大渡河沙湾水电站右岸高边坡工程处理

李永清

(四川省水利规划研究院，成都，610072)

1 工程简况

大渡河沙湾水电站位于四川省乐山市沙湾区大渡河干流葫芦镇河段，为大渡河干流下游梯级开发中的第一级，枢纽区上游11.5km为已建的铜街子水电站，下游为安谷水电站。该工程以发电为主，兼顾灌溉和航运功能。电站装机容量4×120MW，设计引用流量2203.2m3/s，属Ⅱ等大(2)型工程。

工程采用一级混合开发方式，即河床式电站加长尾水，枢纽大坝壅水高15.5m，厂下接长9015m的尾水渠，利用落差14.5m。

工程于2010年完工，右岸高边坡无异常状况出现，运行良好。

2 右岸高边坡特征

2.1 右岸高边坡平面分布

右岸高边坡，位于厂房安装间、右岸接头坝、GIS设备室，以及进厂、上坝公路的右侧，顺水流方向从坝轴线上游290m(沫江堰进水口)至坝轴线下游630m，共约920m，距离厂房最近38m。

2.2 右岸高边坡地质特征

右岸高边坡地形陡峭，相对高差190m～230m，地质现象主要表现为岩石的风化、卸荷及崩塌。

据在右岸边坡中下部PD3、PD4号平硐揭示，段内岩体强卸荷带水平宽度18m～23m，浅表局部边坡岩体较破碎，存在被裂隙切割的小型楔形体的稳定问题，且陡崖地段岩体卸荷作用较为强烈，对边坡稳定影响较大。

中部510m～605m高程范围内，边坡相对较为平缓，自然坡角以40°～55°为主，部份地段70°～80°，地表分布第四系全新统崩、坡积(Q4col+dl)和坡、残积(Q4dl+el)堆积之孤块石夹粘土层，厚0.5m～4.0m，孤块石直径最大约3.0m，均为上部边坡自然崩(垮)塌之岩石，且架空现象较为严重，结构较为松散，在天然状态或大气降水作用下常产生坠落，稳定性差，将严重危及电站厂房及交通安全。

上部605m～637m段，地形陡峭，局部呈直立状，基岩裸露，坡顶山体较为单薄，两侧临空高度较大，岩体风化严重，强风化带厚9m～12m，段内岩石破碎，强度较低，卸荷裂隙较发育，完整性较差，边坡坡面被裂隙切割的强风化岩石在自重作用下极易产生坠落或崩塌，危及下部厂房及建筑物的安全。

3 加固设计方案

3.1 加固设计的必要性

结合右岸高边坡实际地形地质情况，考虑到其与厂区相互位置关系，上游有沫江堰进水口，下游有上坝和进厂公路，且高边坡紧邻大坝枢纽以及厂房等建筑物，距离厂区最小距离仅有38m，另外施工过程中其下部局部需要开挖厂房深基坑(最大开挖深度约65m)，对工程的长期安全运行、施工存在安全隐患，因此设计对其失稳或飞石可能对枢纽建筑物有安全隐患的0-072～0+168(以坝轴线为0+000桩号，上游为负、下游为正)段采取必要的清坡和加固处理措施。

3.2 加固设计方案

高程510m以下，对卸荷带进行预应力锚索处理，主要参数：长度42m、拉拔力1000kN，95根，间排距8m×8m，菱形布置。处理范围：从坝轴线上游0-004m至坝轴线下游0+108m共112m长(主要为邻近厂房安装间、副厂房、主变等)、高度约445m～493m。锚索钢绞线7根，抗拉强度级别1860N/mm2，公称直径15.24mm。

中部高程510m～605m范围内，边坡相对较为平缓，对覆盖层采取清坡处理，对下伏强风化基岩进行喷锚支护，设计喷C20混凝土厚10cm(不挂钢筋网)、15cm(挂钢筋网)，挂网钢筋为φ6.5mm@20×20cm、φ8mm@20cm×20cm两种。φ25锚杆(长度6m、9m等)，间排距3m×3m，菱形布置，设计拉拔力150kN。

高程605m～637m段，段内地形陡峭，采取削坡或喷锚支护等工程处理措施，削坡坡比1∶0.5，在削坡坡底高程605.00m马道设排水沟，喷C20混凝土厚10cm，φ25锚杆(长度3m、6m)，间排距3m×3m，菱形布置。

4 加固设计计算

4.1 边坡等级及规范安全系数

根据相关规范，影响2级、3级水工建筑物安全的边坡为Ⅱ级；影响4级、5级水工建筑物安全的边坡为Ⅲ级。在桩号0-004至0+108之间的高边坡坡脚下，布置有接头坝、安装间、副厂房及主变等2级水工建筑物，此范围内的边坡为Ⅱ级；而桩号0-004以上坡脚下为乡村公路等建筑物，桩号0+108以下为厂外集水井、绝缘油室及进厂公路等，边坡部分失稳对其正常运行仅有一定的影响，根据规范此范围内边坡级别可以降低一级。但考虑到高边坡为一整体，破坏模式一致且对工程枢纽影响范围(顺水流方向)仅240m，因此均按Ⅱ级设计，规范规定安全系数详见表1。

表1 右岸高边坡级别及规范安全系数

4.2 边坡岩层计算参数

根据地层岩性、地质构造、岩溶及水文地质等条件，地质专业提出如下物理力学参数。

表2 岩层参数

图1 计算剖面地质分层

4.3 边坡稳定计算

4.3.1 抗倾稳定计算(刚体极限平衡法)

由于高边坡仅在地震荷载作用下才会产生倾覆问题，因此抗倾复核仅计算地震工况，水平地震加速度取0.124g。按沿裂隙、强卸荷带及软弱夹层推测可能发生倾覆的块体进行抗倾覆计算。

计算可知，在地震工况下，边坡天然状态沿强卸荷带、沿L2卸荷裂隙可能倾覆岩体的抗倾安全系数如表3，大于规范规定值。

表3 天然状态计算抗倾安全系数

4.3.2 抗滑稳定计算(有效应力—摩根斯顿-普莱斯法)

抗滑稳定计算采用河海大学水工计算软件HH-Slope，分别计算了沿强卸荷带、沿L2卸荷裂隙、沿强卸荷带和L2卸荷裂隙组合滑裂面三个可能滑裂面，在施工期(短暂工况)、正常运行期(持久工况)、正常运行期+地震(偶然工况)三种工况下的稳定安全系数。

图2 正常运行期+地震工况下加锚索时抗滑安全系数

表4 右岸高边坡抗滑稳定安全系数计算成果

通过计算可知，右岸高边坡0-72～0+168段，通过采取工程措施加固处理后，其稳定安全系数在各种工况下均满足规范要求。

5 喷锚支护、锚索施工以及质量检测

5.1 喷锚支护施工以及质量检测

先进行锚杆施工，之后进行喷混凝土施工。在锚杆孔钻孔前，先进行工作面松动岩块及碎石的清理。锚杆采用先注浆后插杆方式，注浆机注浆。

喷射混凝土施工采用干喷法，喷射机型号为TK500。喷射混凝土施工前，先用高压风水枪对岩面进行冲洗，以清除松动岩块及碎石并保持岩面的清洁，对遇水易泥化的岩层，采用高压风清扫。受喷面有较集中渗水时，做好排水引流处理；无集中渗水时，根据岩面的潮湿程度，适当调整水灰比。做好喷射厚度检查标志。挂网喷射混凝土的部位，钢筋网安设到离喷护面5cm的位置处，并与锚杆进行焊接。喷护施工完毕后，洒水养护28d。

通过检测，喷锚支护施工质量满足设计和规范要求，检测成果统计详见表5、表6、表7。

表5 喷混凝土抗压强度检测成果

表6 锚杆拉拔试验及无损密实度检测成果

表7 锚杆砂浆抗压强度检测成果

5.2 预应力锚索施工

锚索锚固段灌浆净浆强度等级M35，锚墩混凝土强度等级C30。

5.2.1 钻孔

锚索采用YG-80型锚固钻机钻孔，孔径110mm，干钻，以不恶化岩体性状和保证孔壁粘结性能。

5.2.2 锚索孔固结灌浆

全部锚索孔的锚固段均进行固结灌浆处理，对于部分比较破碎的孔采取全孔灌注水泥砂浆，水灰比为0.4∶1，灰砂比为1∶1，灌浆采用BW200灌浆泵和JJS-2B浆液搅拌机。全孔灌浆由于山体耗浆量大，采用间歇、待凝、分次注浆，一期注浆到孔口返浆，然后，孔口加入栓塞加压灌注，压力0.1MPa～0.3MPa，屏浆20min结束。锚固段加入栓塞后加压灌浆，压力0.5MPa～0.8MPa。

5.2.3 锚索安装

(1)锚索安装：在厂内加工完成并经过验收后运至现场，利用卷扬机进行缓慢吊装至工作面位置，人工运输至指定孔位下锚。运送过程中防止锚索出现卷折现象。

(2)内锚段注浆：安装完成后，对内锚固段采用水泥净浆进行注浆，水灰比0.4∶1加外加剂。灌浆压力为0.5MPa～0.8MPa，并以锚索回浆管浆液溢出比重与进浆比重相一致作为注浆结束的标准。如一次注不满或注浆后产生沉降，要补充注浆，直至注满为止。

(3)外锚墩施工：清除孔口周围及建基面上的碎石及泥土，打锚杆插筋，然后捆扎钢筋、立模，固定锚垫板，混凝土由拌合楼进行生产，10t自卸车运输至现场，固定卷扬机吊运，人工用提料桶至工作面卸至仓内，人工浇筑、振捣。浇筑完毕28d后，进行拆模和张拉施工。

5.2.4 锚索张拉及锁定

张拉采用YCW150B型千斤顶配ZB4-500高压油泵。锚索的张拉及锁定分5级进行，预张拉10%，正式张拉按0.2(200kN)、0.25(250kN)、0.5(500kN)、0.75(750kN)、1.15(1150kN)倍的张拉控制，逐级加荷张拉，第五级为超张拉，稳压15min。张拉实际伸长率和理论伸长率控制在不大于10%和不小于5%范围内。

在张拉完成3d后，当锚索应力损失低于设计值的90%，即900kN时，按要求进行补偿张拉至设计值的100%(即1000kN)，然后加以锁定。锚索张拉锁定吨位见表8。

表8 锚索张拉锁定吨位统计

5.2.5 封锚

补偿张拉后，从锚具起算，预留长10cm的钢绞线，多余部分用机械切割。最后用水泥净浆注满自由段、锚垫板及锚头各部分空隙，然后对锚头采用不低于20MPa的混凝土进行封锚。

5.3 锚索施工质量检测

每根锚索锚固段均经固结灌浆处理，声波检测9孔，最小值3285m/s，锚固段固结灌浆施工质量检测成果合格，锚索张拉实际伸长率和理论伸长率差值满足不大于10%和不小于5%的要求。锁定吨位在1160kN～1120kN之间。张拉完成3d后，对低于设计锚固力90%的29根锚索进行了二次补偿张拉，锁定吨位在1030kN～970kN之间。锚索测力计监测结果表明，锚索锚固力基本达到设计要求。

锚索孔锚固段经过固结灌浆处理之后，采用简易压水试验测定孔壁的完整性。要求透水率≤5Lu，将栓塞下至孔内32.5m，压水段长8m，压水试验压力为灌浆压力的80%。95孔锚索锚固段固结灌浆处理后均进行了压水检查，透水率最大值3.5Lu，最小值0.01Lu，满足设计要求。

表9 锚索灌注水泥净浆和锚墩混凝土抗压强度检测

表10 锚索伸长率成果统计

6 监测设计以及监测成果

右岸高边坡选择两个监测断面。共布设8个表面位移测点、锚杆应力计3支、锚索测力计4套、多点位移计8套。

通过施工期和运行期各测点连续监测可知，锚索测力计最大值未超过115t设计超张拉值，其他测项均未超过规范和设计值，且随着时间的推移，测值趋于稳定，高边坡采取的工程措施是合理的。通过10余年的运行，未出现任何异常现象，是安全可靠的。