梨園水電站進水口冰水堆積體邊坡支護施工技術

廖文瀟，劉勇林，華天波，劉 英，李洪濤(. 四川大學水利水電學院，成都 60065；. 中國水利水電第七工程局有限公司，成都 6008)

1 工程概況

冰水堆積體是第四系堆積作用形成的地質體，特別存在于金沙江中上游、瀾滄江、雅魯藏布江等河流兩岸，在大型水利水電工程建設中，經常遇到大型的冰水堆積體邊坡[1]，大型堆積體的存在使邊坡穩定、支護加固等問題突出。與巖質及土質邊坡相比，構成冰水堆積體的物質成分變異性很大，且空間結構較為復雜。國內外針對冰水堆積體邊坡支護施工技術措施的研究較少，缺乏成熟的理論，沒有相應的技術規范和要求。以往工程實踐中，崗子上隧道口冰水堆積體邊坡采用抗滑樁及錨桿支護[2]，雙江口水電站冰水堆積體邊坡采用掛網噴錨支護方案[3]，溪洛渡水電站左岸谷肩堆積體邊坡坡面設框格梁及錨桿，并設置鋼管樁進行支護[4]。

梨園水電站位于云南省麗江市玉龍縣與迪慶州香格里拉縣交界的金沙江干流上，電站總裝機容量2 400 MW，水庫總庫容7.27億m3。金沙江左岸壩址前的下咱日堆積體大致以下咱日溝為界將堆積體分為Ⅰ、Ⅱ兩個區，梨園水電站進水口位于Ⅱ區下游側邊緣部位，如圖1所示。進水口正面邊坡最大開挖高度達215 m，其中，一半的邊坡為冰水堆積體邊坡，堆積物厚度為18.10～118.97 m[5,6]。

進水口邊坡堆積物主要由兩部分組成：一部分為河流成因的古河床堆積，主要分布于堆積體前部，組成物質以卵礫石為主，局部夾砂或孤石，具成層性和韻律特征，較密實，其間有透鏡狀的粉土、砂土分布，分布不連續；另一部分為冰磧成因的堆積物，物質組成主要為孤石、碎塊石夾粉土，偶夾卵礫石，結構密實，表部具鈣泥質膠結并形成硬殼。

圖1 下咱日冰水堆積體分布Fig.1 The distribution of Xiazanri outwash accumulation

2 邊坡支護加固方案

2.1 邊坡支護加固設計

堆積體邊坡支護加固設計與其他邊坡類似，從兩個方面考慮：一是減少滑坡體的下滑力或減弱甚至完全消除下滑因素，二是增加滑坡體的阻滑力或增加抗滑因素[7]。根據地質情況及工程布置，梨園電站進水口正面邊坡大部分堆積體會被挖除，開挖坡面根據巖石表面形狀進行調整，盡量減少巖石開挖，邊坡分為4個區進行支護，圖2為梨園水電站進水口邊坡剖面支護分區，分區防護方式見表1，各區坡面均噴混凝土，設系統錨桿或錨筋樁，特殊情況設置隨機錨桿，馬道設錨筋樁和深排水孔，開口線設鎖口錨筋樁，各個區域錨筋樁及錨桿間排距不同，視邊坡地質情況而定。

圖2 進水口邊坡支護分區(單位：m)Fig.2 The partitions of slope support in the intake

表1 進水口邊坡支護方式Tab.1 The methods of slope support in the intake

2.2 邊坡支護施工存在問題

針對冰水堆積體邊坡表層膠結體密實程度不一、厚度不均和表層硬殼下大面積分布的砂卵石膠結程度不同等特點，對進水口冰水堆積體邊坡現場勘察，并開展邊坡支護錨筋樁及錨筋造孔及注漿試驗，圖3為冰水堆積體邊坡常規支護方法造孔及注漿效果圖。通過現場試驗，分析堆積體邊坡支護施工主要存在以下問題：

(1)采用常規造孔工藝進行錨桿及錨筋樁施工，塌孔、卡鉆等問題十分嚴重，施工難度大；

(2)采用常規支護方法造孔成孔效率極其低下，錨筋樁成孔深度小于設計孔深，普通錨桿無法成孔，且注漿飽和度不滿足要求，施工質量得不到保障。

圖3 常規支護方法造孔及注漿Fig.3 Grouting by general support method

為解決冰水堆積體邊坡支護施工過程中存在的難題，研究采用跟管鉆進解決錨筋樁成孔難題；采用自進式錨桿代替普通砂漿錨桿解決錨桿成孔難題，并采用研制花管式自進錨桿解決注漿難題，如圖4所示。錨桿注漿擴散孔錯開間隔呈梅花形布置，孔徑在4～6 mm，孔間距在50～80 cm，可在一定程度上防止孔口被堵后漿液擴散不充分。

圖4 錨筋樁跟管鉆進成孔和花管自進式錨桿Fig.4 Anchor-stake drill with pipe and self-drilling perforated anchor

3 邊坡支護施工工藝試驗

3.1 錨筋樁及錨桿造孔試驗

分別對錨筋樁及自進式錨桿進行2組試驗，錨筋樁采用跟管鉆進方式，1組注漿采用“邊注漿邊拔管”無壓注漿方式，2組采用“先拔管后注漿”有壓注漿方式；錨桿為自進式錨桿，YT28手風鉆直接鉆進，采用錨桿頭孔口有壓注漿方式，注漿完畢3天后，對試驗錨筋樁及自進式錨桿進行了物探檢測及挖掘剖切，試驗結果見表2，由表2中數據得到鉆孔長度均滿足要求，說明錨筋樁跟管鉆孔及自進式錨桿均能滿足鉆孔要求，但第2組錨筋樁注漿飽和度不滿足要求，采用“邊注漿邊拔管”的無壓注漿方式可以解決此問題。

表2 跟管錨筋樁及自進式錨桿造孔試驗結果Tab.2 The results of drilling test of anchor-stake with pipe and self-drilling anchor

3.2 跟管錨筋樁注漿試驗

3.2.1對比試驗

試驗按兩種注漿配合比對EL.1 705 m邊坡開口線和EL.1725開口線(0+50～0+100)共4根錨筋樁(長9 m)進行注漿試驗，采用“邊注漿邊拔管”的無壓注漿方式，記錄每根錨筋樁的注漿情況，3天后進行物探檢測，檢查錨筋樁的注漿飽和度，試驗結果見表3，綜合水泥用量及注漿飽和度結果確定錨筋樁施工最佳注漿配合比為1∶1.2∶0.5。

表3 跟管錨筋樁注漿對比試驗及物探檢測結果Tab.3 The results of grouting contrast test and geophysics exploration of anchor-stake with pipe

3.2.2生產試驗

按對比試驗確定的注漿配合比1∶1.2∶0.5對邊坡其他孔位錨筋樁(長9 m)進行注漿試驗，試驗結果見表4，物探檢測長度滿足要求，注漿飽和度均在90%以上，質量等級均為優良，注漿方式和注漿配合比滿足生產要求，驗證了跟管施工工藝在冰水堆積體錨筋樁造孔施工中的適應性，并確定錨筋樁采用“邊注漿邊拔管”的注漿工藝，注漿工藝流程見圖5，“邊注漿邊拔管”注漿工藝使錨筋樁的注漿飽和度得到了充分保障，保證了施工質量。

3.3 花管自進式錨桿注漿試驗

從表2可以看出，常規自進式錨桿能滿足鉆孔深度要求，注漿后雖然僅端部有球狀漿體，但其能達到“鍥形錨桿”的作用，增加錨桿的抗拉拔能力，球狀漿體及錨桿尾部墊板及螺母同邊坡噴混凝土掛網一道，邊坡淺層巖體形成表層“硬殼”，能對邊坡起到較好的穩定作用，但由于桿體無漿液包裹，無法保證注漿飽和度，錨桿的耐久性難以保證，受力狀態也不及合格的砂漿錨桿，因此，研究采用花管自進式錨桿(圖4)解決此難題?；ü茏赃M式錨桿的打入鉆進施工方法同常規自進式錨桿相同，由于桿體上進行了開孔，有利于漿液沿桿體全長向四周擴散，更加有利于桿體周圍裹漿。

表4 跟管錨筋樁注漿生產試驗及物探檢測結果Tab.4 The results of grouting production test and geophysics exploration of anchor-stake with pipe

圖5 錨筋樁注漿工藝流程Fig.5 Grouting process of anchor-stake

3.3.1對比試驗

試驗按兩種注漿配合比對EL.1705～1685(0+50～0+100)及EL.1705～1685(0+100～0+150)邊坡錨桿(長4.5 m，為花管自進式)共計兩組進行注漿試驗，每組錨桿數量均為5根，采用有壓注漿方式，記錄每根錨桿的注漿情況，3天后進行物探檢測，檢查錨桿的注漿飽和度，試驗結果見表5，綜合兩組錨桿注漿平均水泥用量、平均物探檢測長度及注漿飽和度平均值結果確定錨桿施工最佳注漿配合比為1∶0.5。

表5 花管自進式錨桿注漿對比試驗及物探檢測結果Tab.5 The results of grouting contrast test and geophysics exploration of self-drilling perforated anchor

3.3.2生產試驗

按對比試驗確定的注漿配合比1∶0.5對EL.1705～EL.1685(0+50～0+100)其他4組花管自進式錨桿(長4.5 m)進行注漿生產試驗，注漿壓力為0.3～0.5 MPa，從表6可以看出，單根自進式錨桿水泥用量最大值為175 kg，最小值為18 kg，試驗錨桿全部返漿，注漿飽和度均大于90%，滿足質量要求，花管自進式錨桿能解決普通錨桿注漿不飽和的難題。

表6 花管自進式錨桿注漿生產試驗及物探檢測結果Tab.6 The results of grouting production test and geophysics exploration of self-drilling perforated anchor

在自進式錨桿試驗中，出現單根錨桿水泥耗量(注漿量)偏差較大，甚至部分單根水泥用量僅為18 kg水泥耗量的現象，經分析，是由于冰水堆積體內隨著埋深不同，堆積物巖性變化較大，且分布不均勻，致密程度不同，堆積體及崩積層等產狀交錯，當自進式錨桿恰處于冰水堆積體膠結程度較強，巖石分化程度較弱，結構較致密的冰水堆積體中時，水泥漿液無法擴散，從而導致注漿量較?。涣硪环N情況，由于冰水堆積體內分布有大量的粉細砂質結構，而錨桿桿體注漿擴散孔直徑僅為4 mm，錨桿鉆進過程中很容易造成堵孔，使得漿液無法充分擴散，從而出現注漿量較小的情況。

3.3.3應用效果

觀察錨桿現場注漿情況，并對錨桿注漿部位的邊坡進行剖切，圖6為花管自進式錨桿注漿效果，從圖中可以看出，孔口返漿，注漿效果好，其桿體大部分被漿體包裹，能保證錨桿的耐久性和力學性能的發揮。

圖6 花管自進式錨桿注漿效果Fig.6 Grouting effect of self-drilling perforated anchor

4 結 語

冰水堆積物構成的邊坡，組成物質為冰磧層和沖積的砂卵礫石層，以粗顆粒的卵礫石、碎塊石、孤石為主，邊坡屬巨粒土散體介質邊坡。由于常規造孔工藝不能滿足冰水堆積體邊坡支護造孔的需要，在常規方法基礎上研究創新，采用跟管錨筋樁和花管自進式錨桿，解決了堆積體邊坡成孔困難，施工難度大，施工質量無法保障等難題，通過錨筋樁及錨桿注漿試驗確定最佳注漿配合比及注漿壓力等參數。施工期安全監測結果表明，邊坡監測數據變化平穩，變形較小，邊坡穩定。梨園水電站進水口邊坡工程的成功經驗，對類似冰水堆積體邊坡施工具有指導意義。

□

[1] 中國第四紀冰川與環境研究中心，中國第四紀研究委員會，中國西部第四紀冰川與環境[M].北京：科學出版社，1996.

[2] 高美奔，鄧 輝，涂國祥，等. 崗子上隧道口冰水堆積體邊坡開挖支護措施研究[J]. 鐵道建筑，2014，(5)：115-119.

[3] 沈習文，聶大豐，吳永安. 雙江口水電站庫區左岸冰水堆積體邊坡穩定性分析[J]. 水電站設計，2010，26(4):46-50.

[4] 楊雪洲. 堆積體開挖邊坡變形特征分析與支護措施研究[D]. 成都：成都理工大學，2010.

[5] 姚 強，李洪濤，周家文，等. 大規模冰水堆積體鉆爆開挖參數優化理論與試驗研究[J]. 四川大學學報(工程科學版)，2013，45(4)：1-6.

[6] 王志強，楊興國，李洪濤，等. 大規模冰水堆積體鉆爆施工技術[J]. 人民黃河，2014，36(4):120-122.

[7] 程學權. 某大型冰水堆積體開挖邊坡穩定性分析與支護措施研究[D]. 成都：西南交通大學，2013.