索风营Dr2#危岩体综合治理设计及优化

□ 曾树元 □ 吴正新（中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司）

1 概述

索风营水电站位于贵州省修文县和黔西县交界的乌江干流六广河段，是乌江干流梯级开发的第五个梯极，上游接东风水电站，下游为乌江渡电站。电站属Ⅱ等大（Ⅱ）型工程，枢纽由碾压混凝土重力坝、坝身开敞式溢流表孔、右岸引水系统和地下厂房等主要建筑物组成，工程以发电为主，装机容量600MW，正常蓄水位837m，总库容2亿m3，属日调节水库。电站于2002年7月开工，2005年8月首台机组投产发电。Dr2#危岩体位于大坝右坝肩上方的灰岩陡崖上，卸荷高度约180m，下部外侧为Ⅲ号塌滑堆积体，底座为T1y3泥岩，危岩体体积约78.50×104m3。危岩体加固处理从2003年8月开始，大规模加固处理从2008年开始启动，全部加固处理措施于2013年12月28日完成，整个危岩体加固处理历时约10年4个月。

2 各阶段综合治理方案、分析与完善

2.1 可行性研究阶段

根据初步勘察的Dr2#危岩体的成因、规模和三维刚体极限平衡抗滑稳定计算成果，可研阶段拟采用局部开挖卸荷+大面积锚固的减载处理方案，即考虑对大坝及进水口的严重影响，将960m高程以上L1裂隙至崖面全部挖除（开挖方量约36×104m3），并对开挖后的后缘面进行大规模的锚喷支护处理（锚杆+喷混凝土+2500kN预应力锚索）。

2.2 招标设计阶段

2001年9月，《乌江索风营水电站可行性研究报告》通过审查后，Dr2#危岩体下部的进厂交通洞、上坝交通洞及进水口、坝肩开挖等相继开工。根据可研报告审查意见，2001年10月13日起对Dr2#危岩体进行详细勘察工作，根据详勘结论，Dr2#危岩体实际规模为78.50×104m3，约为可研阶段28.50×104m3的3倍。

2.3 施工详图阶段

随着施工的进行，参建各方日益认识到Dr2#危岩体加固处理的复杂性和艰巨性、工程安全的重要性，并于2004年2月邀请了国内著名专家和教授（中国科学院院士陈祖煜、爆破专家张正宇等）在贵阳召开了技术咨询会，咨询会上对原处理加固方案进行深入讨论，肯定了“上拉下固”的综合处理原则，并提出了进一步优化意见，即将“以内部加固为主”调整为“以外部加固为主”，将“工程风险”转化为“施工风险”，确保加固施工期的安全。

2.4 施工过程中加固处理设计变更

随着施工阶段对Dr2#危岩体认识不断深入，基于“上拉下固”和“外部加固”的思路，2008年在2004年确定Dr2#危岩体加固处理方案基础上对Dr2#危岩体作了进一步优化，并经水利水电规划设计总院审查通过，该优化处理方案概况起来为“顶戴帽、腰系带、脚穿鞋”，具体优化见图1。

2.4.1 顶戴帽

危岩体顶部采用混凝土地梁对裂隙进行封闭，并在混凝土地梁中设47根1000kN有粘结预应力锚索，同时沿L1裂缝后缘山坡设置截水沟，防止地表水入渗。

2.4.2 腰系带

在危岩体中上部L1外侧▽1040～▽1060m采用176根2000kN无粘结锚索和长锚杆对Dr2#危岩体进行加固，防止Dr2#危岩体倾倒。

2.4.3 脚穿鞋

图1 施工阶段设计变更典型剖面图

在危岩体下部T1y3泥页岩内布置一排6根φ7m深度60～80m深的抗滑桩及在危岩体▽930～▽940m沿J4布置12条断面尺寸为5m×4m的锚固洞，并用钢筋混凝土挡墙将抗滑桩和锚固洞连接起来，同时在挡墙上施加24根2000kN锚索，形成洞桩锚联合加固系统，防止Dr2#危岩体座滑。

2.5 施工过程中锚固洞布置调整优化

在2008年最终通过水利水电规划设计总院审定的Dr2#危岩体加固处理布置方案中，“Dr2#危岩体下部EL930～EL940布置两层12条4m×5m锚固洞”，即▽930m布置8条，▽940m布置4条，两层尾部洞间间距只有4m，锚固洞开挖爆破时对该部分岩柱稳定影响较大，为减小锚固洞开挖爆破对危岩体稳定及下部中控楼的影响，减小施工风险，经爆破振动计算分析模拟及三维计算复核，于2010年8月将12条4m×5m锚固洞优化为L1裂隙处键槽断面为3.50m×7.50m，L1裂隙以外断面为3.50m×4m的8条锚固洞，并将原两层锚固洞间联系挡墙调整为抗滑桩顶通长的8m×3.42m钢筋混凝土联系大梁，并在联系大梁布置20根2000kN的有粘结锚索，将所有锚固洞和抗滑桩通过联系大梁连接成整体，形成“洞、桩、锚”联合受力结构。

2.6 施工过程中L1、L2裂隙回填优化调整

考虑到由Dr2#危岩体外部对L1、L2裂缝进行灌浆存在较大施工及工程风险，为探明L1裂隙是否完全贯通，2012年3月，由下游侧▽976m高程沿L1裂隙开挖断面为2m×2.50m，长为150m的勘探平硐，并于2012年底完成，根据开挖揭露Dr2#危岩体下部未完全连通，L1裂隙多被粘土、碎石或钟乳石充填，溶蚀空洞较少，平均连通率约90%，参数也有相应提高。考虑到施工和工程风险，将L1、L2裂隙回填灌浆进行了优化，除底板和顶部外，不再对L1、L2裂隙进行额外的回填灌浆处理。

2.7 施工过程中其它主要优化调整

为降低Dr2#危岩体2-1区倒悬体锚杆支护的施工风险。根据计算分析，将锚杆支护优化为以Dr2#危岩体底部抗滑桩及桩联系大梁为基础，对2-1区倒悬体采用C20贴坡混凝土墙进行支撑。

为防止抗滑桩超筋破坏，同时提高抗滑桩在Dr2#危岩体底滑面J1夹层处的抗剪强度，在J1夹层处增加了QU120重轨。

为加强Dr2#危岩体的排水，在所有锚固洞内L1、L2裂隙处预埋排水管，由锚固洞施工支洞将裂隙处渗水排出Dr2#危岩体外。

3 施工安全监测设计

在Dr2#危岩体的施工过程中，如何动态监控Dr2#危岩体的变形情况，以确保工程安全显得尤为重要，为此在施工过程中明确了以“监测指导设计、施工”为施工安全监测的指导方针，施工安全监测分为以下两个部分:

第一，在未进行任何处理时先对Dr2#危岩体各组裂缝表面宽度及危岩体绝对位置进行监测，为Ⅰ期监测。Ⅰ期监测主要包括对顶部及底板勘探平硐内揭露的裂缝宽度进行监测，并在危岩体顶部表面设置变形观测墩，监测危岩体的整体变形情况。

第二，在施工过程中，监测与施工措施同步实施，对Dr2#危岩体进行动态监测，并根据监测情况及时调整设计及施工方案为Ⅱ期监测。Ⅱ期监测主要包括Dr2#危岩体内部监测、爆破震动监测及结构监测，内部监测主要在危岩体中上部▽1040～1064.50m采用多点位移计对L1、L2、L3裂缝进行内部裂缝监测，以监测危岩体的张拉变形；爆破监测主要对抗滑桩、锚固洞及中部L1裂隙勘探平硐施工过程中，对开挖爆破进行动态监测，以确保开挖爆破不影响危岩体的稳定；结构监测主要包括对锚杆、锚索、抗滑桩及锚固洞等结构进行监测。

4 结语

索风营Dr2#危岩体是在悠久的地质年代里各种自然力作用下形成的不良地质体，由于位于右坝肩、进水口和电站中控楼上方，在Dr2#危岩体进行大规模加固处理施工时，电站已投产发电，Dr2#危岩体的稳定性对枢纽及电站运行安全有着极其重要的影响。本文系统归纳、总结了索风营Dr2#危岩体综合治理10多年间各阶段设计方案调整及优化情况，为类似的边坡及危岩体加固工程提供了实践经验，丰富了边坡及危岩体加固理论和实践，可供类似工程借鉴和参考。