全锚索支护在某拱坝坝肩高边坡加固处理中的应用

卢冰华

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

本工程主要任务是调节控制山口断面径流，具有灌溉和发电等综合效益。大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高94m。枢纽总库容为2.21亿m3，大(2)型Ⅱ等工程。坝址区气候条件比较恶劣，气候干燥，夏季炎热，冬季严寒，气温年较差悬殊，日较差明显，寒潮出现次数多。多年平均气温为5.0℃，极端最高气温39.4℃，极端最低气温-41.2℃。

坝址处河道顺直，地形完整，两岸山体雄厚，基岩裸露，岸坡陡峻，河谷宽高比约为2.31，呈基本对称“V”型峡谷。坝址区河床及两岸坝肩地基岩体主要为灰白色花岗片麻岩和灰黑色黑云母斜长片麻岩，分别属于AⅡ、BⅢ类岩体，坝基范围内断层不发育，无制约性的断层和节理，仅左岸发育一组断续延伸的缓倾角裂隙，倾向下游偏向岸里，走向山内，不存在构成坝肩的滑动组合体，坝肩抗滑稳定是受表层砼与岩体、岩体与岩体接触面抗剪强度控制。坝基岩体无影响整体稳定的贯穿性结构面。坝址区地震基本烈度为7°。

2 地质情况

坝肩岩体的主要为中泥盆统阿尔泰组(D2a-4)厚层-巨厚层状灰白色花岗片麻岩，微～新鲜岩体质量属AⅡ类岩体，两岸为(D2a-4)厚层-巨厚层状灰白色花岗片麻岩，局部为(D2a-3)薄层-中厚状灰黑色黑云母斜长片麻岩，微风化～新鲜岩体质量属AⅡ、BⅢ1类。

左岸坝基水平开挖深度除至微风化-新鲜岩体外，还需跨过卸荷影响带及缓倾角裂隙(f105、L106)一定深度，并结合坝肩稳定加深；右岸坝基水平开挖深度除至微风化～新鲜岩体内，还应结合L7、L8裂隙切割对坝肩稳定的影响增加深度。故枢纽区建筑物基础开挖的弱风化岩边坡较高，边坡稳定问题较突出。

坝顶高程649m，缆机平台高程699m，缆机平台以下开挖边坡1∶0.3，根据缆机平台的布设需要，该级马道加宽为5m，699m高程以上开挖边坡为1∶0.5，因此，坝顶左岸坝肩平台弱风化开挖边坡高达104m，共10级马道，属于高陡边坡。右岸坝肩弱风化开挖边坡高度在40m左右，开挖边坡1∶0.5。因此，左坝肩平台高边坡为大坝基础开挖边坡稳定的控制部位。

3 加固处理措施

边坡开挖支护遵循“自上而下、逐层开挖，边开挖、边支护处理”的原则。

(1)根据稳定分析计算结果，对开挖边坡边缘“风化破碎圈”范围内，岩石比较破碎的部位设置锚筋桩。锚筋桩采用3Φ28，L=9m，间排距5m，梅花形布置，入射角为10°，桩底伸入弱风化基岩。

表1 左岸坝肩高边坡裂隙及其岩石体物理力学参数值

(2)为保证大坝开挖边坡表层局部岩体稳定，整个坡面采用挂钢筋网+喷混凝土和系统锚杆+锁边锚杆+锚筋桩的柔性支护处理措施，挂网喷混凝土对坡面进行封闭，可防止雨水冲刷坡面和坡面水入渗，以防止坡面岩体的进一步风化。每层马道以下设置两排琐边系统锚杆，采用Φ28，锚入岩石6m，间排距2m，梅花型布置。系统锚杆采用Φ28，锚入岩石4.5m，间排距2m，梅花型布置。采用C25砼挂网喷护，喷厚10cm，挂网钢筋直径Φ8，间、排距20cm。

(3)针对施工中揭露的深层不利滑裂面，为避免深层滑动，根据稳定分析计算结果，采用设置预应力锚索支护措施。可以对边坡施加主动支护力，提高边坡沿断层面的抗滑安全系数，防止边坡因开挖卸荷和爆破震动影响松弛张裂的进一步发展。锚索设计原则是锚索的长度穿过潜滑面，并将内锚固段置于完整岩体内。锚索应长短穿插布置避免锚索根部的拉应力集中造成边坡新的潜滑面。左坝头边坡共布置锚索89根，锚筋桩24根，其中2000kN级41根，1000kN级48根。2000kN级采用双层保护自由式预应力锚索。单根锚索最大长度40m，锚索间距在高程方向为6m，水平方向为6m。1000kN级采用黏结式预应力锚索。单根锚索最大长度40m，锚索间距在高程方向为6m，水平方向为6m。锚索方位与边坡走向垂直，锚索倾角为下倾10°。

(4)地下水对边坡抗滑稳定安全度的影响比较明显，地下水位越低，边坡稳定安全系数越大，为了提高边坡稳定安全度及尽量减小地下水对边坡的危害，在开挖边坡范围内设置排水孔，孔深5m，间排距5m，梅花型布置，向上倾5°。

(5)为减小施工爆破震动对边坡的影响，施工中采取预裂、光面等控制爆破、控制药量等措施，以保证边坡稳定，同时加强施工期边坡变形观测，发现问题及早处理。

4 边坡稳定分析

4.1 计算参数及基本资料

左岸坝肩平台边坡为永久边坡，级别2级，边坡设计烈度为7°。

左岸坝肩平台边坡存在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组裂隙，且三组裂隙随机分布，高边坡稳定分析及处理主要考虑该三组裂隙。边坡强弱风化岩石及裂隙岩石体物理力学参数详见表1。

4.2 计算方法

采用萨尔玛法(Sarma)，利用北京理正边坡计算程序进行计算，同时又采用中国水科院陈祖煜教授极限平衡法稳定分析程序EMU进行符合。只对正常运用工况和地震工况进行计算分析。

计算工况如下：

正常运用条件：正常蓄水位、设计洪水位、死水位。

非正常运用条件Ⅱ：正常运用条件+地震。

边坡抗滑稳定最小安全系数详见表2。

表2 边坡抗滑稳定安全系数表

4.3 计算结论

对左岸坝肩平台高边坡选取了两个典型剖面进行了稳定分析。其中，LⅠ组层面产状320～340°NE∠40～50°为沿顺坡向节理，与坡外边线交角较小，倾向坡外，且延伸至顶部坡面线，在岩体下部、中部、上部分别被LⅢ组、LⅡ组、LⅢ组切断。各剖面抗滑稳定计算详见表3。

表3 左岸坝肩平台高边坡抗滑稳定安全系数表

表4 左岸高边坡位移年均值对比表 单位:mm

根据稳定分析结果，边坡未采用锚索支护措施的稳定安全系数较低，考虑锚索支护措施后，边坡稳定安全系数明显提高，因此，考虑锚索对边坡稳定有利，且锚索加固措施使边坡满足稳定要求，技术上左坝肩平台高边坡锚索加固处理方案是可行的。

5 边坡监测

在大坝左岸EL649平台高边坡EL670、EL700、EL720、EL740高程共布置了8组四点式多点位移计，以及时反映边坡岩石变形情况，用来长期监测边坡岩体的深层变形。边坡各测点多点位移计监测特征值见表4。

由表4监测成果表明，多点位移计测值初期受施工环境影响，略有跳动，之后测值变化较为平缓。总体来看，左岸边坡位移不大，最大位移仅出现在孔口附近；左岸边坡位移部分测点随着时间有缓慢增大的趋势，但增长值很小，年增长率不超过0.5mm。

边坡加固方案的形成，伴随边坡施工的全过程，目前，本工程左岸坝肩平台高边坡运行已满4年，根据施工开挖所揭露的地质情况，以及现场监测结果，不断对支护措施做出适当调整，从而形成最终较为安全、合理的综合加固方案。通过4年监测资料显示，各监测值变化量小且趋于平稳，表明边坡整体稳定性较好。

6 结论

左岸坝肩平台高边坡采用控制爆破+排水+系统锚杆+锁边锚杆+喷混凝土+预应力锚索等多种综合加固措施处理。预应力锚索有效的加固了边坡深层卸荷松动区，提高了边坡岩体的整体稳定性。

左岸坝肩平台边坡高达100m左右，边坡的稳定是重大的工程问题之一，加强对边坡性态的监测，对观测资料进行分析和反馈是保证边坡安全的重要手段。边坡变形监测资料表明测值稳定，说明高边坡是稳定的。通过不断理论研究、施工实践和监测资料的反馈分析，边坡采取的综合加固措施是有效可靠的，值得同类工程借鉴。