錦屏一級(jí)電站高陡順層邊坡支護(hù)內(nèi)部安全監(jiān)測(cè)分析

關(guān) 松 譚運(yùn)坤 趙 娜

（湖北能源集團(tuán)工程管理有限公司，武漢 430073）

錨固支護(hù)能充分發(fā)揮巖土體能量，改善巖土體不利的受力狀態(tài)，調(diào)動(dòng)和提高巖土的自身強(qiáng)度和自穩(wěn)能力，從而可以大大減輕支護(hù)結(jié)構(gòu)自重、節(jié)約工程材料、縮短工期.但是在施工和運(yùn)行期，錨索預(yù)應(yīng)力不可避免地出現(xiàn)損失，錨索有效預(yù)應(yīng)力變化以及邊坡位移形變變化是關(guān)系加固工程成敗的重要因素［1］.論文在分析錦屏大奔流溝料場(chǎng)高邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線情況做了統(tǒng)計(jì)分析，初步分析了邊坡巖體錨索、錨桿預(yù)應(yīng)力和邊坡位移變化的規(guī)律，并探討了產(chǎn)生相應(yīng)變化的諸多因素.

1 大奔流溝料場(chǎng)高陡順層邊坡支護(hù)工程概況

大奔流溝料場(chǎng)位于壩址左岸下游9km 的雅礱江左岸臨江岸坡，距上游錦屏二級(jí)電站閘壩0.3～1 km.料場(chǎng)開(kāi)挖總量約1225萬(wàn)m3，其中有用料約930萬(wàn)m3（不包括高程1 700～1 670m 備用料）.料場(chǎng)開(kāi)采后形成380～445m 的高陡人工邊坡.邊坡區(qū)基巖裸露，局部因卸荷存在小規(guī)模崩坍滾石，自然岸坡整體穩(wěn)定性較好.料場(chǎng)區(qū)自然岸坡為傾角55～65°的順向邊坡，揭露面邊坡比為1∶0.25～1∶0.3.坡腳河床高程1 620m，坡頂最大高程2 400m，最大坡高780m.如此大規(guī)模的邊坡開(kāi)挖支護(hù)是一個(gè)世界性的難題，邊坡支護(hù)工程難度極大.

2 大奔流溝料場(chǎng)邊坡支護(hù)內(nèi)部監(jiān)測(cè)儀器布置

2.1 邊坡安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基本布置原則

大奔流溝料場(chǎng)邊坡支護(hù)安全監(jiān)測(cè)儀器布置主要分為4個(gè)斷面和一些后期新增的安全監(jiān)測(cè)布置點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置的主要原則［2］有：

1）依據(jù)邊坡巖體結(jié)構(gòu)的特征對(duì)巖體進(jìn)行分類，在各種巖體的代表位置設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以期在總體上得到開(kāi)挖過(guò)程中各類主要巖體結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律.

2）根據(jù)地質(zhì)資料分析結(jié)果，在工程地質(zhì)條件較差的部位（如斷層、軟弱帶等）附近增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量.

3）在邊坡外形突然變化、軟硬巖層交界部位以及事故易發(fā)或已發(fā)部位布置監(jiān)測(cè)點(diǎn).

2.2 邊坡安全監(jiān)測(cè)儀器布置

依據(jù)以上原則，大奔流料場(chǎng)開(kāi)挖邊坡監(jiān)測(cè)儀器布置情況為：1）Ⅰ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面（YK0＋150樁號(hào)），共布置8臺(tái)錨索測(cè)力計(jì)SF1－1～8DBL；2）Ⅱ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面，共布置10臺(tái)錨索測(cè)力計(jì)SF2－1～10DBL、9組錨桿應(yīng)力計(jì)R2－1～9DBL、10組多點(diǎn)位移計(jì)M2－1～10DBL；3）Ⅲ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面，共布置10 臺(tái)錨索測(cè)力計(jì)SF3－1～10DBL；4）Ⅳ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面，共布置10 臺(tái)錨索測(cè)力計(jì)SF4－1～10DBL、7 組錨桿應(yīng)力計(jì)R4－1～7DBL、8 組多點(diǎn)位移計(jì)M4－1～8DBL；5）后期由于監(jiān)測(cè)需要增加了錨索測(cè)力計(jì)72 臺(tái)，即錨索測(cè)力計(jì)SF01～72DBL；增加了錨桿應(yīng)力計(jì)4臺(tái)，即R01～04DBL－1～3；增加了多點(diǎn)位移計(jì)6臺(tái)即M01～06DBL.大奔流邊坡高程1 910m 以上監(jiān)測(cè)儀器與電纜走線圖布置如圖1 所示.

圖1 大奔流邊坡高程1 910m 監(jiān)測(cè)儀器與電纜走線圖

3 大奔流溝料場(chǎng)邊坡支護(hù)內(nèi)部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線分析

錦屏一級(jí)水電站大奔流溝料場(chǎng)邊坡支護(hù)預(yù)應(yīng)力錨固工程屬隱蔽工程，影響錨固效果的因素有：降雨等環(huán)境因素、爆破與錨索張拉等施工因素、巖石裂隙等本身的地質(zhì)因素.在料場(chǎng)邊坡開(kāi)挖過(guò)程中因山體減載引起的巖體應(yīng)力調(diào)整和變形，將直接影響邊坡穩(wěn)定性.由于邊坡支護(hù)依附于巖體，使邊坡巖體成為結(jié)構(gòu)的組成部分［3］，巖體的變形直接影響到邊坡的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性.通過(guò)掌握壩肩邊坡在施工開(kāi)挖過(guò)程中坡體的變形狀況，觀測(cè)坡體支護(hù)效果，為邊坡穩(wěn)定性分析以及開(kāi)挖支護(hù)反饋數(shù)據(jù)信息和參考資料，同時(shí)為安全施工提供信息［4］.

大奔流溝邊坡支護(hù)內(nèi)部監(jiān)測(cè)采用了錨桿應(yīng)力計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)和多點(diǎn)位移計(jì)進(jìn).通過(guò)分析典型斷面各儀器監(jiān)測(cè)成果隨時(shí)間的過(guò)程線，可以看出各曲線均呈收斂狀態(tài)，說(shuō)明該巖質(zhì)邊坡錨固效果較好，整治后處于穩(wěn)定狀態(tài).

3.1 錨桿應(yīng)力計(jì)原位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線分析

以錨桿應(yīng)力計(jì)R2－10DBL為例，該錨桿應(yīng)力計(jì)是2009年7月27日在人工開(kāi)挖邊坡Ⅱ區(qū)的高程2 160 m，樁號(hào)YK0－100處埋設(shè)，具有3種深度的測(cè)點(diǎn)埋深，分別為2m、5m、7m.錨桿應(yīng)力計(jì)R2－10DBL 的應(yīng)力變化過(guò)程線如圖2所示.從圖2可以看出，錨桿應(yīng)力計(jì)R2－10DBL－3（2m）由于埋設(shè)深度較淺，受其安裝部位附近的錨索張拉、雨水以及附近混凝土澆注的影響，它的錨桿應(yīng)力受拉急劇下降，拉力從錨索張拉前的受拉一直降低到錨索張拉后的受壓，接下來(lái)經(jīng)過(guò)一段短時(shí)間的紊亂調(diào)整期后，由于邊坡巖體卸荷持續(xù)而進(jìn)入應(yīng)力增長(zhǎng)狀態(tài)，到2011年7月下旬達(dá)到最大值16.3MPa.根據(jù)2011年9月14日前后的氣象資料，由于較大的連續(xù)降雨影響，其應(yīng)力值呈現(xiàn)較快的下降趨勢(shì).曾一度降至3.5MPa.之后由于雨季停止，風(fēng)季到來(lái)，逐漸進(jìn)入應(yīng)力穩(wěn)定期.錨桿應(yīng)力計(jì)R2－10DBL－1（7m）與R2－10DBL－2（5m）呈現(xiàn)出與錨桿應(yīng)力計(jì)R2－10DBL－3（2m）相似的應(yīng)力變化狀態(tài)，但是前兩者的應(yīng)力平均值整體比后一者高出2.8～3.7MPa.

圖2 R2－10DBL錨桿應(yīng)力計(jì)應(yīng)力變化過(guò)程線

由以上分析，錨桿應(yīng)力計(jì)應(yīng)力變化的主要原因是雨水影響，下面開(kāi)挖施工也影響該點(diǎn).雨水沖刷該坡段的軟弱巖層，使得該坡段的軟弱巖石軟化，裂隙蠕動(dòng)，從力學(xué)方面影響來(lái)說(shuō)雨水使得該坡軟弱巖層的摩擦系數(shù)、黏聚力減小.然而曲線在2011年9月中旬前后的變化表明了其所在的邊坡在自我受力調(diào)整中趨于逐漸穩(wěn)定，朝向良好的狀態(tài)發(fā)展，這表現(xiàn)出巖石體一定的自我穩(wěn)定調(diào)整能力，也在一定程度上說(shuō)明該段巖體的穩(wěn)定性較好.

3.2 錨索測(cè)力計(jì)原位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線分析

錨索測(cè)力計(jì)SF3－5DBL 位于Ⅲ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面的高程1 985m 處，安裝于2011年2月25日，其錨固力鎖定值為1 016.9kN，2012年3月29日時(shí)的累計(jì)錨固力為1 007.27kN，2012年4月25日時(shí)的累計(jì)錨固力為1 008.65kN，錨固力該周變化值為1.38kN，變化率為0.05kN／d，監(jiān)測(cè)資料顯示本周錨固力變化趨勢(shì)為緩慢增大.圖3為錨索測(cè)力計(jì)SF3－5DBL錨固力變化過(guò)程線.

圖3 SF3－5DBL錨固力變化過(guò)程線

根據(jù)該典型位置錨索測(cè)力計(jì)SF3－5DBL 錨固力變化過(guò)程線，錨索荷載變化特征可歸納為3 種類型［3，5］：即快速損失段（2011年2月26日～2011年3月下旬）、周期波動(dòng)段（2011 年3 月下旬～2011年9月下旬）和穩(wěn)定趨變段（2011年9月下旬～2012年4月下旬）.

1）快速損失段.預(yù)應(yīng)力錨索張拉、鎖定后，錨固力在一個(gè)月內(nèi)其應(yīng)力呈現(xiàn)陡減狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力鎖定后損失率不斷增大.由于錦屏水電站大奔流溝料場(chǎng)邊坡支護(hù)采用高強(qiáng)低松弛的鋼絞線，因此，鋼材的松弛量影響相對(duì)較小，對(duì)錨索有效預(yù)應(yīng)力降低的影響也就相對(duì)較小.錨固力變化影響因素主要是混凝土的徐變、收縮以及被加固巖體卸荷、裂隙錯(cuò)動(dòng)和結(jié)構(gòu)面的被壓密變形等.

2）周期波動(dòng)段.2011年3月下旬～2011年9月下旬為料場(chǎng)選址的雨季階段，此時(shí)該料場(chǎng)降雨量較大，天氣狀態(tài)極不穩(wěn)定.受降雨影響，導(dǎo)致地表水下滲，增加孔隙水壓力和坡體重力，使巖石體發(fā)生軟化、蠕變現(xiàn)象，此時(shí)的錨索預(yù)應(yīng)力也就必然降低.然而隨著天氣周期性的好轉(zhuǎn)，巖體軟化現(xiàn)象消失后，錨索應(yīng)力自然表現(xiàn)出一定的回彈.因此，降雨是影響邊坡穩(wěn)定的一個(gè)重要影響因素.

3）穩(wěn)定趨變段.在錨索鎖定6～7個(gè)月后，由于施工振動(dòng)、沖擊或者環(huán)境因素的影響，局部錨索預(yù)應(yīng)力會(huì)有所波動(dòng)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算鎖定后損失率僅為1.57%，此階段錨索預(yù)應(yīng)力鎖定后損失率呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，錨固力總體仍呈現(xiàn)漸增趨勢(shì)并隨著時(shí)間變化而逐漸趨于穩(wěn)定.

3.3 多點(diǎn)位移計(jì)原位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線分析

M2－5DBL多點(diǎn)位移計(jì)埋設(shè)于大奔流溝料場(chǎng)開(kāi)挖邊坡Ⅱ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面的樁號(hào)YK0＋065，高程1 985m處，是一只四測(cè)點(diǎn)位移計(jì)，其測(cè)點(diǎn)埋深分別為：孔口埋深50m；1號(hào)錨頭埋深10m；2號(hào)錨頭埋深20m；3號(hào)錨頭埋深40m.該多點(diǎn)位移計(jì)埋設(shè)于2011年2月25日，截止2012年4月1日，該多點(diǎn)位移計(jì)的絕對(duì)位移變化過(guò)程線如圖4所示.

圖4 多點(diǎn)位移計(jì)M2－5DBL絕對(duì)位移變化過(guò)程線

從圖4中可以看出，從2011年2月26日到2011年4月20日各錨頭位移示數(shù)基本為0，說(shuō)明該段邊坡巖石體穩(wěn)定性較好.根據(jù)施工記錄，2011 年4 月20日以后的3d內(nèi)有連續(xù)的大范圍料場(chǎng)開(kāi)挖爆破施工，施工因素干擾造成了孔口錨頭位置位移產(chǎn)生較大變化，位移變化速率達(dá)到0.12mm／d，而以后的監(jiān)測(cè)表明，孔口位移最大值為2.4mm，其他錨頭位移形變均在0.8mm 以下，各錨頭的絕對(duì)位移量隨時(shí)間推移基本保持穩(wěn)定.因此，施工因素干擾是邊坡位移形變的一個(gè)關(guān)鍵影響因素［6］，而由于邊坡巖體的支護(hù)設(shè)計(jì)合理性、支護(hù)施工及時(shí)性以及巖體自身卸荷調(diào)節(jié)能力的作用下，該邊坡支護(hù)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定可靠性.

4 邊坡內(nèi)部安全監(jiān)測(cè)結(jié)論與建議

1）錦屏一級(jí)水電站壩址所在地每年可清晰分為雨季和風(fēng)季，每年的雨水較多且大而集中，風(fēng)季基本無(wú)雨或少雨，雨水是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素之一，所以雨季施工時(shí)一定注意這點(diǎn)，首先要盡快開(kāi)挖支護(hù)、快速施工；另外，在雨季時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)；同時(shí)，在邊坡加固設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取加固與防水、排水相結(jié)合的辦法.開(kāi)挖爆破等施工因素也是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素之一，施工過(guò)程中一定要對(duì)爆破方式、裝藥量等進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工.

2）該料場(chǎng)邊坡自然坡度雖然達(dá)到55～56°，邊坡支護(hù)坡度1∶0.25～1∶0.35，開(kāi)挖完成后形成380～445m 的高陡人工邊坡，但是由于邊坡為順向坡，石料開(kāi)挖嚴(yán)格按照巖石層向順層開(kāi)挖，開(kāi)挖外露面不切斷原有的巖石層理，再加上及時(shí)有效的支護(hù)方案，從典型斷面上的錨桿應(yīng)力計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)和多點(diǎn)位移計(jì)原位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化過(guò)程曲線來(lái)看，錦屏大奔流溝料場(chǎng)邊坡支護(hù)效果具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性.

3）目前評(píng)價(jià)料場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性的方法較多包括定量、定性、半定性、數(shù)值模擬和物理模擬等，這些方法有共同的特點(diǎn)，即都缺少足夠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這些方法的有效性，所以原位監(jiān)測(cè)是一個(gè)非常有效的方法，它在工程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中起著非常有效的作用［7］，是反映邊坡支護(hù)性況的最直接的參考資料.

［1］ 何 偉，劉秀平，游 萍，等.高邊坡錨索預(yù)應(yīng)力變化規(guī)律淺析［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2009（12）：89－92.

［2］ 趙志峰.基于位移監(jiān)測(cè)信息的巖石高邊坡安全評(píng)價(jià)理論和方法研究［D］.南京：河海大學(xué)，2007.

［3］ 周嚴(yán)偉，徐 波.三峽工程船閘閘室直立坡錨固監(jiān)測(cè)成果分析［J］.水力發(fā)電，2007（12）：73－75.

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