進(jìn)行分類[1-3]，明確其治理的總體目標(biāo)、原則及設(shè)計(jì)方法，并對(duì)其常規(guī)治理方案進(jìn)行對(duì)比分析，提出針對(duì)性的可靠的治理措施、施工方案、應(yīng)急預(yù)案、監(jiān)測預(yù)警等綜合技術(shù)措施。

2 楊房溝水電站樞紐區(qū)危巖體特點(diǎn)

楊房溝水電站危巖分布范圍廣、數(shù)量多、陡崖破碎區(qū)面積大。樞紐區(qū)工程邊坡開挖線以外危巖體共81處，上下游分布范圍從開關(guān)站邊坡至尾水出口邊坡，長度約950 m，高程分布范圍約2 000 ～2 550 m，高差約550 m，其中壩頂高程2 102 m以上危巖體71處。塊體體積最大10 032 m3，最小4.5 m3，大型、特大型危巖體占53%。潛在不穩(wěn)定巖體1處(WY19)，方量66 150 m3。危巖體失穩(wěn)模式以墜落式和滑塌式為主，傾倒式較少。穩(wěn)定性級(jí)別以差為主，個(gè)別穩(wěn)定性極差，危險(xiǎn)性級(jí)別為中等或大。失穩(wěn)模式、穩(wěn)定性級(jí)別、危險(xiǎn)性級(jí)別統(tǒng)計(jì)分別見表1～3。

由于樞紐區(qū)地形陡峭，危巖體位高、坡陡，且分布不集中，導(dǎo)致施工設(shè)備、材料運(yùn)輸困難，施工用風(fēng)、水、電等輔助工程布置難度大，搭設(shè)支護(hù)排架高度大、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，因此其治理工期也相對(duì)較長。

3 危巖體治理總體目標(biāo)、原則及設(shè)計(jì)方法

(1)根據(jù)樞紐區(qū)邊坡危巖體分布、失穩(wěn)模式、穩(wěn)定性、危險(xiǎn)性等主要因素，確定危巖體治理總體目標(biāo)及原則：以確保工程永久運(yùn)行安全，盡可能降低施工期安全風(fēng)險(xiǎn)為總體目標(biāo);遵循按區(qū)段、分重點(diǎn)、全面、有效、安全、經(jīng)濟(jì)的原則[4]。

表1 危巖體失穩(wěn)模式統(tǒng)計(jì)表

表2 危巖體穩(wěn)定性級(jí)別統(tǒng)計(jì)表

表3 危巖體危險(xiǎn)性級(jí)別統(tǒng)計(jì)表

(2)設(shè)計(jì)方法?，F(xiàn)場設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)前移，在施工過程中，借助形成的施工便道對(duì)危巖體范圍、節(jié)理切割情況及產(chǎn)狀、控制性結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)、危巖體穩(wěn)定性等進(jìn)行進(jìn)一步的定性、定量復(fù)核，進(jìn)一步明確每塊危巖體的治理措施。個(gè)性化設(shè)計(jì)：根據(jù)危巖體的位置、類型、變形破壞機(jī)制、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及危險(xiǎn)性分級(jí)、對(duì)樞紐建筑物及施工安全的影響、治理施工條件等因素，以總體治理原則為基礎(chǔ)，針對(duì)各處危巖體分別制定適合其自身?xiàng)l件的個(gè)性化治理方案。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)：通過危巖體監(jiān)測成果分析，評(píng)判危巖體治理效果。對(duì)于變形或應(yīng)力監(jiān)測異常情況，及時(shí)分析，必要時(shí)調(diào)整危巖體的治理措施。

4 危巖體治理措施方案

4.1 治理措施方案比較

危巖體治理基本措施可分為“防”和“治”，“防”包括擋渣墻、主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、安全監(jiān)測等?！爸巍卑ㄩ_挖清除、錨固、截排水、固結(jié)灌漿等。對(duì)各種措施進(jìn)行比較，見表4。經(jīng)綜合比較，對(duì)危巖體主要采用開挖清除、錨固，并根據(jù)具體情況布置排水措施，重點(diǎn)危巖體進(jìn)行安全監(jiān)測；對(duì)坡面隨機(jī)滾石、落石、陡壁危石區(qū)主要采用主動(dòng)、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)；個(gè)體治理措施根據(jù)其具體情況合理選擇。

表4 治理措施方案比較表

4.2 治理措施選擇

根據(jù)楊房溝水電站危巖體特征，經(jīng)綜合分析，明確其治理措施：針對(duì)直接危害工程施工或運(yùn)行、穩(wěn)定性差且開挖后不會(huì)形成次生危巖體的危巖體，采取開挖清除的處理措施；針對(duì)直接危害工程施工或運(yùn)行、穩(wěn)定性差且開挖后坡面仍存在不利于組合塊體的危巖體，采取開挖清除加錨固的處理措施；針對(duì)直接危害工程施工或運(yùn)行、穩(wěn)定性差主要為坡面隨機(jī)掉塊問題，其位于高陡邊坡、陡崖頂部或單薄山脊，不具備條件對(duì)其搭設(shè)排架進(jìn)行錨固的危巖體，首先清除其表層浮渣、碎石等松動(dòng)塊體，然后對(duì)其進(jìn)行主動(dòng)網(wǎng)覆蓋；針對(duì)坡面隨機(jī)掉塊、滾石、落石、浮渣等，采取被動(dòng)網(wǎng)、擋渣墻等進(jìn)行防護(hù)。

5 危巖體施工基本原則

(1)必須嚴(yán)格遵照“自上而下”的原則開展危巖體治理施工，對(duì)有明顯滑動(dòng)和崩塌跡象的危巖體需先進(jìn)行清除或支護(hù)，再進(jìn)行噴錨及柔性防護(hù)系統(tǒng)的施工。嚴(yán)禁在沒經(jīng)過論證確認(rèn)安全的情況下進(jìn)行下一道工序的施工。

(2)對(duì)于開挖(清除)后停滯在坡面的散落塊體，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清理。在危險(xiǎn)地帶應(yīng)設(shè)置明顯的警示標(biāo)志并實(shí)行有效的行人、車輛管制。

(3)對(duì)邊坡開口線附近(3～5 m范圍)的覆蓋層應(yīng)進(jìn)行清理；對(duì)危巖體施工及邊坡施工產(chǎn)生的虛渣、浮石等須及時(shí)清理。

(4)危巖體治理應(yīng)避免在大風(fēng)、雨天施工，在雨季施工，應(yīng)有保證工程質(zhì)量和安全施工的保障措施。在施工過程中，應(yīng)做好施工用水的管理工作，控制施工用水對(duì)坡面巖體穩(wěn)定性的影響；做好開挖坡面周圍及坡面上的排水措施，攔截地表水，注意保護(hù)坡面免受沖刷和侵蝕破壞。在暴雨發(fā)生后，應(yīng)檢查邊坡穩(wěn)定情況，在確認(rèn)邊坡穩(wěn)定后，再進(jìn)行施工作業(yè)。

(5)由于現(xiàn)場調(diào)查的局限性，除已明確的危巖體外，不可避免地存在一些未發(fā)現(xiàn)的危巖體，在施工過程中，發(fā)現(xiàn)的危巖體應(yīng)參照類似危巖體治理措施并按照現(xiàn)場工程師的要求進(jìn)行處理。

(6)主動(dòng)網(wǎng)、被動(dòng)網(wǎng)、擋渣墻等措施實(shí)施后，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)置施工永久通道，以便定期檢查、清理、維修及加固。

6 危巖體施工

對(duì)于危巖體處理，開挖線內(nèi)的危巖體不需要采取專門的工程治理措施，在開挖過程中予以清除即可。而開挖邊坡范圍外的危巖體，則需對(duì)危巖體采取清除、隨機(jī)錨桿、錨筋樁、預(yù)應(yīng)力錨索、噴混凝土、混凝土框格梁、排水孔、主被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、擋渣墻等措施進(jìn)行處理[5]。

根據(jù)施工總進(jìn)度的安排，楊房溝開挖區(qū)外危巖體共分三期進(jìn)行處理。一期處理內(nèi)容：左、右岸壩肩邊坡、左岸尾水出口邊坡開挖線正上方的危巖體治理(即影響前期邊坡開挖施工的部位)及右岸覆蓋層清理；二期處理內(nèi)容：左岸進(jìn)水口、開關(guān)站上部的危巖體治理、右岸上下游圍堰頂部危巖體治理；三期處理內(nèi)容：左右岸其余零星部位危巖體治理。

6.1 危巖體開挖

(1)破碎、零散危巖體處理。破碎、零散的危巖體，采用風(fēng)鎬、鐵鍬清除，清除的部分石渣主要用于危巖體施工便道的加寬填筑，剩余石渣料人工裝袋就近臨時(shí)堆存，堆存到一定量時(shí)采用索吊吊運(yùn)至山腳，再利用汽車運(yùn)至渣場。

(2)危巖體開挖施工。薄層松散覆蓋層，采用風(fēng)鎬、鐵鍬清除。較堅(jiān)硬且體積較大的孤石采用鉆孔爆破的方式進(jìn)行破碎，主要由人工清除，另外WY19等個(gè)別危巖體具備大面開挖條件后，由人工配合機(jī)械清理。左右岸開口線以外截水溝局部存在開挖，由于開挖方量小，爆破方式同孤石一樣解爆。對(duì)于能采用反鏟直接開挖的覆蓋層，若覆蓋層開挖寬度滿足反鏟安全運(yùn)行要求，可采用小型反鏟進(jìn)行開挖。

6.2 危巖體支護(hù)及應(yīng)急處置措施

對(duì)于不能清除的危巖體，采取隨機(jī)錨桿、錨筋樁、預(yù)應(yīng)力錨索(通常1 000 kN即可)、噴混凝土、混凝土框格梁、排水孔、防護(hù)網(wǎng)(GNS2型主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、RX1075型被動(dòng)防護(hù)網(wǎng))、擋渣墻等支護(hù)措施進(jìn)行治理，其主要施工方法與常規(guī)支護(hù)方式類似。由于危巖體分布較廣，處理工程量較大，歷時(shí)周期長，造成相當(dāng)一部分危巖體需要在汛期或雨季進(jìn)行施工，且非雨季期間風(fēng)速又過大，因此可制定應(yīng)急處置措施。

雅礱江流域暴雨一般出現(xiàn)在6～9月，主要集中在7、8兩月，一次降雨過程為3 d左右，主雨段一般多在1～2 d左右，暴雨時(shí)段地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，如山體落石、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。另外，楊房溝多年平均風(fēng)速0.8 m/s，多年平均最大風(fēng)速16.2 m/s，極端最大風(fēng)速24.6 m/s。

首先應(yīng)建立健全危巖體施工安全監(jiān)督管理體系，成立專門的應(yīng)急處置機(jī)構(gòu)，并制定相應(yīng)的分工及工作職責(zé)，對(duì)出現(xiàn)險(xiǎn)情的應(yīng)急啟動(dòng)程序及緊急撤離路線、避險(xiǎn)點(diǎn)等作出明確的規(guī)定。其次，對(duì)危巖體施工的危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)評(píng)價(jià)，對(duì)特殊氣候條件下的施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合分析評(píng)價(jià)制定一系列針對(duì)性措施。

根據(jù)楊房溝邊坡實(shí)際地形情況，結(jié)合避險(xiǎn)要求，經(jīng)過綜合考慮選擇在以下部位布置了應(yīng)急避險(xiǎn)棚：

(1)左岸危巖體邊坡。在20 t纜索吊操作平臺(tái)下游約20 m處、在左岸EL2 490高程壩肩開口線以上邊坡山頂處、在左岸尾水邊坡EL2 170高程平臺(tái)處分別各設(shè)置一個(gè)緊急避險(xiǎn)棚，緊急避險(xiǎn)棚長14 m，寬5.5 m。

(2)右岸危巖體邊坡。在20 t纜索吊EL2 330高程平臺(tái)、Y2-27危巖體靠上游約EL2 400高程處分別各布置一處避險(xiǎn)棚。

以上兩個(gè)部位避雨避險(xiǎn)棚離各施工作業(yè)面相對(duì)較近，且周圍相對(duì)空曠，避開高邊坡及沖溝，相對(duì)于其他位置安全風(fēng)險(xiǎn)較小。避雨棚內(nèi)備足雨衣、雨傘、干糧及常用醫(yī)療藥品等。避雨棚可采用φ48 mm架管搭建，底部埋設(shè)插筋，頂部滿鋪彩鋼瓦，彩鋼瓦四邊采用竹跳板或架管下壓進(jìn)行加固，防止大風(fēng)對(duì)彩鋼瓦造成破壞。避雨棚迎坡面采用竹跳板進(jìn)行安全防護(hù)。

7 危巖體監(jiān)測與預(yù)警

7.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)

截至2020年2月，楊房溝左、右岸危巖體已安裝埋設(shè)的錨桿應(yīng)力計(jì)實(shí)測最大拉應(yīng)力為34.44 MPa，錨索測力計(jì)當(dāng)前實(shí)測荷載介于1 909.28～2 026.90 kN，荷載損失率介于1.31%～4.79%，說明危巖體支護(hù)效果較好。多點(diǎn)位移計(jì)、表面變形測點(diǎn)變形均很小，目前各個(gè)布置觀測的危巖體均較穩(wěn)定。

7.2 預(yù)警模式

表面和巖體內(nèi)部變形是反映危巖體穩(wěn)定情況的重要指標(biāo)，錨桿、錨索支護(hù)受力可以輔助判斷危巖體的穩(wěn)定情況，在實(shí)際操作中，判斷危巖體穩(wěn)定以變形監(jiān)測成果為主，支護(hù)受力為輔的預(yù)警模式。

首先設(shè)定變形觀測警戒指標(biāo)，警戒指標(biāo)選取總變形量和變形速率，分別設(shè)定警戒值，總變形量警戒值取20 mm，變形速率取1 mm/d。

若變形測值超過警戒值，首先，可通過是否超越儀器量程或測值合理范圍初步排除觀測失誤。若未出現(xiàn)上述情況，應(yīng)組織人員進(jìn)行復(fù)測，巡視變形部位，進(jìn)一步排除偶然因素影響。若上述情況皆不存在，則應(yīng)通過查看附近以及其他測點(diǎn)(包括支護(hù)受力監(jiān)測成果)數(shù)據(jù)情況判斷危巖體的整體穩(wěn)定情況。當(dāng)有多個(gè)測點(diǎn)的測值超過警戒值或多個(gè)測點(diǎn)的測值有增大趨勢時(shí)，應(yīng)引起重視，加密監(jiān)測和巡視頻次，必要時(shí)撤離危巖體下部作業(yè)人員。

8 結(jié) 語

楊房溝水電站自然邊坡高陡，邊坡巖石節(jié)理發(fā)育，淺部巖體卸荷作用明顯，局部巖體松動(dòng)，山脊突出或邊坡陡峻的局部形成了危巖體、危石群等，嚴(yán)重威脅下部建筑物、人員及設(shè)備安全。筆者根據(jù)危巖體的特點(diǎn)，對(duì)其分布、失穩(wěn)模式、穩(wěn)定性、危險(xiǎn)性等主要因素進(jìn)行分析，確定了危巖體治理總體目標(biāo)、原則及設(shè)計(jì)方法。通過比較危巖體“防”和“治”的基本治理措施，明確了楊房溝水電站危巖體治理措施的具體方案。通過對(duì)危巖體治理施工技術(shù)、應(yīng)急處置措施及監(jiān)測、預(yù)警等綜合手段的應(yīng)用，成功解決了楊房溝水電站高陡邊坡危巖體穩(wěn)定及安全問題，且通過監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，目前邊坡運(yùn)行安全正常。