金沙水電站獅子石危巖體治理淺析

李 昕, 展 巍 巍， 趙 穎

(1.四川省能投攀枝花水電開發(fā)有限公司，四川 攀枝花 617068；2.長江勘測規(guī)劃設計研究院，湖北 武漢 430010)

1 工程概述

金沙水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，主要開發(fā)任務為發(fā)電，兼有供水、改善城市水域景觀和取水條件以及對觀音巖水電站的反調節(jié)作用等。金沙水電站正常蓄水位高程為1 022 m，死水位高程為1 020 m，校核洪水位高程為1 025.3 m，相應靜庫容為1.08億m3，電站裝機容量為560 MW，多年平均發(fā)電量為25.07億kW·h。

壩址區(qū)屬中山峽谷地貌，山高400～700 m，呈不對稱“V”型谷，兩岸上部坡角為30°～50°，下部坡角為20°～25°。左岸高程1 170～1 330 m 分布有獅子石強卸荷危巖體，總體積約25 萬m3。危巖體分布情況見圖1。獅子石危巖體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)位于壩址左壩肩下游光明路以上、高程1 170～1 330 m 坡段上，該坡段平均坡度為40°～50°，局部形成陡崖。危巖水平向深度一般為5～15 m，深處達20～30 m，體積約25 萬m3。底部未形成連續(xù)的底滑面，產生滑動失穩(wěn)的可能性較小，破壞模式主要為崩塌。但其表部巖體多呈架空狀，松散堆積，所形成的松動危巖體積近5.5 萬m3。

工程施工及后期廠房運行存在較大的安全隱患。

圖1 獅子石危巖體區(qū)域分布圖

2 危巖體地質情況

危巖體Ⅰ區(qū)為呈垂直山坡的長條狀，分布高程1 170～1 230 m，順江長約45 m，平面面積為2 500 m2，強卸荷帶垂直坡面深度為6～9 m，估算體積約2.6萬m3。

該區(qū)巖體中卸荷裂隙較發(fā)育，普遍沿原有裂隙張開，張開寬度為5～10 cm，深度為3～6 m，裂隙間距2～3 m，巖塊塊徑一般為2～5 m。由于近東西向順傾坡外的中傾角裂隙形成的底滑面延伸較短且其分布不連續(xù)，產生滑動失穩(wěn)的可能性較小，巖體基本松弛，表部巖塊有傾倒、錯位現象，穩(wěn)定性較差。

危巖體Ⅱ區(qū)的分布高程為1 235～1 330 m，沿高程分布，高70～90 m，順江長65～75 m，平面面積為6 500 m2，強卸荷危巖體垂直坡面方向的厚度估計為5～12 m，呈上深下淺狀，Ⅱ區(qū)頂部堆積體底界面后緣較陡，中前部較平緩，厚度為5～10 m，穩(wěn)定性較好，估算體積約6.5萬m3。

根據卸荷裂隙的特征、卸荷深度的不同，大致可分為上、下兩個亞區(qū)，即Ⅱ-1區(qū)、Ⅱ-2區(qū)(表1)。

表1 危巖體Ⅱ區(qū)分類統(tǒng)計表

Ⅲ區(qū)位于Ⅱ區(qū)上游側且與之相連，呈垂直山坡的長條狀，分布高程為1 235～1 315 m，順江長約50～60 m，高80 m，平面面積約5 800 m2，估算體積約6萬m3。

強卸荷帶深度總體呈上下淺、中間深，高程為1 250～1 290 m垂直坡面深度為10～18 m,上深下淺；高程1 250 m以下、1 290 m以上垂直坡面深度分別為4～6 m、6～9 m。

該區(qū)地形陡峭、凸出，像一“城墻”，卸荷裂隙總體較發(fā)育，以與山坡走向近正交的近南北向陡傾角長大裂隙(NW10°SW∠80°)為主，間距2～5 m；近東西向裂隙(NE70°NW∠45°)較發(fā)育，與山坡走向近平行，多為陡傾角，傾坡外的中緩傾角(NE70°SE∠40°～45°)不甚發(fā)育且短小。卸荷裂隙多沿原有裂隙面張開，張開寬度一般為5～15 cm，縫深2～5 m。

該區(qū)巖體已整體松弛，多呈堆疊狀。由于近東西向順傾坡外的中傾角裂隙不甚發(fā)育且長度多較小，底部未形成較連續(xù)的底滑面，故其產生整體滑動失穩(wěn)的可能性較小，但在降雨、邊坡開挖爆破震動等因素影響下，其表部巖體易產生滾落、崩塌，對下方安裝場及廠房尾水邊坡的穩(wěn)定和施工安全潛在威脅較大，需采取措施予以防護。

3 針對危巖體采取的治理措施

危巖體根據其破壞方式的不同可分為滑塌式、墜落式和傾倒式三種類型。自然邊坡危險源的勘察評價除采用常規(guī)的邊坡地質勘察方法外，更強調對單個危險源的勘察，甚至需對單個危石進行穩(wěn)定性評價。獅子石危巖體巖性、結構等特點與壩址區(qū)相同，力學參數以地質宏觀判斷為前提、危巖體地質特征為基礎，筆者結合金沙水電站壩址巖(石)體的物理力學試驗成果，類比相似工程經驗，參照規(guī)程、規(guī)范綜合確定，將建議值列于表2、3。

表2 獅子石強卸荷危巖體物理力學參數建議值表

設計人員根據地質人員提供的勘探資料，對危巖體破壞形式進行了模擬，采用ansys進行穩(wěn)定情況計算，裂隙連通率采用40%，巖體物理參數采用表2、3所列的數值。

危巖體治理措施根據危巖所處的地質環(huán)境及對其進行的穩(wěn)定性評價確定，可采取爆破清除、灌漿封閉、錨桿(索)錨固、擋墻、主(被)動網防護等措施。一般而言，對小區(qū)域內大塊狀危石可采用清除、錨固、攔擋等方法；對大區(qū)域小塊狀危石可采用表面噴混凝土封閉并考慮排水、攔擋、主(被)動網防護等措施；對大區(qū)域內類型較復雜的危石可根據情況采用上述措施的一種或多種治理措施予以治理。

4 危巖體治理采用的施工方法

4.1 危石清除

危石清除主要采用手風鉆機鉆孔、淺孔小炮爆破清除，坡面治理自上而下，必要時采用人工清撬的方式予以清理。

4.2 錨桿及錨筋樁施工

錨桿及錨筋樁施工針對具有張開裂隙或存在潛在滑移面的潛在不穩(wěn)定塊體進行錨固。

錨桿及錨筋樁施工首先對坡面脫離母巖的危石進行清除，然后在高空搭設排架形成作業(yè)平臺，采用風壓潛孔鉆鉆孔，最后進行插桿、注漿。必要時對錨桿支護面進行噴混凝土封閉。

4.3 主動防護網施工

主動防護網采用GPS2定型產品，包括柔性錨桿、鋼絲繩網及格柵網。

(1)主動防護網施工前，首先清除坡面防護區(qū)域內的浮土及浮石。

(2)放線測量并確定柔性錨桿孔位，柔性錨桿為主動防護網配套定型產品，長度為2 m，柔性錨桿需固定在穩(wěn)定的基巖面上。根據地質人員提供的數據，對于局部區(qū)域巖石卸荷深度較大、柔性錨桿無法穿過卸荷層的部位采用現場制作長錨桿代替原柔性錨桿對防護網進行加固，錨桿需外露10 cm，外露部位加焊由φ20鋼筋彎折成的彎鉤、可靠的鉤在已施工完畢的主動網鋼絲繩上。焊接采用雙面焊接，焊縫需作防銹處理。

(3)測量定位完成后，按設計深度采用手風鉆或潛孔鉆鉆孔，孔深、孔徑不小于設計要求。

(4)掃孔后插入錨桿并注漿，漿液標號不低于M25。

(5)安裝縱橫向支撐繩，張拉緊后兩端采用繩卡與錨桿外露環(huán)套固定連接。

(6)鋪掛格柵網?，F場安裝由施工人員身佩安全帶、腰系安全繩、沿坡面自上而下進行作業(yè)，格柵網要求緊貼坡面。格柵網間的重疊寬度不小于5 cm，兩張格柵網間的縫合(以及格柵網與支撐繩間)用φ1．5鐵絲按1 m間距扎結。

(7)由上向下鋪設鋼絲繩網并縫合，縫合繩為φ8鋼絲繩，每張鋼絲繩網均用縫合繩與四周支撐繩進行縫合并預張拉，縫合繩兩端各用兩個繩卡與網繩進行固定聯(lián)結。

(8)若鋼絲繩網不能緊貼坡面、存在架空現象，可采用增加錨桿的方式進行固定。

4.4 被動防護網施工

被動防護網采用RXI—075定型產品，高4 m。包括基座及連接件、鋼柱、鋼絲網和鋼繩網、減壓環(huán)、上拉錨繩等。

(1)按照設計文件提供的坐標對鋼柱基礎進行放樣定位，鋼柱基礎應座落在穩(wěn)定的基巖上，應避開架空、與母巖脫離和整體松弛的巖體；防護網布設時若遇上述巖體須適當調整線路。當基座位置覆蓋層較厚時，可采用在覆蓋層人工開挖基坑并澆筑混凝土基礎，混凝土基礎尺寸不小于0.6 m×0.8 m×1 m(橫向長×縱向長×深度)。

(2)基座安裝時，將基座套入地腳螺栓并用螺帽擰緊。

(3)鋼柱及上拉錨繩的安裝。

①將鋼柱順坡向向上放置并使鋼柱底部位于基座處；

②將上拉錨繩的掛環(huán)掛于鋼柱頂端掛座上，然后將拉錨繩的另一端與對應的上拉錨桿環(huán)套連接并用繩卡暫時固定(設置中間加固和下拉錨繩時，同上拉錨繩一起安裝或待上拉錨繩安裝好后再安裝均可)；

③將鋼柱緩慢抬起對準基座，然后將鋼柱底部插入基座中，最后插入連接螺桿并擰緊；

④通過上拉錨繩并按設計方位調整好鋼柱的方位，拉緊上拉錨繩并用繩卡固定。

(4)側拉錨繩的安裝方法同上拉錨繩，只是在上拉錨繩安裝好后進行。

(5)上支撐繩的安裝。

①將第一根上支撐繩的掛環(huán)端暫時固定于端柱(分段安裝時為每一段的起始鋼柱)的底部，然后沿平行于系統(tǒng)走向的方向上調直支撐繩并將其放置于基座的下側，將減壓環(huán)調節(jié)就位(緊鄰鋼柱的減壓環(huán)邊距鋼柱約50 cm)；

②將該支撐繩的掛環(huán)掛于端柱的頂部掛座上；

③在第二根鋼柱處，用繩卡將支撐繩固定懸掛于掛座的外側；在第三根鋼柱處，將支撐繩置于掛座內側；如此相間安裝支撐繩在基座掛座的外側和內側，直到本段最后一根鋼柱并向下繞至該鋼柱基座的掛座上，再用繩卡暫時固定；

④再次調整減壓環(huán)位置，當確信減壓環(huán)全部正確就位后拉緊支撐繩并用繩卡固定；

⑤第二根上支撐繩和第一根的安裝方法相同，不同的是從第一根支撐繩的最后一根鋼柱向第一根鋼柱的方向反向安裝，且減壓環(huán)位于同一跨的另一側；

⑥在距減壓環(huán)約40 cm處用一個繩卡將兩根上部支撐繩相互并結(僅用30%標準緊固力或手動擰緊即可)。

(6)下支撐繩的安裝。

①將第一根下支撐繩的掛環(huán)掛于端柱基座的掛座上，然后沿平行于系統(tǒng)走向的方向上調直支撐繩并放置于基座的外側，將減壓環(huán)調節(jié)就位(緊鄰鋼柱的減壓環(huán)邊距鋼柱約50 cm)；

②在第二個基座處，用繩卡將支撐繩固定懸掛于掛座的外側；在第三個基座處，將支撐繩放在掛座內下側；如此相間安裝支撐繩在基座掛座的外側和內下側，直到本段最后一個基座并將支撐繩纏繞在該基座的掛座上，再用繩卡暫時固定；

③檢查確定減壓環(huán)全部正確就位后拉緊支撐繩并用繩卡固定；

④按上述步驟安裝第二根下支撐繩，但需反向安裝且減壓環(huán)位于同一跨的另一側；

⑤在距減壓環(huán)約40 cm處用一個繩卡將兩根底部支撐繩相互并結(僅用30%標準緊固力)，如此實施在同一掛座處形成內下側和外側兩根交錯的雙支撐繩結構。

(7)鋼繩網的安裝。

①鋼繩網的起吊就位方法根據現場施工場地、機具(起吊滑輪組、鋼絲繩、粗麻繩、葫蘆、梯子等)、人力條件以及經驗和習慣而定，一般宜采用以下方法：

a．用一根起吊繩(鋼絲繩或專門準備的粗麻繩)穿過鋼繩網上緣第三排左右網孔，一端固定在臨近鋼柱的頂端，另一端穿過懸掛固定于上支撐繩上的起吊滑輪組并使尾端垂落至地面附近；

b．拉動起吊繩尾端，直到鋼繩網上緣上升到上支撐繩水平為止，再用繩卡將網與上支撐繩暫時進行松動聯(lián)結，同時亦可將網與下支撐繩暫時聯(lián)結以確?？p合時更為安全，此后起吊繩可以松開并抽出；

c．重復上述步驟，直到全部鋼繩網暫時掛到上支撐繩上為止，并側向移動鋼繩網使其位于正確位置；

②將縫合繩按單張網周邊長的1．3倍截短，并在其中點作標志；

③鋼繩網的縫合：從系統(tǒng)的一端開始，先將縫合繩中點固定在每一張網的上緣中點處的支撐繩上。從中點開始，各用一半縫合繩向兩側逐步將網與兩根支撐繩纏繞在一起，直到用繩卡將兩根支撐繩并結在一起的地方之后，用縫合繩將網與不帶減壓環(huán)的一根支撐繩纏繞在一起，當到達柱頂掛座時，將縫合繩從掛座的前側穿過(不能纏繞到掛座上)，轉而向下繼續(xù)將網與相鄰網邊緣或支撐繩(上支撐繩與鋼柱平行的單繩段)縫合纏繞在一起直至基座掛座；同樣，從掛座的前側穿過并轉向該張網后繼續(xù)纏繞不帶減壓環(huán)的一根下支撐繩直到并結兩根支撐繩的繩卡之處，從此處開始用縫合繩將網與兩根下支撐繩纏繞在一起，直到跨越鋼繩網下緣中點l m為止，最后用繩卡將縫合繩與鋼繩網固定在一起，將繩卡放在離縫合繩末端約0.5 m的地方。縫合繩的另一半從網上緣中點開始向右縫合，直到與另一張網交界的地方轉向下將兩張網縫合在一起，當到達下支撐繩時轉向該張網并與兩根支撐繩纏繞在一起，最后使左右側的縫合繩端頭重疊l m；

④當支撐繩分段設置而使一段攔石網的部分中部鋼柱有與其平行的單支撐繩時，由于鋼柱間距的非完全均勻布置，鋼繩網邊緣可能不能恰好位于該鋼柱處，此時，在縫合完畢后宜用繩卡將鋼繩網與該單支撐繩段呈松動結，聯(lián)結點間距l(xiāng) m左右。

(8)格柵的安裝。

①格柵鋪掛在鋼繩網的內側并疊蓋在鋼繩網上緣且折到網的外側15 cm，用扎絲固定到網上；

②格柵底部沿斜坡向上敷設0.5 m左右。為使下支撐繩與地面間不留縫隙，用一些石塊將格柵底部壓??；

③每張格柵間疊蓋10 cm；

④用扎絲將格柵固定到網上，每m2固定4處。

5 結 語

金沙水電站左岸獅子石自然邊坡危巖治理已完工，其下方廠房永久邊坡開挖正在進行中，已完成的防護設施在左岸邊坡開挖施工中發(fā)揮出了巨大的作用。后期需建立完善的安全監(jiān)測機制，對自然邊坡危巖防護設施進行排查，及時清理被動網內攔截的石渣，對主動網破損及松弛處及時予以恢復，使其能充分發(fā)揮安全防護作用。