全錨索支護在某拱壩壩肩高邊坡加固處理中的應用

盧冰華

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

本工程主要任務是調(diào)節(jié)控制山口斷面徑流，具有灌溉和發(fā)電等綜合效益。大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高94m。樞紐總庫容為2.21億m3，大(2)型Ⅱ等工程。壩址區(qū)氣候條件比較惡劣，氣候干燥，夏季炎熱，冬季嚴寒，氣溫年較差懸殊，日較差明顯，寒潮出現(xiàn)次數(shù)多。多年平均氣溫為5.0℃，極端最高氣溫39.4℃，極端最低氣溫-41.2℃。

壩址處河道順直，地形完整，兩岸山體雄厚，基巖裸露，岸坡陡峻，河谷寬高比約為2.31，呈基本對稱“V”型峽谷。壩址區(qū)河床及兩岸壩肩地基巖體主要為灰白色花崗片麻巖和灰黑色黑云母斜長片麻巖，分別屬于AⅡ、BⅢ類巖體，壩基范圍內(nèi)斷層不發(fā)育，無制約性的斷層和節(jié)理，僅左岸發(fā)育一組斷續(xù)延伸的緩傾角裂隙，傾向下游偏向岸里，走向山內(nèi)，不存在構(gòu)成壩肩的滑動組合體，壩肩抗滑穩(wěn)定是受表層砼與巖體、巖體與巖體接觸面抗剪強度控制。壩基巖體無影響整體穩(wěn)定的貫穿性結(jié)構(gòu)面。壩址區(qū)地震基本烈度為7°。

2 地質(zhì)情況

壩肩巖體的主要為中泥盆統(tǒng)阿爾泰組(D2a-4)厚層-巨厚層狀灰白色花崗片麻巖，微～新鮮巖體質(zhì)量屬AⅡ類巖體，兩岸為(D2a-4)厚層-巨厚層狀灰白色花崗片麻巖，局部為(D2a-3)薄層-中厚狀灰黑色黑云母斜長片麻巖，微風化～新鮮巖體質(zhì)量屬AⅡ、BⅢ1類。

左岸壩基水平開挖深度除至微風化-新鮮巖體外，還需跨過卸荷影響帶及緩傾角裂隙(f105、L106)一定深度，并結(jié)合壩肩穩(wěn)定加深；右岸壩基水平開挖深度除至微風化～新鮮巖體內(nèi)，還應結(jié)合L7、L8裂隙切割對壩肩穩(wěn)定的影響增加深度。故樞紐區(qū)建筑物基礎(chǔ)開挖的弱風化巖邊坡較高，邊坡穩(wěn)定問題較突出。

壩頂高程649m，纜機平臺高程699m，纜機平臺以下開挖邊坡1∶0.3，根據(jù)纜機平臺的布設需要，該級馬道加寬為5m，699m高程以上開挖邊坡為1∶0.5，因此，壩頂左岸壩肩平臺弱風化開挖邊坡高達104m，共10級馬道，屬于高陡邊坡。右岸壩肩弱風化開挖邊坡高度在40m左右，開挖邊坡1∶0.5。因此，左壩肩平臺高邊坡為大壩基礎(chǔ)開挖邊坡穩(wěn)定的控制部位。

3 加固處理措施

邊坡開挖支護遵循“自上而下、逐層開挖，邊開挖、邊支護處理”的原則。

(1)根據(jù)穩(wěn)定分析計算結(jié)果，對開挖邊坡邊緣“風化破碎圈”范圍內(nèi)，巖石比較破碎的部位設置錨筋樁。錨筋樁采用3Φ28，L=9m，間排距5m，梅花形布置，入射角為10°，樁底伸入弱風化基巖。

表1 左岸壩肩高邊坡裂隙及其巖石體物理力學參數(shù)值

(2)為保證大壩開挖邊坡表層局部巖體穩(wěn)定，整個坡面采用掛鋼筋網(wǎng)+噴混凝土和系統(tǒng)錨桿+鎖邊錨桿+錨筋樁的柔性支護處理措施，掛網(wǎng)噴混凝土對坡面進行封閉，可防止雨水沖刷坡面和坡面水入滲，以防止坡面巖體的進一步風化。每層馬道以下設置兩排瑣邊系統(tǒng)錨桿，采用Φ28，錨入巖石6m，間排距2m，梅花型布置。系統(tǒng)錨桿采用Φ28，錨入巖石4.5m，間排距2m，梅花型布置。采用C25砼掛網(wǎng)噴護，噴厚10cm，掛網(wǎng)鋼筋直徑Φ8，間、排距20cm。

(3)針對施工中揭露的深層不利滑裂面，為避免深層滑動，根據(jù)穩(wěn)定分析計算結(jié)果，采用設置預應力錨索支護措施。可以對邊坡施加主動支護力，提高邊坡沿斷層面的抗滑安全系數(shù)，防止邊坡因開挖卸荷和爆破震動影響松弛張裂的進一步發(fā)展。錨索設計原則是錨索的長度穿過潛滑面，并將內(nèi)錨固段置于完整巖體內(nèi)。錨索應長短穿插布置避免錨索根部的拉應力集中造成邊坡新的潛滑面。左壩頭邊坡共布置錨索89根，錨筋樁24根，其中2000kN級41根，1000kN級48根。2000kN級采用雙層保護自由式預應力錨索。單根錨索最大長度40m，錨索間距在高程方向為6m，水平方向為6m。1000kN級采用黏結(jié)式預應力錨索。單根錨索最大長度40m，錨索間距在高程方向為6m，水平方向為6m。錨索方位與邊坡走向垂直，錨索傾角為下傾10°。

(4)地下水對邊坡抗滑穩(wěn)定安全度的影響比較明顯，地下水位越低，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)越大，為了提高邊坡穩(wěn)定安全度及盡量減小地下水對邊坡的危害，在開挖邊坡范圍內(nèi)設置排水孔，孔深5m，間排距5m，梅花型布置，向上傾5°。

(5)為減小施工爆破震動對邊坡的影響，施工中采取預裂、光面等控制爆破、控制藥量等措施，以保證邊坡穩(wěn)定，同時加強施工期邊坡變形觀測，發(fā)現(xiàn)問題及早處理。

4 邊坡穩(wěn)定分析

4.1 計算參數(shù)及基本資料

左岸壩肩平臺邊坡為永久邊坡，級別2級，邊坡設計烈度為7°。

左岸壩肩平臺邊坡存在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組裂隙，且三組裂隙隨機分布，高邊坡穩(wěn)定分析及處理主要考慮該三組裂隙。邊坡強弱風化巖石及裂隙巖石體物理力學參數(shù)詳見表1。

4.2 計算方法

采用薩爾瑪法(Sarma)，利用北京理正邊坡計算程序進行計算，同時又采用中國水科院陳祖煜教授極限平衡法穩(wěn)定分析程序EMU進行符合。只對正常運用工況和地震工況進行計算分析。

計算工況如下：

正常運用條件：正常蓄水位、設計洪水位、死水位。

非正常運用條件Ⅱ：正常運用條件+地震。

邊坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)詳見表2。

表2 邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表

4.3 計算結(jié)論

對左岸壩肩平臺高邊坡選取了兩個典型剖面進行了穩(wěn)定分析。其中，LⅠ組層面產(chǎn)狀320～340°NE∠40～50°為沿順坡向節(jié)理，與坡外邊線交角較小，傾向坡外，且延伸至頂部坡面線，在巖體下部、中部、上部分別被LⅢ組、LⅡ組、LⅢ組切斷。各剖面抗滑穩(wěn)定計算詳見表3。

表3 左岸壩肩平臺高邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表

表4 左岸高邊坡位移年均值對比表 單位:mm

根據(jù)穩(wěn)定分析結(jié)果，邊坡未采用錨索支護措施的穩(wěn)定安全系數(shù)較低，考慮錨索支護措施后，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)明顯提高，因此，考慮錨索對邊坡穩(wěn)定有利，且錨索加固措施使邊坡滿足穩(wěn)定要求，技術(shù)上左壩肩平臺高邊坡錨索加固處理方案是可行的。

5 邊坡監(jiān)測

在大壩左岸EL649平臺高邊坡EL670、EL700、EL720、EL740高程共布置了8組四點式多點位移計，以及時反映邊坡巖石變形情況，用來長期監(jiān)測邊坡巖體的深層變形。邊坡各測點多點位移計監(jiān)測特征值見表4。

由表4監(jiān)測成果表明，多點位移計測值初期受施工環(huán)境影響，略有跳動，之后測值變化較為平緩。總體來看，左岸邊坡位移不大，最大位移僅出現(xiàn)在孔口附近；左岸邊坡位移部分測點隨著時間有緩慢增大的趨勢，但增長值很小，年增長率不超過0.5mm。

邊坡加固方案的形成，伴隨邊坡施工的全過程，目前，本工程左岸壩肩平臺高邊坡運行已滿4年，根據(jù)施工開挖所揭露的地質(zhì)情況，以及現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，不斷對支護措施做出適當調(diào)整，從而形成最終較為安全、合理的綜合加固方案。通過4年監(jiān)測資料顯示，各監(jiān)測值變化量小且趨于平穩(wěn)，表明邊坡整體穩(wěn)定性較好。

6 結(jié)論

左岸壩肩平臺高邊坡采用控制爆破+排水+系統(tǒng)錨桿+鎖邊錨桿+噴混凝土+預應力錨索等多種綜合加固措施處理。預應力錨索有效的加固了邊坡深層卸荷松動區(qū)，提高了邊坡巖體的整體穩(wěn)定性。

左岸壩肩平臺邊坡高達100m左右，邊坡的穩(wěn)定是重大的工程問題之一，加強對邊坡性態(tài)的監(jiān)測，對觀測資料進行分析和反饋是保證邊坡安全的重要手段。邊坡變形監(jiān)測資料表明測值穩(wěn)定，說明高邊坡是穩(wěn)定的。通過不斷理論研究、施工實踐和監(jiān)測資料的反饋分析，邊坡采取的綜合加固措施是有效可靠的，值得同類工程借鑒。