渡口壩水電站尾水渠下游側土質邊坡支護方案淺析

李發揚, 石廣林

(中國水利水電第五工程局有限公司 第三分局,四川成都 610225)

1 概 述

渡口壩水電站為混合式電站,位于重慶市奉節縣渡口壩境內的梅溪河中上游,電站裝機 2臺,單機容量 64.5 M W,總裝機容量 129 M W。電站由大壩樞紐、引水建筑物及地面廠房樞紐組成。廠區建筑物由主廠房、副廠房、安裝間、尾水建筑物、升壓站、辦公樓等組成。主廠房、副廠房、安裝間、升壓站平行梅溪河布置于左岸。

尾水建筑物垂直于主廠房布置,正向出水,通過弧線銜接引向梅溪河;尾水建筑物由尾水管、尾水閘墩、尾水渠組成。尾水渠總長 35.427 m,在平面上由直線段、弧線段組成。尾水渠底板設計開挖寬度由 34.2 m〔廠(縱)0+23.1處〕漸變至24.45 m〔廠(縱 )0+45.669處 〕,底板設計開挖高 程 由 207.9 m〔廠(縱)0+23.1處〕漸 變 至216.65 m〔廠 (縱)0+45.669處〕。尾水渠基坑地面高程 229.8 m,設計開挖深度 21.9～12.17 m。尾水渠末端混凝土設計底板高程 219.02 m,與梅溪河自然河床面基本平齊。

原渝巴公路(省道)橫穿廠區,為滿足地面廠房的布置要求,設計將通過廠區的渝巴公路改線至臨河位置,并在跨尾水渠處設置改線公路橋。改線公路橋軸線平行于兩臺機組中心連線,為衡重式混凝土橋臺,現澆“T”梁橋面板,凈跨 16.6～18.05 m,橋面高程 229.8 m。改線公路填筑路基臨河側設衡重式漿砌石擋墻。

地面廠房施工程序:先沿河進行改線公路漿砌石擋墻及路基填筑、改線公路橋混凝土澆筑,并在公路橋下進行土石方填筑,形成廠房施工全年圍堰;然后進行廠房邊坡、主副廠房及安裝間基坑土石方開挖、廠房底板混凝土澆筑;最后進行尾水渠基坑土石方開挖、尾水渠底板及邊墻混凝土澆筑。

地面廠房開挖范圍內覆蓋土厚度不等,愈接近河床覆蓋土愈深厚。原始地貌狀態下開挖邊坡坡頂覆蓋土厚約 5 m,尾水渠末端河床覆蓋土厚約 45 m。邊坡覆蓋土為塊碎石土,河床覆蓋土為漂卵礫石土。覆蓋土下伏基巖包括粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖,巖層近水平,微傾向山里。設計開挖邊坡、主副廠房及安裝間建基面為巖石,尾水渠設計建基面為漂卵礫石土。主副廠房及安裝間基坑開挖至高程 215 m時開始出現地下滲水,隨下挖深度增大,地下滲水量隨之增大,地下滲水主要為河床滲水。

2 尾水渠基坑開挖施工難點

主副廠房及安裝間基坑下游側臨時邊坡為土質邊坡,邊坡坡比按 1∶1.2控制,開挖過程中無需采取邊坡支護措施。尾水渠基坑下游側臨時邊坡為土質邊坡,其中高程 219.5 m以上為改線公路路基填筑的塊碎石土,高程 219.5 m以下為漂卵礫石土。尾水渠基坑開挖具有以下幾個難點:

(1)尾水渠扶臂式邊墻與跨尾水渠的改線公路橋橋臺在廠(縱)0+45.669處銜接。按照扶臂式邊墻結構要求,尾水渠基坑下游側應為直立坡面。但尾水渠基坑下游側邊坡為土質邊坡,在無支擋措施的情況下,無法形成直立邊坡。

(2)尾水渠下游側坡(改線公路上游側坡)開挖高差為 13.15 m。改線公路路面設計全寬 11.5 m,扣除臨河漿砌石擋墻頂寬 0.8 m后的行車道寬度為 10.7 m。為確保改線公路通暢,要求在形成尾水渠下游側臨時邊坡后通過該段的改線公路路面寬度不小于 6 m,則尾水渠下游側坡平距為4.7 m,坡比為 1∶0.357。 1∶0.357的土質邊坡在沒有可靠支護措施的情況下,邊坡難以較長時間穩定。

(3)因改線公路屬渝巴公路的一部分,車流量大,重車多,尾水渠基坑回填完成前,要求確保公路路基穩定。選擇合理的邊坡支護措施是確保尾水渠順利施工和改線公路安全通行的關鍵。

3 尾水渠下游側坡支護方案的選擇

尾水渠下游側坡支護初擬了三種方案。

3.1 第一種方案:鋼管樁支護方案(圖 1)

圖 1 鋼管樁邊坡支護設計示意圖(單位:m)

(1)在尾水公路橋左、右側各設置鋼管樁 15根,樁頂高程 229.8 m,樁底高程 199.8 m,樁長30 m,樁間距 0.8 m。鋼管樁在尾水渠開挖后呈懸臂受力狀態。為提高樁整體受力性能,在高程226.8 m、221.8 m處各設一道橫梁,并設置 φ 32拉桿,用螺栓對拉桿進行張緊。鋼管采用 φ 150套管,為增加套管的剛度,向套管內插入“3φ 32鋼筋 +1φ 25鋼管”,通過 φ 25鋼管向鋼管樁內注入水泥漿。對高程 215～203 m范圍內的鋼管,按孔間距 30 c m順縱向鉆三排直徑為 8 m m的小孔,通過鋼管對土體進行固結堵水灌漿。

(2)鋼管樁設 φ 32拉桿的孔需跟管成孔,跟管采用 φ 89套管。在套管上按孔間距 30 c m順縱向鉆一排直徑為 8 m m的小孔,通過鋼管對土體進行固結灌漿。

(3)鋼管樁施作完成后,隨自上而下的開挖進行邊坡網噴作業。網噴參數為:掛 φ 16@20 c m鋼筋網(鋼筋與鋼管接觸處焊接連接),噴 C 20混凝土厚 20 c m,并在噴混凝土面上布置 φ 80,L=1 m@1.5 m×1.5 m排水孔,孔內安裝外纏土工布的 P V C花管。

鋼管樁支護方案的優點:可以保證改線公路路面寬度基本不變,保證尾水基坑下游側坡的穩定和改線公路橋的安全,在邊坡開挖前實現對邊坡的超前支護。

缺點:施工工期長、支護結構承受的荷載大,造價高,需要引進專業鋼管樁施工隊伍。

3.2 第二種方案:混凝土貼坡支護方案

(1)尾水渠下游側坡開挖自上而下進行,開挖一層、支護一層,上一層未完成支護則不開挖下一層。開挖支護分層高度原則上不超過 3 m,開挖坡比為 1∶0.357,挖除部分改線公路路基、路面。

(2)在開挖成型的坡面上布置 φ 32,L=6～9 m(外露 25 c m)@2 m×2 m的砂漿錨桿。在鋼套管上按孔間距 30 c m順縱向鉆一排直徑為 8 m m的小孔,通過鋼套管向土體進行固結灌漿。

(3)在開挖成型的坡面上澆筑 30 c m厚 C 20混凝土貼坡,貼坡底層、面層各布一層 φ 16@20 c m×20 c m鋼筋網,鋼筋網與錨桿焊接?；炷临N坡中按 2.5 m×2.5 m設置 φ 50排水孔。

混凝土貼坡支護方案的優點:基本可以滿足土質邊坡臨時支護要求。

缺點:施工工序較多,施工周期較長,造價較高,需要縮小路面寬度,且僅允許單車通行。受場地尺寸限制,混凝土貼坡底腳無基礎支撐,在其下層開挖過程中,貼坡將成為坡面負荷,需由錨桿支撐,難以對邊坡進行及時支護。

3.3 第三種方案:“工字鋼框格 +錨網噴”支護方案(圖 2)

圖 2 “工字鋼框格+錨網噴”邊坡支護設計示意圖(單位:m)

(1)開挖自上而下進行,開挖一層,支護一層,上一層未完成支護不能開挖下一層。開挖支護分層高度原則上不超過 3.5 m,開挖坡比為 1∶0.357,需挖除部分改線公路路基、路面。

(2)支護措施采用“錨桿 +工字鋼框格 +掛鋼筋網 +噴混凝土”。錨桿規格 φ 32,L=6～9 m@2 m×2 m,錨桿孔內灌注 M30砂漿。工字鋼骨架采用 h=18 c m的工字鋼,焊接成 2 m×2 m的框格順坡面布置,錨桿布置在框格節點上,并與工字鋼框格焊接牢固。鋼筋網采用 φ 8鋼筋現場編制,網格尺寸為 15 c m×15 c m,焊接在工字鋼骨架上。噴混凝土采用 C 20,開挖完成后先素噴 5 c m,待錨桿、工字鋼骨架、鋼筋網完成后再噴 10 c m,工字鋼骨架處噴混凝土厚度以完全包裹工字鋼為準。在噴混凝土面上按間排距 2.5 m×2.5 m設置 φ 50,L=0.5 m的排水孔。

(3)錨桿成孔采用 100 B潛孔鉆跟管鉆進(無地下水時)或 150型地質鉆機跟管取芯鉆進(有地下水時)。在鋼套管上按孔間距 30 c m順縱向鉆一排直徑為 8 m m的小孔,通過鋼套管向土體進行固結灌漿。鋼套管規格為 φ 89,δ=4.5 m m。通過灌漿,使錨桿、套管、土體成為一體,整體受力,從而提高了錨桿的承載能力。

“工字鋼框格 +錨網噴”支護方案的優點:施工簡便,造價較低。勁性工字鋼骨架、柔性網噴、錨桿三者相互配合,從而形成了結構簡單、重量較輕、傳力方向明確的支護結構,可以實現對高陡土質邊坡的快速有效支護。

缺點:需要縮小路面寬度,僅允許單車通行。

通過對以上三種支護方案進行技術經濟分析、比較,確認第三種支護方案在技術上更為可行,經濟上更為合理。尾水渠下游側坡在開挖施工中采取了第三種支護方案。

4 尾水渠下游側坡開挖支護施工

4.1 開挖分層

尾水渠下游側坡開挖高差為 13.15 m,自上而下分四層開挖,分層高度為 3 m、3.5 m、3.5 m、3.15 m。

全面化針對性護理干預組微量泵注入胰島素治療的依從性、復常血糖的時間、住院治療時間更有優勢（P＜0.05），見表 3。

4.2 開挖臨時出渣道路布置

邊坡開挖臨時出渣道路分層布置,隨各層土方開挖逐漸形成,道路縱坡不超過 15%,道路寬 6 m。各層臨時出渣道路均與基坑左側下基坑主干道相接。道路修筑采用 1.2 m3反鏟。

4.3 邊坡土方開挖

邊坡土方開挖采用 1.2 m3反鏟,開挖土方裝15 t自卸汽車運至渣場。每層邊坡開挖時預留約50 c m厚保護層,待大面開挖完成后采用反鏟修坡至設計坡比。修坡完成后,用反鏟將坡面拍實。

4.4 邊坡支護

邊坡開挖一層,支護一層,支護施工采用臨時出渣道路。支護施工程序為:初噴 5 c m厚混凝土封閉坡面→錨桿施工→掛鋼筋網→工字鋼框格施工→覆噴 10 c m厚混凝土,工字鋼框格處噴厚以完全覆蓋工字鋼為準。

(1)錨桿施工。自上而下分層開挖時,上部三層(高程 219.8 m以上)無地下滲水出現,錨桿造孔采用 100 B潛孔鉆跟管鉆進;下部一層(高程219.8～216.65 m)有地下滲水出現,錨桿造孔采用 150型地質鉆機跟管取芯鉆進。鉆孔孔徑為75 m m,下傾 5°。鋼套管直徑為 89 m m(δ=4.5 m m),每節 1 m,兩端套絲(一端內絲,一端外絲)。φ 32錨桿鋼筋每隔 1.5 m焊一對中架,人工送入孔中,外露 20 c m。錨桿砂漿標號為 M 30,采用100/3.5砂漿機注漿,每孔注漿不小于 0.5 m3。為方便錨桿與工字鋼框格焊接連接,錨桿采用方形布孔。

(2)掛鋼筋網。

開挖成型的坡面初噴 5 c m厚 C 20混凝土后,人工現場編制 φ 8鋼筋網。在坡面上設置 φ 10,L=15 c m@2 m×2 m錨釘,錨釘要求布置在錨桿中間。鋼筋網借助錨釘、錨桿(與錨桿焊接)緊貼于初噴混凝土面上。

(3)噴混凝土。

(4)工字鋼框格施工。

鋼筋掛網完成后,開始進行工字鋼框格安裝。對水平方向的工字鋼盡量不截斷,通長布置,接頭位置對焊連接后,在接頭腹板兩側各綁焊兩根φ 28,L=60 c m鋼筋以提高接頭承載能力。采用φ 32鋼筋制作“L”型彎鉤,一端扣在水平布置的工字鋼上并焊接連接,一端和錨桿外露部分焊接連接。順坡向布置的工字鋼下料長度視各開挖分層坡長而定,與水平方向布置的工字鋼焊接連接。下一開挖層順坡向工字鋼與上一開挖層順坡向工字鋼焊接連接,在接頭腹板兩側各綁焊兩根 φ 28,L=60 c m鋼筋以提高接頭的承載能力。

(5)排水孔施工。

混凝土覆噴完成后,采用 Y T 28風鉆造 φ 50,L=0.5 m的排水孔,排水孔內安裝外纏土工布的φ 40 P V C花管。

5 施工效果評價

實踐證明,尾水渠下游側邊坡支護所采用的方案在技術上是可行的,在經濟上是合理的,主要表現在:

(1)施工速度快。除錨桿施工時間稍長外,噴混凝土、掛鋼筋網、工字鋼框格施工所需時間均較短。邊坡開挖成型后,可馬上噴混凝土對邊坡進行封閉,防止邊坡掉塊或受雨水沖刷。

(2)施工簡便。相對于鋼管樁施工而言,無需大型設備;相對于混凝土貼坡而言,無需模板安拆、混凝土拌合、運輸、澆筑等施工工序。

(3)支護結構有所創新。“工字鋼框格 +錨網噴”支護結構由勁性工字鋼框格、柔性網噴、承力錨桿組成。在作用于網噴支護結構上的主動土壓力被傳遞至工字鋼框格上,再經焊接在工字鋼框格上的錨桿傳遞至穩定的地基中,傳力方向明確,支護結構重量輕,坡面負荷小。該支護結構與錨網噴支護相比克服了柔性網噴結構可能被主動土壓力擠裂的危險。

(4)支護效果好。尾水渠下游側邊坡開挖支護和結構混凝土施工時間長達半年,在此期間,下游側坡無變形,支護結構無破壞跡象,從而保證了尾水渠順利施工和渝巴公路的安全通行。

(5)經濟性好。經核算,“工字鋼框格 +錨網噴”支護施工成本約為鋼管樁支護施工成本的 1/4,約為混凝土貼坡施工成本的 1/2。

6 結 語

“工字鋼框格 +錨網噴”支護結構是對高陡土質邊坡進行加固的一種經濟而有效的臨時支護方式,可供類似工程借鑒。