全錨索支護(hù)在某拱壩壩肩高邊坡加固處理中的應(yīng)用

盧冰華

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

本工程主要任務(wù)是調(diào)節(jié)控制山口斷面徑流，具有灌溉和發(fā)電等綜合效益。大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高94m。樞紐總庫(kù)容為2.21億m3，大(2)型Ⅱ等工程。壩址區(qū)氣候條件比較惡劣，氣候干燥，夏季炎熱，冬季嚴(yán)寒，氣溫年較差懸殊，日較差明顯，寒潮出現(xiàn)次數(shù)多。多年平均氣溫為5.0℃，極端最高氣溫39.4℃，極端最低氣溫-41.2℃。

壩址處河道順直，地形完整，兩岸山體雄厚，基巖裸露，岸坡陡峻，河谷寬高比約為2.31，呈基本對(duì)稱“V”型峽谷。壩址區(qū)河床及兩岸壩肩地基巖體主要為灰白色花崗片麻巖和灰黑色黑云母斜長(zhǎng)片麻巖，分別屬于AⅡ、BⅢ類巖體，壩基范圍內(nèi)斷層不發(fā)育，無(wú)制約性的斷層和節(jié)理，僅左岸發(fā)育一組斷續(xù)延伸的緩傾角裂隙，傾向下游偏向岸里，走向山內(nèi)，不存在構(gòu)成壩肩的滑動(dòng)組合體，壩肩抗滑穩(wěn)定是受表層砼與巖體、巖體與巖體接觸面抗剪強(qiáng)度控制。壩基巖體無(wú)影響整體穩(wěn)定的貫穿性結(jié)構(gòu)面。壩址區(qū)地震基本烈度為7°。

2 地質(zhì)情況

壩肩巖體的主要為中泥盆統(tǒng)阿爾泰組(D2a-4)厚層-巨厚層狀灰白色花崗片麻巖，微～新鮮巖體質(zhì)量屬AⅡ類巖體，兩岸為(D2a-4)厚層-巨厚層狀灰白色花崗片麻巖，局部為(D2a-3)薄層-中厚狀灰黑色黑云母斜長(zhǎng)片麻巖，微風(fēng)化～新鮮巖體質(zhì)量屬AⅡ、BⅢ1類。

左岸壩基水平開(kāi)挖深度除至微風(fēng)化-新鮮巖體外，還需跨過(guò)卸荷影響帶及緩傾角裂隙(f105、L106)一定深度，并結(jié)合壩肩穩(wěn)定加深；右岸壩基水平開(kāi)挖深度除至微風(fēng)化～新鮮巖體內(nèi)，還應(yīng)結(jié)合L7、L8裂隙切割對(duì)壩肩穩(wěn)定的影響增加深度。故樞紐區(qū)建筑物基礎(chǔ)開(kāi)挖的弱風(fēng)化巖邊坡較高，邊坡穩(wěn)定問(wèn)題較突出。

壩頂高程649m，纜機(jī)平臺(tái)高程699m，纜機(jī)平臺(tái)以下開(kāi)挖邊坡1∶0.3，根據(jù)纜機(jī)平臺(tái)的布設(shè)需要，該級(jí)馬道加寬為5m，699m高程以上開(kāi)挖邊坡為1∶0.5，因此，壩頂左岸壩肩平臺(tái)弱風(fēng)化開(kāi)挖邊坡高達(dá)104m，共10級(jí)馬道，屬于高陡邊坡。右岸壩肩弱風(fēng)化開(kāi)挖邊坡高度在40m左右，開(kāi)挖邊坡1∶0.5。因此，左壩肩平臺(tái)高邊坡為大壩基礎(chǔ)開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定的控制部位。

3 加固處理措施

邊坡開(kāi)挖支護(hù)遵循“自上而下、逐層開(kāi)挖，邊開(kāi)挖、邊支護(hù)處理”的原則。

(1)根據(jù)穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果，對(duì)開(kāi)挖邊坡邊緣“風(fēng)化破碎圈”范圍內(nèi)，巖石比較破碎的部位設(shè)置錨筋樁。錨筋樁采用3Φ28，L=9m，間排距5m，梅花形布置，入射角為10°，樁底伸入弱風(fēng)化基巖。

表1 左岸壩肩高邊坡裂隙及其巖石體物理力學(xué)參數(shù)值

(2)為保證大壩開(kāi)挖邊坡表層局部巖體穩(wěn)定，整個(gè)坡面采用掛鋼筋網(wǎng)+噴混凝土和系統(tǒng)錨桿+鎖邊錨桿+錨筋樁的柔性支護(hù)處理措施，掛網(wǎng)噴混凝土對(duì)坡面進(jìn)行封閉，可防止雨水沖刷坡面和坡面水入滲，以防止坡面巖體的進(jìn)一步風(fēng)化。每層馬道以下設(shè)置兩排瑣邊系統(tǒng)錨桿，采用Φ28，錨入巖石6m，間排距2m，梅花型布置。系統(tǒng)錨桿采用Φ28，錨入巖石4.5m，間排距2m，梅花型布置。采用C25砼掛網(wǎng)噴護(hù)，噴厚10cm，掛網(wǎng)鋼筋直徑Φ8，間、排距20cm。

(3)針對(duì)施工中揭露的深層不利滑裂面，為避免深層滑動(dòng)，根據(jù)穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果，采用設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)措施?？梢詫?duì)邊坡施加主動(dòng)支護(hù)力，提高邊坡沿?cái)鄬用娴目够踩禂?shù)，防止邊坡因開(kāi)挖卸荷和爆破震動(dòng)影響松弛張裂的進(jìn)一步發(fā)展。錨索設(shè)計(jì)原則是錨索的長(zhǎng)度穿過(guò)潛滑面，并將內(nèi)錨固段置于完整巖體內(nèi)。錨索應(yīng)長(zhǎng)短穿插布置避免錨索根部的拉應(yīng)力集中造成邊坡新的潛滑面。左壩頭邊坡共布置錨索89根，錨筋樁24根，其中2000kN級(jí)41根，1000kN級(jí)48根。2000kN級(jí)采用雙層保護(hù)自由式預(yù)應(yīng)力錨索。單根錨索最大長(zhǎng)度40m，錨索間距在高程方向?yàn)?m，水平方向?yàn)?m。1000kN級(jí)采用黏結(jié)式預(yù)應(yīng)力錨索。單根錨索最大長(zhǎng)度40m，錨索間距在高程方向?yàn)?m，水平方向?yàn)?m。錨索方位與邊坡走向垂直，錨索傾角為下傾10°。

(4)地下水對(duì)邊坡抗滑穩(wěn)定安全度的影響比較明顯，地下水位越低，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)越大，為了提高邊坡穩(wěn)定安全度及盡量減小地下水對(duì)邊坡的危害，在開(kāi)挖邊坡范圍內(nèi)設(shè)置排水孔，孔深5m，間排距5m，梅花型布置，向上傾5°。

(5)為減小施工爆破震動(dòng)對(duì)邊坡的影響，施工中采取預(yù)裂、光面等控制爆破、控制藥量等措施，以保證邊坡穩(wěn)定，同時(shí)加強(qiáng)施工期邊坡變形觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及早處理。

4 邊坡穩(wěn)定分析

4.1 計(jì)算參數(shù)及基本資料

左岸壩肩平臺(tái)邊坡為永久邊坡，級(jí)別2級(jí)，邊坡設(shè)計(jì)烈度為7°。

左岸壩肩平臺(tái)邊坡存在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組裂隙，且三組裂隙隨機(jī)分布，高邊坡穩(wěn)定分析及處理主要考慮該三組裂隙。邊坡強(qiáng)弱風(fēng)化巖石及裂隙巖石體物理力學(xué)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

4.2 計(jì)算方法

采用薩爾瑪法(Sarma)，利用北京理正邊坡計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)又采用中國(guó)水科院陳祖煜教授極限平衡法穩(wěn)定分析程序EMU進(jìn)行符合。只對(duì)正常運(yùn)用工況和地震工況進(jìn)行計(jì)算分析。

計(jì)算工況如下：

正常運(yùn)用條件：正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、死水位。

非正常運(yùn)用條件Ⅱ：正常運(yùn)用條件+地震。

邊坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)詳見(jiàn)表2。

表2 邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表

4.3 計(jì)算結(jié)論

對(duì)左岸壩肩平臺(tái)高邊坡選取了兩個(gè)典型剖面進(jìn)行了穩(wěn)定分析。其中，LⅠ組層面產(chǎn)狀320～340°NE∠40～50°為沿順坡向節(jié)理，與坡外邊線交角較小，傾向坡外，且延伸至頂部坡面線，在巖體下部、中部、上部分別被LⅢ組、LⅡ組、LⅢ組切斷。各剖面抗滑穩(wěn)定計(jì)算詳見(jiàn)表3。

表3 左岸壩肩平臺(tái)高邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表

表4 左岸高邊坡位移年均值對(duì)比表 單位:mm

根據(jù)穩(wěn)定分析結(jié)果，邊坡未采用錨索支護(hù)措施的穩(wěn)定安全系數(shù)較低，考慮錨索支護(hù)措施后，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)明顯提高，因此，考慮錨索對(duì)邊坡穩(wěn)定有利，且錨索加固措施使邊坡滿足穩(wěn)定要求，技術(shù)上左壩肩平臺(tái)高邊坡錨索加固處理方案是可行的。

5 邊坡監(jiān)測(cè)

在大壩左岸EL649平臺(tái)高邊坡EL670、EL700、EL720、EL740高程共布置了8組四點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)，以及時(shí)反映邊坡巖石變形情況，用來(lái)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)邊坡巖體的深層變形。邊坡各測(cè)點(diǎn)多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)特征值見(jiàn)表4。

由表4監(jiān)測(cè)成果表明，多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值初期受施工環(huán)境影響，略有跳動(dòng)，之后測(cè)值變化較為平緩?？傮w來(lái)看，左岸邊坡位移不大，最大位移僅出現(xiàn)在孔口附近；左岸邊坡位移部分測(cè)點(diǎn)隨著時(shí)間有緩慢增大的趨勢(shì)，但增長(zhǎng)值很小，年增長(zhǎng)率不超過(guò)0.5mm。

邊坡加固方案的形成，伴隨邊坡施工的全過(guò)程，目前，本工程左岸壩肩平臺(tái)高邊坡運(yùn)行已滿4年，根據(jù)施工開(kāi)挖所揭露的地質(zhì)情況，以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，不斷對(duì)支護(hù)措施做出適當(dāng)調(diào)整，從而形成最終較為安全、合理的綜合加固方案。通過(guò)4年監(jiān)測(cè)資料顯示，各監(jiān)測(cè)值變化量小且趨于平穩(wěn)，表明邊坡整體穩(wěn)定性較好。

6 結(jié)論

左岸壩肩平臺(tái)高邊坡采用控制爆破+排水+系統(tǒng)錨桿+鎖邊錨桿+噴混凝土+預(yù)應(yīng)力錨索等多種綜合加固措施處理。預(yù)應(yīng)力錨索有效的加固了邊坡深層卸荷松動(dòng)區(qū)，提高了邊坡巖體的整體穩(wěn)定性。

左岸壩肩平臺(tái)邊坡高達(dá)100m左右，邊坡的穩(wěn)定是重大的工程問(wèn)題之一，加強(qiáng)對(duì)邊坡性態(tài)的監(jiān)測(cè)，對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行分析和反饋是保證邊坡安全的重要手段。邊坡變形監(jiān)測(cè)資料表明測(cè)值穩(wěn)定，說(shuō)明高邊坡是穩(wěn)定的。通過(guò)不斷理論研究、施工實(shí)踐和監(jiān)測(cè)資料的反饋分析，邊坡采取的綜合加固措施是有效可靠的，值得同類工程借鑒。