索風營Dr2#危巖體綜合治理設(shè)計及優(yōu)化

□ 曾樹元 □ 吳正新（中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司）

1 概述

索風營水電站位于貴州省修文縣和黔西縣交界的烏江干流六廣河段，是烏江干流梯級開發(fā)的第五個梯極，上游接東風水電站，下游為烏江渡電站。電站屬Ⅱ等大（Ⅱ）型工程，樞紐由碾壓混凝土重力壩、壩身開敞式溢流表孔、右岸引水系統(tǒng)和地下廠房等主要建筑物組成，工程以發(fā)電為主，裝機容量600MW，正常蓄水位837m，總庫容2億m3，屬日調(diào)節(jié)水庫。電站于2002年7月開工，2005年8月首臺機組投產(chǎn)發(fā)電。Dr2#危巖體位于大壩右壩肩上方的灰?guī)r陡崖上，卸荷高度約180m，下部外側(cè)為Ⅲ號塌滑堆積體，底座為T1y3泥巖，危巖體體積約78.50×104m3。危巖體加固處理從2003年8月開始，大規(guī)模加固處理從2008年開始啟動，全部加固處理措施于2013年12月28日完成，整個危巖體加固處理歷時約10年4個月。

2 各階段綜合治理方案、分析與完善

2.1 可行性研究階段

根據(jù)初步勘察的Dr2#危巖體的成因、規(guī)模和三維剛體極限平衡抗滑穩(wěn)定計算成果，可研階段擬采用局部開挖卸荷+大面積錨固的減載處理方案，即考慮對大壩及進水口的嚴重影響，將960m高程以上L1裂隙至崖面全部挖除（開挖方量約36×104m3），并對開挖后的后緣面進行大規(guī)模的錨噴支護處理（錨桿+噴混凝土+2500kN預(yù)應(yīng)力錨索）。

2.2 招標設(shè)計階段

2001年9月，《烏江索風營水電站可行性研究報告》通過審查后，Dr2#危巖體下部的進廠交通洞、上壩交通洞及進水口、壩肩開挖等相繼開工。根據(jù)可研報告審查意見，2001年10月13日起對Dr2#危巖體進行詳細勘察工作，根據(jù)詳勘結(jié)論，Dr2#危巖體實際規(guī)模為78.50×104m3，約為可研階段28.50×104m3的3倍。

2.3 施工詳圖階段

隨著施工的進行，參建各方日益認識到Dr2#危巖體加固處理的復(fù)雜性和艱巨性、工程安全的重要性，并于2004年2月邀請了國內(nèi)著名專家和教授（中國科學院院士陳祖煜、爆破專家張正宇等）在貴陽召開了技術(shù)咨詢會，咨詢會上對原處理加固方案進行深入討論，肯定了“上拉下固”的綜合處理原則，并提出了進一步優(yōu)化意見，即將“以內(nèi)部加固為主”調(diào)整為“以外部加固為主”，將“工程風險”轉(zhuǎn)化為“施工風險”，確保加固施工期的安全。

2.4 施工過程中加固處理設(shè)計變更

隨著施工階段對Dr2#危巖體認識不斷深入，基于“上拉下固”和“外部加固”的思路，2008年在2004年確定Dr2#危巖體加固處理方案基礎(chǔ)上對Dr2#危巖體作了進一步優(yōu)化，并經(jīng)水利水電規(guī)劃設(shè)計總院審查通過，該優(yōu)化處理方案概況起來為“頂戴帽、腰系帶、腳穿鞋”，具體優(yōu)化見圖1。

2.4.1 頂戴帽

危巖體頂部采用混凝土地梁對裂隙進行封閉，并在混凝土地梁中設(shè)47根1000kN有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，同時沿L1裂縫后緣山坡設(shè)置截水溝，防止地表水入滲。

2.4.2 腰系帶

在危巖體中上部L1外側(cè)▽1040～▽1060m采用176根2000kN無粘結(jié)錨索和長錨桿對Dr2#危巖體進行加固，防止Dr2#危巖體傾倒。

2.4.3 腳穿鞋

圖1 施工階段設(shè)計變更典型剖面圖

在危巖體下部T1y3泥頁巖內(nèi)布置一排6根φ7m深度60～80m深的抗滑樁及在危巖體▽930～▽940m沿J4布置12條斷面尺寸為5m×4m的錨固洞，并用鋼筋混凝土擋墻將抗滑樁和錨固洞連接起來，同時在擋墻上施加24根2000kN錨索，形成洞樁錨聯(lián)合加固系統(tǒng)，防止Dr2#危巖體座滑。

2.5 施工過程中錨固洞布置調(diào)整優(yōu)化

在2008年最終通過水利水電規(guī)劃設(shè)計總院審定的Dr2#危巖體加固處理布置方案中，“Dr2#危巖體下部EL930～EL940布置兩層12條4m×5m錨固洞”，即▽930m布置8條，▽940m布置4條，兩層尾部洞間間距只有4m，錨固洞開挖爆破時對該部分巖柱穩(wěn)定影響較大，為減小錨固洞開挖爆破對危巖體穩(wěn)定及下部中控樓的影響，減小施工風險，經(jīng)爆破振動計算分析模擬及三維計算復(fù)核，于2010年8月將12條4m×5m錨固洞優(yōu)化為L1裂隙處鍵槽斷面為3.50m×7.50m，L1裂隙以外斷面為3.50m×4m的8條錨固洞，并將原兩層錨固洞間聯(lián)系擋墻調(diào)整為抗滑樁頂通長的8m×3.42m鋼筋混凝土聯(lián)系大梁，并在聯(lián)系大梁布置20根2000kN的有粘結(jié)錨索，將所有錨固洞和抗滑樁通過聯(lián)系大梁連接成整體，形成“洞、樁、錨”聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)。

2.6 施工過程中L1、L2裂隙回填優(yōu)化調(diào)整

考慮到由Dr2#危巖體外部對L1、L2裂縫進行灌漿存在較大施工及工程風險，為探明L1裂隙是否完全貫通，2012年3月，由下游側(cè)▽976m高程沿L1裂隙開挖斷面為2m×2.50m，長為150m的勘探平硐，并于2012年底完成，根據(jù)開挖揭露Dr2#危巖體下部未完全連通，L1裂隙多被粘土、碎石或鐘乳石充填，溶蝕空洞較少，平均連通率約90%，參數(shù)也有相應(yīng)提高。考慮到施工和工程風險，將L1、L2裂隙回填灌漿進行了優(yōu)化，除底板和頂部外，不再對L1、L2裂隙進行額外的回填灌漿處理。

2.7 施工過程中其它主要優(yōu)化調(diào)整

為降低Dr2#危巖體2-1區(qū)倒懸體錨桿支護的施工風險。根據(jù)計算分析，將錨桿支護優(yōu)化為以Dr2#危巖體底部抗滑樁及樁聯(lián)系大梁為基礎(chǔ)，對2-1區(qū)倒懸體采用C20貼坡混凝土墻進行支撐。

為防止抗滑樁超筋破壞，同時提高抗滑樁在Dr2#危巖體底滑面J1夾層處的抗剪強度，在J1夾層處增加了QU120重軌。

為加強Dr2#危巖體的排水，在所有錨固洞內(nèi)L1、L2裂隙處預(yù)埋排水管，由錨固洞施工支洞將裂隙處滲水排出Dr2#危巖體外。

3 施工安全監(jiān)測設(shè)計

在Dr2#危巖體的施工過程中，如何動態(tài)監(jiān)控Dr2#危巖體的變形情況，以確保工程安全顯得尤為重要，為此在施工過程中明確了以“監(jiān)測指導設(shè)計、施工”為施工安全監(jiān)測的指導方針，施工安全監(jiān)測分為以下兩個部分:

第一，在未進行任何處理時先對Dr2#危巖體各組裂縫表面寬度及危巖體絕對位置進行監(jiān)測，為Ⅰ期監(jiān)測。Ⅰ期監(jiān)測主要包括對頂部及底板勘探平硐內(nèi)揭露的裂縫寬度進行監(jiān)測，并在危巖體頂部表面設(shè)置變形觀測墩，監(jiān)測危巖體的整體變形情況。

第二，在施工過程中，監(jiān)測與施工措施同步實施，對Dr2#危巖體進行動態(tài)監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測情況及時調(diào)整設(shè)計及施工方案為Ⅱ期監(jiān)測。Ⅱ期監(jiān)測主要包括Dr2#危巖體內(nèi)部監(jiān)測、爆破震動監(jiān)測及結(jié)構(gòu)監(jiān)測，內(nèi)部監(jiān)測主要在危巖體中上部▽1040～1064.50m采用多點位移計對L1、L2、L3裂縫進行內(nèi)部裂縫監(jiān)測，以監(jiān)測危巖體的張拉變形；爆破監(jiān)測主要對抗滑樁、錨固洞及中部L1裂隙勘探平硐施工過程中，對開挖爆破進行動態(tài)監(jiān)測，以確保開挖爆破不影響危巖體的穩(wěn)定；結(jié)構(gòu)監(jiān)測主要包括對錨桿、錨索、抗滑樁及錨固洞等結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測。

4 結(jié)語

索風營Dr2#危巖體是在悠久的地質(zhì)年代里各種自然力作用下形成的不良地質(zhì)體，由于位于右壩肩、進水口和電站中控樓上方，在Dr2#危巖體進行大規(guī)模加固處理施工時，電站已投產(chǎn)發(fā)電，Dr2#危巖體的穩(wěn)定性對樞紐及電站運行安全有著極其重要的影響。本文系統(tǒng)歸納、總結(jié)了索風營Dr2#危巖體綜合治理10多年間各階段設(shè)計方案調(diào)整及優(yōu)化情況，為類似的邊坡及危巖體加固工程提供了實踐經(jīng)驗，豐富了邊坡及危巖體加固理論和實踐，可供類似工程借鑒和參考。