大渡河沙灣水電站右岸高邊坡工程處理

李永清

(四川省水利規(guī)劃研究院，成都，610072)

1 工程簡況

大渡河沙灣水電站位于四川省樂山市沙灣區(qū)大渡河干流葫蘆鎮(zhèn)河段，為大渡河干流下游梯級開發(fā)中的第一級，樞紐區(qū)上游11.5km為已建的銅街子水電站，下游為安谷水電站。該工程以發(fā)電為主，兼顧灌溉和航運功能。電站裝機容量4×120MW，設計引用流量2203.2m3/s，屬Ⅱ等大(2)型工程。

工程采用一級混合開發(fā)方式，即河床式電站加長尾水，樞紐大壩壅水高15.5m，廠下接長9015m的尾水渠，利用落差14.5m。

工程于2010年完工，右岸高邊坡無異常狀況出現(xiàn)，運行良好。

2 右岸高邊坡特征

2.1 右岸高邊坡平面分布

右岸高邊坡，位于廠房安裝間、右岸接頭壩、GIS設備室，以及進廠、上壩公路的右側，順水流方向從壩軸線上游290m(沫江堰進水口)至壩軸線下游630m，共約920m，距離廠房最近38m。

2.2 右岸高邊坡地質特征

右岸高邊坡地形陡峭，相對高差190m～230m，地質現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖石的風化、卸荷及崩塌。

據在右岸邊坡中下部PD3、PD4號平硐揭示，段內巖體強卸荷帶水平寬度18m～23m，淺表局部邊坡巖體較破碎，存在被裂隙切割的小型楔形體的穩(wěn)定問題，且陡崖地段巖體卸荷作用較為強烈，對邊坡穩(wěn)定影響較大。

中部510m～605m高程范圍內，邊坡相對較為平緩，自然坡角以40°～55°為主，部份地段70°～80°，地表分布第四系全新統(tǒng)崩、坡積(Q4col+dl)和坡、殘積(Q4dl+el)堆積之孤塊石夾粘土層，厚0.5m～4.0m，孤塊石直徑最大約3.0m，均為上部邊坡自然崩(垮)塌之巖石，且架空現(xiàn)象較為嚴重，結構較為松散，在天然狀態(tài)或大氣降水作用下常產生墜落，穩(wěn)定性差，將嚴重危及電站廠房及交通安全。

上部605m～637m段，地形陡峭，局部呈直立狀，基巖裸露，坡頂山體較為單薄，兩側臨空高度較大，巖體風化嚴重，強風化帶厚9m～12m，段內巖石破碎，強度較低，卸荷裂隙較發(fā)育，完整性較差，邊坡坡面被裂隙切割的強風化巖石在自重作用下極易產生墜落或崩塌，危及下部廠房及建筑物的安全。

3 加固設計方案

3.1 加固設計的必要性

結合右岸高邊坡實際地形地質情況，考慮到其與廠區(qū)相互位置關系，上游有沫江堰進水口，下游有上壩和進廠公路，且高邊坡緊鄰大壩樞紐以及廠房等建筑物，距離廠區(qū)最小距離僅有38m，另外施工過程中其下部局部需要開挖廠房深基坑(最大開挖深度約65m)，對工程的長期安全運行、施工存在安全隱患，因此設計對其失穩(wěn)或飛石可能對樞紐建筑物有安全隱患的0-072～0+168(以壩軸線為0+000樁號，上游為負、下游為正)段采取必要的清坡和加固處理措施。

3.2 加固設計方案

高程510m以下，對卸荷帶進行預應力錨索處理，主要參數(shù)：長度42m、拉拔力1000kN，95根，間排距8m×8m，菱形布置。處理范圍：從壩軸線上游0-004m至壩軸線下游0+108m共112m長(主要為鄰近廠房安裝間、副廠房、主變等)、高度約445m～493m。錨索鋼絞線7根，抗拉強度級別1860N/mm2，公稱直徑15.24mm。

中部高程510m～605m范圍內，邊坡相對較為平緩，對覆蓋層采取清坡處理，對下伏強風化基巖進行噴錨支護，設計噴C20混凝土厚10cm(不掛鋼筋網)、15cm(掛鋼筋網)，掛網鋼筋為φ6.5mm@20×20cm、φ8mm@20cm×20cm兩種。φ25錨桿(長度6m、9m等)，間排距3m×3m，菱形布置，設計拉拔力150kN。

高程605m～637m段，段內地形陡峭，采取削坡或噴錨支護等工程處理措施，削坡坡比1∶0.5，在削坡坡底高程605.00m馬道設排水溝，噴C20混凝土厚10cm，φ25錨桿(長度3m、6m)，間排距3m×3m，菱形布置。

4 加固設計計算

4.1 邊坡等級及規(guī)范安全系數(shù)

根據相關規(guī)范，影響2級、3級水工建筑物安全的邊坡為Ⅱ級；影響4級、5級水工建筑物安全的邊坡為Ⅲ級。在樁號0-004至0+108之間的高邊坡坡腳下，布置有接頭壩、安裝間、副廠房及主變等2級水工建筑物，此范圍內的邊坡為Ⅱ級；而樁號0-004以上坡腳下為鄉(xiāng)村公路等建筑物，樁號0+108以下為廠外集水井、絕緣油室及進廠公路等，邊坡部分失穩(wěn)對其正常運行僅有一定的影響，根據規(guī)范此范圍內邊坡級別可以降低一級。但考慮到高邊坡為一整體，破壞模式一致且對工程樞紐影響范圍(順水流方向)僅240m，因此均按Ⅱ級設計，規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)詳見表1。

表1 右岸高邊坡級別及規(guī)范安全系數(shù)

4.2 邊坡巖層計算參數(shù)

根據地層巖性、地質構造、巖溶及水文地質等條件，地質專業(yè)提出如下物理力學參數(shù)。

表2 巖層參數(shù)

圖1 計算剖面地質分層

4.3 邊坡穩(wěn)定計算

4.3.1 抗傾穩(wěn)定計算(剛體極限平衡法)

由于高邊坡僅在地震荷載作用下才會產生傾覆問題，因此抗傾復核僅計算地震工況，水平地震加速度取0.124g。按沿裂隙、強卸荷帶及軟弱夾層推測可能發(fā)生傾覆的塊體進行抗傾覆計算。

計算可知，在地震工況下，邊坡天然狀態(tài)沿強卸荷帶、沿L2卸荷裂隙可能傾覆巖體的抗傾安全系數(shù)如表3，大于規(guī)范規(guī)定值。

表3 天然狀態(tài)計算抗傾安全系數(shù)

4.3.2 抗滑穩(wěn)定計算(有效應力—摩根斯頓-普萊斯法)

抗滑穩(wěn)定計算采用河海大學水工計算軟件HH-Slope，分別計算了沿強卸荷帶、沿L2卸荷裂隙、沿強卸荷帶和L2卸荷裂隙組合滑裂面三個可能滑裂面，在施工期(短暫工況)、正常運行期(持久工況)、正常運行期+地震(偶然工況)三種工況下的穩(wěn)定安全系數(shù)。

圖2 正常運行期+地震工況下加錨索時抗滑安全系數(shù)

表4 右岸高邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果

通過計算可知，右岸高邊坡0-72～0+168段，通過采取工程措施加固處理后，其穩(wěn)定安全系數(shù)在各種工況下均滿足規(guī)范要求。

5 噴錨支護、錨索施工以及質量檢測

5.1 噴錨支護施工以及質量檢測

先進行錨桿施工，之后進行噴混凝土施工。在錨桿孔鉆孔前，先進行工作面松動巖塊及碎石的清理。錨桿采用先注漿后插桿方式，注漿機注漿。

噴射混凝土施工采用干噴法，噴射機型號為TK500。噴射混凝土施工前，先用高壓風水槍對巖面進行沖洗，以清除松動巖塊及碎石并保持巖面的清潔，對遇水易泥化的巖層，采用高壓風清掃。受噴面有較集中滲水時，做好排水引流處理；無集中滲水時，根據巖面的潮濕程度，適當調整水灰比。做好噴射厚度檢查標志。掛網噴射混凝土的部位，鋼筋網安設到離噴護面5cm的位置處，并與錨桿進行焊接。噴護施工完畢后，灑水養(yǎng)護28d。

通過檢測，噴錨支護施工質量滿足設計和規(guī)范要求，檢測成果統(tǒng)計詳見表5、表6、表7。

表5 噴混凝土抗壓強度檢測成果

表6 錨桿拉拔試驗及無損密實度檢測成果

表7 錨桿砂漿抗壓強度檢測成果

5.2 預應力錨索施工

錨索錨固段灌漿凈漿強度等級M35，錨墩混凝土強度等級C30。

5.2.1 鉆孔

錨索采用YG-80型錨固鉆機鉆孔，孔徑110mm，干鉆，以不惡化巖體性狀和保證孔壁粘結性能。

5.2.2 錨索孔固結灌漿

全部錨索孔的錨固段均進行固結灌漿處理，對于部分比較破碎的孔采取全孔灌注水泥砂漿，水灰比為0.4∶1，灰砂比為1∶1，灌漿采用BW200灌漿泵和JJS-2B漿液攪拌機。全孔灌漿由于山體耗漿量大，采用間歇、待凝、分次注漿，一期注漿到孔口返漿，然后，孔口加入栓塞加壓灌注，壓力0.1MPa～0.3MPa，屏漿20min結束。錨固段加入栓塞后加壓灌漿，壓力0.5MPa～0.8MPa。

5.2.3 錨索安裝

(1)錨索安裝：在廠內加工完成并經過驗收后運至現(xiàn)場，利用卷揚機進行緩慢吊裝至工作面位置，人工運輸至指定孔位下錨。運送過程中防止錨索出現(xiàn)卷折現(xiàn)象。

(2)內錨段注漿：安裝完成后，對內錨固段采用水泥凈漿進行注漿，水灰比0.4∶1加外加劑。灌漿壓力為0.5MPa～0.8MPa，并以錨索回漿管漿液溢出比重與進漿比重相一致作為注漿結束的標準。如一次注不滿或注漿后產生沉降，要補充注漿，直至注滿為止。

(3)外錨墩施工：清除孔口周圍及建基面上的碎石及泥土，打錨桿插筋，然后捆扎鋼筋、立模，固定錨墊板，混凝土由拌合樓進行生產，10t自卸車運輸至現(xiàn)場，固定卷揚機吊運，人工用提料桶至工作面卸至倉內，人工澆筑、振搗。澆筑完畢28d后，進行拆模和張拉施工。

5.2.4 錨索張拉及鎖定

張拉采用YCW150B型千斤頂配ZB4-500高壓油泵。錨索的張拉及鎖定分5級進行，預張拉10%，正式張拉按0.2(200kN)、0.25(250kN)、0.5(500kN)、0.75(750kN)、1.15(1150kN)倍的張拉控制，逐級加荷張拉，第五級為超張拉，穩(wěn)壓15min。張拉實際伸長率和理論伸長率控制在不大于10%和不小于5%范圍內。

在張拉完成3d后，當錨索應力損失低于設計值的90%，即900kN時，按要求進行補償張拉至設計值的100%(即1000kN)，然后加以鎖定。錨索張拉鎖定噸位見表8。

表8 錨索張拉鎖定噸位統(tǒng)計

5.2.5 封錨

補償張拉后，從錨具起算，預留長10cm的鋼絞線，多余部分用機械切割。最后用水泥凈漿注滿自由段、錨墊板及錨頭各部分空隙，然后對錨頭采用不低于20MPa的混凝土進行封錨。

5.3 錨索施工質量檢測

每根錨索錨固段均經固結灌漿處理，聲波檢測9孔，最小值3285m/s，錨固段固結灌漿施工質量檢測成果合格，錨索張拉實際伸長率和理論伸長率差值滿足不大于10%和不小于5%的要求。鎖定噸位在1160kN～1120kN之間。張拉完成3d后，對低于設計錨固力90%的29根錨索進行了二次補償張拉，鎖定噸位在1030kN～970kN之間。錨索測力計監(jiān)測結果表明，錨索錨固力基本達到設計要求。

錨索孔錨固段經過固結灌漿處理之后，采用簡易壓水試驗測定孔壁的完整性。要求透水率≤5Lu，將栓塞下至孔內32.5m，壓水段長8m，壓水試驗壓力為灌漿壓力的80%。95孔錨索錨固段固結灌漿處理后均進行了壓水檢查，透水率最大值3.5Lu，最小值0.01Lu，滿足設計要求。

表9 錨索灌注水泥凈漿和錨墩混凝土抗壓強度檢測

表10 錨索伸長率成果統(tǒng)計

6 監(jiān)測設計以及監(jiān)測成果

右岸高邊坡選擇兩個監(jiān)測斷面。共布設8個表面位移測點、錨桿應力計3支、錨索測力計4套、多點位移計8套。

通過施工期和運行期各測點連續(xù)監(jiān)測可知，錨索測力計最大值未超過115t設計超張拉值，其他測項均未超過規(guī)范和設計值，且隨著時間的推移，測值趨于穩(wěn)定，高邊坡采取的工程措施是合理的。通過10余年的運行，未出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象，是安全可靠的。