樊 鵬，王 寧

（中國水利水電第五工程局，四川 成都 610066）

1 工程概況

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，為大渡河開發(fā)的第10級電站，樞紐工程建筑物主要由礫石土心墻壩、泄洪系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)組成，總裝機2600MW，主要建筑物為一等大（1）工程。

右岸壩肩邊坡工程為高邊坡施工，邊坡開挖設計開口線高程為EL.1735m，邊坡最大開挖高度250m。其中 EL.1485～1520m 開挖坡比 1∶0.9，EL.1520～1697m 開挖坡比 1∶0.7，壩頂 EL.1697m以上永久開挖邊坡1∶0.5，在EL.1727m高程設一條馬道，馬道寬3.0m。右岸壩肩邊坡支護包括錨桿、錨筋、錨筋束、預應力錨索施工、噴混凝土噴護，以及排水孔施工。根據(jù)招標圖紙，預應力錨索主要布置在壩頂（高程EL.1697m）以上邊坡上，錨筋分布在中部混凝土板基礎面上，其它部位為錨桿。壩頂以上混凝土噴護厚度為15cm，以下為8cm，巖體較破碎的排水孔內(nèi)放入塑料盲溝。

右岸邊坡設計開挖線1735m以上至2085m范圍內(nèi)邊坡存在大量坡積體，隨時可能發(fā)生局部塌滑及掉塊現(xiàn)象，為了確保施工期及電站運行期的安全，本工程采用了主、被動網(wǎng)對開挖范圍之外的高邊坡進行聯(lián)合防護。

2 防護的必要性

右岸邊坡山體高達600～700m，坡度由下至上在60°～90°范圍內(nèi)變化，坡面地形呈凸出山脊，三面臨空，地貌結構十分復雜，凸凹不平，局部區(qū)域出現(xiàn)了彈跳平臺或坡度拐點。巖石裸露，幾乎無植被，多處出現(xiàn)淺表層卸荷拉裂巖體。大自然的作用使山體不斷滋生許多潛在危石，山體的中上部位表層顯得十分破碎，時有掉塊發(fā)生。

通過進場后對現(xiàn)場地形察勘，右岸邊坡設計開挖線1735m以上至2085m高程范圍內(nèi)，均不同程度存在坡積體，在下部開挖爆破施工過程中，隨后可能因爆破振動發(fā)生塌滑，為了確保電站施工期及運行期安全，右岸邊坡設計開挖范圍之外的邊坡需進行必要的安全防護。

3 右岸邊坡防護設計

根據(jù)現(xiàn)場實地勘察，右岸邊坡設計開挖范圍之外尚存在不穩(wěn)定邊坡面積達30000m2，表層坡積體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，因此邊坡防護方案以盡量減少邊坡擾動，采取以防為主，局部危石清撬為輔的原則。經(jīng)綜合考慮后，最終確定邊坡不穩(wěn)定坡面采用主動網(wǎng)進行覆蓋，并在下方設置一道被動網(wǎng)。

3.1 主動柔性防護安全系統(tǒng)設計

針對不同的邊坡病害區(qū)，根據(jù)力學原理，以及“局部受力、整體承載”的理念，得出主動柔性防護系統(tǒng)的具體方案。

取危石質(zhì)量 m=1000kg，密度 ρ=2.7g/cm3，體積V=0.6m×0.6m×1.02m。

危石受到阻止下滑的靜摩擦力為：

式中 F阻為危石受到的最大下滑阻力，包括山體對危石的阻力和鋼繩網(wǎng)對危石的阻力；m為危石的質(zhì)量，θ為坡度；μ1為危石與山體的靜摩擦系數(shù)；μ2為柔性鋼繩網(wǎng)與危石的摩擦系數(shù)；P為柔性綱繩網(wǎng)對危石的法向壓力。

將 μ1=1，μ2=1，P=4kN，S=1m2，θ=60°代入上式得：

F阻=13kN；

F下=mgsinθ=8.66kN（F下為危石的下滑分力）。

根據(jù)以上計算及工程實際情況，選定型號為“FSS-JG-250-G”加強型主動柔性防護系統(tǒng)。加強型FSS-JG-250-G與普通型FSS-JG-300-G相比，鋼繩網(wǎng)更密，強度更好，錨桿數(shù)量增加，整體抗拔力增大，這是基于山體病害嚴重（山體高、陡峭，而且十分破碎）來確定的。因此，采用FSS-JG-250-G最為可靠。

該處山體巖層破碎，堆積層厚達2～3m，清方只能清除表面部分危石，由于山勢十分險峻，采用潛空鉆和大功率空壓機來滿足鉆孔深度是難以實現(xiàn)的，只能采用手風鉆鉆孔，但鉆孔深度都難以保證。為此針對本工程實際情況，專門組織技術工程人員現(xiàn)場研究認為：在堆積層采用長2m錨桿的“整體”基礎較為可行。通過混凝土滲注，使基礎與周邊粘接成整體以達到錨桿抗拔力設計要求。

防護系統(tǒng)的上沿錨桿采用深度為3m的雙排式錨桿。

3.2 被動柔性防護安全系統(tǒng)設計

（1）被動系統(tǒng)能級的確定

選擇多大的能級系統(tǒng)主要根據(jù)邊坡高度、危石大小、地形地貌和“子彈效應”的影響等綜合因素來測算的，同時應適當增大“保險系數(shù)”。

首要考慮的是來自邊坡高處危石帶來的威脅，1792m高程處的被動防護系統(tǒng)至上部主動防護系統(tǒng)落差約100m。取上部高處質(zhì)量為 540kg的危石作為研究對象，危石體積V=0.2×1×1=0.2m3，危石密度 ρ=2700kg/m3，危石落差取 h=100m，坡面對危石的動摩擦系數(shù)μ=0.7；山體坡度α=60°，具體狀況見圖 1。

計算公式：E勢=mgh

圖1 危石平動動能計算簡圖

E=ET+EA(ET=MV2/2，EA=1/2Iω2)

ET=E/1.2（經(jīng)驗公式）

計算結果：ET=342.9kJ

根據(jù)計算結果,危石的平動動能為342.9kJ，選擇能級500kJ的FSS-PD-500型被動柔性安全防護系統(tǒng)。

（2）被動系統(tǒng)高度和安裝位置的確定

為了實現(xiàn)有效攔截，確定系統(tǒng)的高度是非常重要的，系統(tǒng)的高度與能級無關，但與危石彈跳的速度和彈跳的角度有關。

彈跳高度 H=V2sin2θ/2g （θ為坡度 45°～60°）

V≤(2gh)1/2（h為危石落差）

由此可見，為了避免危石在彈跳時翻越攔截系統(tǒng)，系統(tǒng)應安裝在地形平坦區(qū)靠山上方的斜坡部位，原則上選擇在落石動量小、彈跳高度低的位置，安置在危石拋物線軌跡起始部位。結合工程實踐經(jīng)驗，被動防護系統(tǒng)高度確定為5m。

4 方案實施

右岸邊坡開挖線之外主要的防護范圍分布在1792～2085m高程，垂直高差達600m之多，且防護面積大，范圍廣，安全防護網(wǎng)施工存在很大難度。

4.1 施工難點

（1）柔性防護網(wǎng)施工區(qū)域地勢高、山體陡、道路難。從S211省道至防護區(qū)垂直高差約550m。由于該段山體極陡，施工道路很難修建，目前項目部已經(jīng)修建的部分臨時施工道路為機械路，車輛無法行走。高程EL.1700m往上再無法修筑機械路，只能修筑人行道至各施工現(xiàn)場，根據(jù)本方案的工程量計算，防護網(wǎng)所需材料總重約300t（防護網(wǎng)約40多t，水泥沙石約250多t），大部分材料需人工搬運至各施工場地。為了保證施工期材料的供應，在施工期專門成立物資保障隊伍，專門進行施工及生產(chǎn)物資的轉(zhuǎn)運工作，大大增加了施工費用。

（2）由于施工道路多數(shù)為人行道。施工人員生活保障難度極大，施工人員居住在S211省道附近，則無法保證施工時的時間利用率，如果居住在EL.1992m高程，生活問題很突出，為了解決生活問題，必須利用大量人力往上背運生活物資及生活用水。

（3）施工安裝期間對周邊安全的影響。因修建施工便道及危石清撬、柔性防護安裝對周邊安全都將產(chǎn)生影響，因此處于防護工程正下方的中鐵十九局施工營地及臨建設施是否需要搬遷；上游的中水十四局及中水七局的臨時設施是否需要搬遷；在施工區(qū)EL.1850m左右有一條通訊光纜是否需要改線；施工區(qū)下方項目部水電等臨建設施是否需拆除；施工期間S211省道是否需要實行交通管制等都待考慮。

4.2 主動防護系統(tǒng)施工方法及技術要求

縱橫交錯的φ16縱向支撐繩和φ16橫向支撐繩構成4.5m的正方形模式與2～3m長的錨桿相聯(lián)結，每個4.5m×4.5m網(wǎng)格內(nèi)鋪設一張4.0m×4.0m的DO/08/250型鋼繩網(wǎng)，每張鋼繩網(wǎng)與四周支撐繩間用縫合繩縫合聯(lián)結并進行預張拉，該預張拉工藝能使系統(tǒng)對坡面施以一定的方向預緊壓力，從而提高表層巖土體的穩(wěn)定性，阻止崩塌落石的發(fā)生，同時，在鋼繩網(wǎng)下鋪設小網(wǎng)孔的SO/2.2/50型格柵網(wǎng)，以阻止小尺寸巖塊的塌落；

4.3 被動防護系統(tǒng)施工方法及技術要求

按設計并結合現(xiàn)場地形對鋼柱和錨桿基礎進行測量定位，現(xiàn)場放線長度應比設計系統(tǒng)長度增加約3%～8%,對地形起伏較大。系統(tǒng)布置難沿同一等高線呈直線布置時取上限（8%）；對地形較平整規(guī)則，系統(tǒng)布置能基本上在同一高線沿直線布置時取下線（3%）。在此基礎上,柱間距可以為設計間距20%的縮短或加寬調(diào)整范圍。對覆蓋層不厚的地方，當開挖至基巖而尚未達到設計深度時，則在基坑內(nèi)的錨孔位置處鉆鑿錨桿孔，待錨桿插入基巖并注漿后才灌注上部基礎混凝土。

5 結語

長河壩電站右岸邊坡開挖線范圍之外的安全防護網(wǎng)施工項目在2008年2月3日開始施工，截至5月10日全部完成?！?·12”地震，主被動聯(lián)合防護效果明顯，震后，僅幾處有20～30cm崩落并被被動網(wǎng)攔住，而其他未防護邊坡出現(xiàn)大量的滾石，阻斷了道路，防護網(wǎng)成功使用并達到了預期效果。本項目共施工主動網(wǎng)防護施工面積達17000m2，被動網(wǎng)防護面積為1050m2，防護范圍大、施工難度高，在類似工程施工中具有一定的推廣及借鑒意義。