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(jiǎn)況

大渡河沙灣水電站位于四川省樂(lè)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(jí)開發(fā)中的第一級(jí)，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(yùn)功能。電站裝機(jī)容量4×120MW，設(shè)計(jì)引用流量2203.2m3/s，屬Ⅱ等大(2)型工程。

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

工程于2010年完工，右岸高邊坡無(wú)異常狀況出現(xiàn)，運(yùn)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(shè)備室，以及進(jìn)廠、上壩公路的右側(cè)，順?biāo)鞣较驈膲屋S線上游290m(沫江堰進(jìn)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(zhì)特征

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

據(jù)在右岸邊坡中下部PD3、PD4號(hào)平硐揭示，段內(nèi)巖體強(qiáng)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(wèn)題，且陡崖地段巖體卸荷作用較為強(qiáng)烈，對(duì)邊坡穩(wěn)定影響較大。

中部510m～605m高程范圍內(nèi)，邊坡相對(duì)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(yán)重，結(jié)構(gòu)較為松散，在天然狀態(tài)或大氣降水作用下常產(chǎn)生墜落，穩(wěn)定性差，將嚴(yán)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(cè)臨空高度較大，巖體風(fēng)化嚴(yán)重，強(qiáng)風(fēng)化帶厚9m～12m，段內(nèi)巖石破碎，強(qiáng)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(qiáng)風(fēng)化巖石在自重作用下極易產(chǎn)生墜落或崩塌，危及下部廠房及建筑物的安全。

3 加固設(shè)計(jì)方案

3.1 加固設(shè)計(jì)的必要性

結(jié)合右岸高邊坡實(shí)際地形地質(zhì)情況，考慮到其與廠區(qū)相互位置關(guān)系，上游有沫江堰進(jìn)水口，下游有上壩和進(jìn)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(guò)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(duì)工程的長(zhǎng)期安全運(yùn)行、施工存在安全隱患，因此設(shè)計(jì)對(duì)其失穩(wěn)或飛石可能對(duì)樞紐建筑物有安全隱患的0-072～0+168(以壩軸線為0+000樁號(hào)，上游為負(fù)、下游為正)段采取必要的清坡和加固處理措施。

3.2 加固設(shè)計(jì)方案

高程510m以下，對(duì)卸荷帶進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索處理，主要參數(shù)：長(zhǎng)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(zhǎng)(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(qiáng)度級(jí)別1860N/mm2，公稱直徑15.24mm。

中部高程510m～605m范圍內(nèi)，邊坡相對(duì)較為平緩，對(duì)覆蓋層采取清坡處理，對(duì)下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖進(jìn)行噴錨支護(hù)，設(shè)計(jì)噴C20混凝土厚10cm(不掛鋼筋網(wǎng))、15cm(掛鋼筋網(wǎng))，掛網(wǎng)鋼筋為φ6.5mm@20×20cm、φ8mm@20cm×20cm兩種。φ25錨桿(長(zhǎng)度6m、9m等)，間排距3m×3m，菱形布置，設(shè)計(jì)拉拔力150kN。

高程605m～637m段，段內(nèi)地形陡峭，采取削坡或噴錨支護(hù)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(shè)排水溝，噴C20混凝土厚10cm，φ25錨桿(長(zhǎng)度3m、6m)，間排距3m×3m，菱形布置。

4 加固設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 邊坡等級(jí)及規(guī)范安全系數(shù)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，影響2級(jí)、3級(jí)水工建筑物安全的邊坡為Ⅱ級(jí)；影響4級(jí)、5級(jí)水工建筑物安全的邊坡為Ⅲ級(jí)。在樁號(hào)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(jí)水工建筑物，此范圍內(nèi)的邊坡為Ⅱ級(jí)；而樁號(hào)0-004以上坡腳下為鄉(xiāng)村公路等建筑物，樁號(hào)0+108以下為廠外集水井、絕緣油室及進(jìn)廠公路等，邊坡部分失穩(wěn)對(duì)其正常運(yùn)行僅有一定的影響，根據(jù)規(guī)范此范圍內(nèi)邊坡級(jí)別可以降低一級(jí)。但考慮到高邊坡為一整體，破壞模式一致且對(duì)工程樞紐影響范圍(順?biāo)鞣较?僅240m，因此均按Ⅱ級(jí)設(shè)計(jì)，規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)詳見表1。

表1 右岸高邊坡級(jí)別及規(guī)范安全系數(shù)

4.2 邊坡巖層計(jì)算參數(shù)

根據(jù)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶及水文地質(zhì)等條件，地質(zhì)專業(yè)提出如下物理力學(xué)參數(shù)。

表2 巖層參數(shù)

圖1 計(jì)算剖面地質(zhì)分層

4.3 邊坡穩(wěn)定計(jì)算

4.3.1 抗傾穩(wěn)定計(jì)算(剛體極限平衡法)

由于高邊坡僅在地震荷載作用下才會(huì)產(chǎn)生傾覆問(wèn)題，因此抗傾復(fù)核僅計(jì)算地震工況，水平地震加速度取0.124g。按沿裂隙、強(qiáng)卸荷帶及軟弱夾層推測(cè)可能發(fā)生傾覆的塊體進(jìn)行抗傾覆計(jì)算。

計(jì)算可知，在地震工況下，邊坡天然狀態(tài)沿強(qiáng)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(jì)算抗傾安全系數(shù)

4.3.2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算(有效應(yīng)力—摩根斯頓-普萊斯法)

抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用河海大學(xué)水工計(jì)算軟件HH-Slope，分別計(jì)算了沿強(qiáng)卸荷帶、沿L2卸荷裂隙、沿強(qiáng)卸荷帶和L2卸荷裂隙組合滑裂面三個(gè)可能滑裂面，在施工期(短暫工況)、正常運(yùn)行期(持久工況)、正常運(yùn)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(yùn)行期+地震工況下加錨索時(shí)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(jì)算成果

通過(guò)計(jì)算可知，右岸高邊坡0-72～0+168段，通過(guò)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(hù)、錨索施工以及質(zhì)量檢測(cè)

5.1 噴錨支護(hù)施工以及質(zhì)量檢測(cè)

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

噴射混凝土施工采用干噴法，噴射機(jī)型號(hào)為TK500。噴射混凝土施工前，先用高壓風(fēng)水槍對(duì)巖面進(jìn)行沖洗，以清除松動(dòng)巖塊及碎石并保持巖面的清潔，對(duì)遇水易泥化的巖層，采用高壓風(fēng)清掃。受噴面有較集中滲水時(shí)，做好排水引流處理；無(wú)集中滲水時(shí)，根據(jù)巖面的潮濕程度，適當(dāng)調(diào)整水灰比。做好噴射厚度檢查標(biāo)志。掛網(wǎng)噴射混凝土的部位，鋼筋網(wǎng)安設(shè)到離噴護(hù)面5cm的位置處，并與錨桿進(jìn)行焊接。噴護(hù)施工完畢后，灑水養(yǎng)護(hù)28d。

通過(guò)檢測(cè)，噴錨支護(hù)施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)詳見表5、表6、表7。

表5 噴混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)成果

表6 錨桿拉拔試驗(yàn)及無(wú)損密實(shí)度檢測(cè)成果

表7 錨桿砂漿抗壓強(qiáng)度檢測(cè)成果

5.2 預(yù)應(yīng)力錨索施工

錨索錨固段灌漿凈漿強(qiáng)度等級(jí)M35，錨墩混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。

5.2.1 鉆孔

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

5.2.2 錨索孔固結(jié)灌漿

全部錨索孔的錨固段均進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，對(duì)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(jī)。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(jié)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(nèi)加工完成并經(jīng)過(guò)驗(yàn)收后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行緩慢吊裝至工作面位置，人工運(yùn)輸至指定孔位下錨。運(yùn)送過(guò)程中防止錨索出現(xiàn)卷折現(xiàn)象。

(2)內(nèi)錨段注漿：安裝完成后，對(duì)內(nèi)錨固段采用水泥凈漿進(jìn)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(jìn)漿比重相一致作為注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。如一次注不滿或注漿后產(chǎn)生沉降，要補(bǔ)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(jìn)行生產(chǎn)，10t自卸車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，固定卷?yè)P(yáng)機(jī)吊運(yùn)，人工用提料桶至工作面卸至倉(cāng)內(nèi)，人工澆筑、振搗。澆筑完畢28d后，進(jìn)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(jí)進(jìn)行，預(yù)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(jí)加荷張拉，第五級(jí)為超張拉，穩(wěn)壓15min。張拉實(shí)際伸長(zhǎng)率和理論伸長(zhǎng)率控制在不大于10%和不小于5%范圍內(nèi)。

在張拉完成3d后，當(dāng)錨索應(yīng)力損失低于設(shè)計(jì)值的90%，即900kN時(shí)，按要求進(jìn)行補(bǔ)償張拉至設(shè)計(jì)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(jì)

5.2.5 封錨

補(bǔ)償張拉后，從錨具起算，預(yù)留長(zhǎng)10cm的鋼絞線，多余部分用機(jī)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(duì)錨頭采用不低于20MPa的混凝土進(jìn)行封錨。

5.3 錨索施工質(zhì)量檢測(cè)

每根錨索錨固段均經(jīng)固結(jié)灌漿處理，聲波檢測(cè)9孔，最小值3285m/s，錨固段固結(jié)灌漿施工質(zhì)量檢測(cè)成果合格，錨索張拉實(shí)際伸長(zhǎng)率和理論伸長(zhǎng)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(duì)低于設(shè)計(jì)錨固力90%的29根錨索進(jìn)行了二次補(bǔ)償張拉，鎖定噸位在1030kN～970kN之間。錨索測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，錨索錨固力基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

錨索孔錨固段經(jīng)過(guò)固結(jié)灌漿處理之后，采用簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)測(cè)定孔壁的完整性。要求透水率≤5Lu，將栓塞下至孔內(nèi)32.5m，壓水段長(zhǎng)8m，壓水試驗(yàn)壓力為灌漿壓力的80%。95孔錨索錨固段固結(jié)灌漿處理后均進(jìn)行了壓水檢查，透水率最大值3.5Lu，最小值0.01Lu，滿足設(shè)計(jì)要求。

表9 錨索灌注水泥凈漿和錨墩混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

表10 錨索伸長(zhǎng)率成果統(tǒng)計(jì)

6 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)以及監(jiān)測(cè)成果

右岸高邊坡選擇兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。共布設(shè)8個(gè)表面位移測(cè)點(diǎn)、錨桿應(yīng)力計(jì)3支、錨索測(cè)力計(jì)4套、多點(diǎn)位移計(jì)8套。

通過(guò)施工期和運(yùn)行期各測(cè)點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)可知，錨索測(cè)力計(jì)最大值未超過(guò)115t設(shè)計(jì)超張拉值，其他測(cè)項(xiàng)均未超過(guò)規(guī)范和設(shè)計(jì)值，且隨著時(shí)間的推移，測(cè)值趨于穩(wěn)定，高邊坡采取的工程措施是合理的。通過(guò)10余年的運(yùn)行，未出現(xiàn)任何異常現(xiàn)象，是安全可靠的。