李正兵，趙海洋

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610081)

隨著西部大開發(fā)的深入，水電工程向高海拔和高峽谷地區(qū)轉(zhuǎn)移，超高人工邊坡的開挖及治理已成為影響大型及巨型水電工程建設進度、安全乃至成敗的關(guān)鍵。因此，對高陡邊坡變形失穩(wěn)機制進行分析研究，備受參與水電工程建設的技術(shù)人員關(guān)注。一般而言，通過對地質(zhì)現(xiàn)象進行觀察和分析，研究巖土體邊坡所處的變形狀態(tài)、破壞的可能性、破壞的規(guī)模及潛在滑動面的產(chǎn)生和發(fā)展，進而對巖土體邊坡的穩(wěn)定性做出評價，最終研究出治理和加固邊坡的工程措施。

1 錦屏一級水電站工程概況

錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，是雅礱江干流中下游水電開發(fā)的龍頭水庫。

大壩為世界第一高混凝土雙曲拱壩，最大壩高305 m，庫容77億m3。大壩左岸自然邊坡坡高達2 500 m以上，開挖邊坡高度超過500 m，治理難度極大，是錦屏高拱壩建設中的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。

2 1#危巖體開挖邊坡工程地質(zhì)條件

左岸1#危巖體邊坡位于錦屏一級水電站前期勘察設計階段Ⅱ勘探線(2、3#危巖體)和Ⅴ勘探線山梁之間，地貌上為一小山梁，山梁寬60～80 m，高度約90 m，兩側(cè)各發(fā)育一條小沖溝，相對切割深度為10～20 m。地形陡峭，坡度為40°～60°，局部呈現(xiàn)為陡崖。2 050 m高程以上多被崩坡積塊碎石土覆蓋，植被發(fā)育;2 050 m高程以下巖石露頭較好。坡體為雜谷腦組第三段砂板巖構(gòu)成的反向坡。

地層巖性分別為:(1)第四系崩坡積堆積(col+dlQ);(2)基巖:巖性為雜谷腦組第三段變質(zhì)砂巖及粉砂質(zhì)板巖;(3)煌斑巖脈(X)，總體產(chǎn)狀N60°～80°E，SE∠70°～90°，巖脈寬約1.5 ～3 m，抗風化能力差，普遍強風化，性狀極差，是控制1#危巖體開挖邊坡整體穩(wěn)定性的主要結(jié)構(gòu)面。

地質(zhì)構(gòu)造:(1)斷層:fLL1(X)斷層、fLLⅡ1斷層等;(2)層間擠壓錯動帶;(3)節(jié)理裂隙:主要發(fā)育①、②、④組，少量③組。工程地質(zhì)剖面如圖1所示。此外還有風化、卸荷和傾倒變形等物理地質(zhì)現(xiàn)象。

圖1 1#危巖體邊坡剖面圖

3 邊坡可能發(fā)生的破壞形式

通過對左岸1#危巖體開挖邊坡中發(fā)育的斷層、層間擠壓錯動帶、煌斑巖脈以及各組卸荷裂隙在開挖邊坡中的展布位置、與邊坡的交切組合關(guān)系、結(jié)合該邊坡結(jié)構(gòu)面力學參數(shù)進行穩(wěn)定分析后得知，左岸1#危巖體開挖邊坡可能產(chǎn)生的破壞形式有以下兩種情況:

(1)以煌斑巖脈X、f1B－1(fLL2)斷層、拉裂縫L4為后緣切割面，底部沿傾倒變形底界剪斷傾倒變形的Ⅳ2、Ⅴ級巖體，其中以拉裂縫L4為后緣切割面的塊體規(guī)模最大;

(2)以煌斑巖脈X、f1B－1(fLL2)斷層、拉裂縫L4為后緣切割面，以fLLⅡ1斷層為底滑面的平面滑動破壞，但上游側(cè)邊界不清楚。該模式中以拉裂縫L4為后緣切割面的塊體規(guī)模最大(圖1)。

4 1#危巖體邊坡的加固治理

錦屏一級水電站左岸邊坡1#危巖體加固方案為:削坡減載，以預應力錨索加固和邊坡截、排水為主，保持和提高邊坡巖體的強度，保證邊坡的整體穩(wěn)定;對邊坡表層松動巖體、潛在不穩(wěn)定塊體采取以噴混凝土、錨桿及預應力錨索為主的支護措施。對開口線外的危石以主、被動防護網(wǎng)進行防護處理。

4.1 邊坡截、排水系統(tǒng)

對邊坡滲透水的處理為防、排結(jié)合。封閉表層發(fā)育的裂隙斷層，在開挖邊坡及其周邊設置邊坡截、排水系統(tǒng)(周邊截水溝、開挖坡面排水溝及坡面排水孔、排水平硐及地下排水孔)，阻止降水的內(nèi)滲并保證坡內(nèi)地下水的外流，確保邊坡巖體不受滲透水作用而產(chǎn)生破壞，避免地下水滲流降低邊坡巖體的力學參數(shù)。邊坡截排水布置如圖2所示。

圖2 1#危巖體邊坡截排水布置圖

4.2 邊坡防護及超前鎖口處理

對危巖體開挖邊坡開口線附近的區(qū)域采用柔性被動防護網(wǎng)進行防護處理;對危巖體開挖邊坡采取錨桿束進行鎖口處理，以增強對開口線上部危石的防護，加固開口線附近的破碎巖體。

柔性防護系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢和特點:

可靠性和經(jīng)濟性、柔性與整體性、良好的地形適應性、美觀和環(huán)保、施工快速便捷、防腐能力強且便于維護。正是基于其具有的優(yōu)勢和特點，在錦屏一級水電站危巖體的治理中最終廣泛采用了柔性防護系統(tǒng)。防護系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 被動防護網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡圖

4.3 開挖邊坡的預灌漿及錨筋束

左岸砂板巖邊坡表層軟弱結(jié)構(gòu)面具有風化強烈、卸荷拉裂和回彈錯動以及表部傾倒拉裂等突出特點，加之設計采用的開挖坡比不小于1∶0.5，從而加大了對開挖過程中的邊坡穩(wěn)定性要求。設計采用在邊坡開挖前進行邊坡預灌漿及馬道鎖口錨桿束孔，以提高表層開挖巖體的穩(wěn)定性，減少開挖過程中的失穩(wěn)風險。錨筋束按間距2 m，內(nèi)傾15°，深12 m布置，如圖4所示。

圖4 錨筋束兼預灌漿布置圖

4.4 錨桿及噴射混凝土加固

錨桿為全長粘結(jié)砂漿錨桿，主要用于與坡面噴混凝土結(jié)合，以提高邊坡表層松動帶的整體性，加固邊坡表層出露的小塊體。錨桿系統(tǒng)布置的間排距為2.5 m ×2.5 m，長6 m、9 m，梅花形相間布置。

為防止巖體進一步風化并減少入滲，部分斜坡面采用掛網(wǎng)噴混凝土，掛網(wǎng)φ6.5@15 cm×15 cm，噴混凝土厚15 cm。

4.5 預應力錨索加固

錨索的主要作用是限制邊坡卸荷裂隙的擴展，改善邊坡巖體的應力狀態(tài)、變形條件及穩(wěn)定性。由于擠壓帶作為邊坡穩(wěn)定的控制結(jié)構(gòu)面，其連通率不明確，現(xiàn)階段按系統(tǒng)布置，根據(jù)開挖揭示的情況進行復核計算，以確定或調(diào)整支護措施。

具體布置如下:

系統(tǒng)支護:系統(tǒng)布置2 000 kN預應力錨索，錨索深60～80 m，間排距4 m×4 m，梅花形長短交錯布置(圖5)。

圖5 錨筋束兼預灌漿布置圖

4.6 框格和貼坡混凝土加固

利用錨索并結(jié)合邊坡設置的各級馬道形成被覆式加固結(jié)構(gòu)，實施框格梁混凝土及馬道混凝土，對破碎的危巖體坡面進行加固治理(圖6)。

圖6 被覆式錨固體系設計剖面圖

5 邊坡錨固支護后的安全系數(shù)

根據(jù)所制定的邊坡加固治理工程措施，鎖口支護及坡面淺表層錨噴支護保證了邊坡分層開挖中的臨時穩(wěn)定。邊坡深層加固治理——預應力錨索結(jié)合框格梁保證了邊坡永久穩(wěn)定與安全。邊坡加固治理后的安全穩(wěn)定系數(shù)以施加預應力錨索后的措施進行校核計算，以驗證其是否滿足水電水利工程邊坡Ⅰ級設計安全系數(shù)大于1.3的要求，參見《水電水利工程邊坡設計規(guī)范》DL/T5353－2006。

通過取值、分析并按垂直條分法計算驗證，邊坡經(jīng)過預應力錨索加固后，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.51＞1.3，滿足邊坡設計安全系數(shù)要求。

6 邊坡變形監(jiān)測

6.1 邊坡變形監(jiān)測設施布置

根據(jù)大壩左岸1#危巖體邊坡地形及工程地質(zhì)特點，結(jié)合設計規(guī)范要求和開挖過程中變形的特征制定了以下原則:穩(wěn)定性監(jiān)測以變形監(jiān)測為主，滑動面以地表變形監(jiān)測為主。依此原則對其進行了系統(tǒng)的監(jiān)測布置，如沉降觀測、多點位移計、錨桿應力計、錨索測力計等(圖7、8)。

圖7 1#危巖體邊坡監(jiān)測布置平面圖

圖8 1#危巖體邊坡監(jiān)測布置剖面圖

6.2 外觀監(jiān)測成果

對左岸1#危巖體邊坡實施并進行了觀測的外觀變形點為兩處，共進行了37次觀測。開挖是施工期邊坡巖體變形的重要影響因素，典型的巖體變形與邊坡開挖關(guān)系曲線見圖9、10。觀測成果表明:有相同起始觀測時間的測點位移量值基本相當，同一高程測點巖體變形無明顯差異，巖體變形量大小和位移方向在空間分布上呈現(xiàn)出較好的整體性和一致性，可以認為巖體變形主要是由開挖引起的巖體卸荷回彈變形。

表1 監(jiān)測儀器分布統(tǒng)計表

圖9 測點TP4變形過程與開挖關(guān)系圖

圖10 測點TP5位移速率變化過程曲線圖

巖體開挖卸荷回彈變形隨時間的增長一直呈緩慢增加趨勢，測點位移速率過程曲線呈小幅振蕩形態(tài)，與邊坡開挖過程相對應。位移速率無明顯連續(xù)增長趨勢出現(xiàn)，邊坡巖體已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6.3 多點位移計監(jiān)測成果

左岸1#危巖體多點位移計監(jiān)測成果的典型位移變化過程曲線見圖11。

圖11 左岸1#危巖體高程2 050 m排水洞四點式位移計M4P1位移變化過程曲線圖

6.4 錨索測力計監(jiān)測成果

左岸1#危巖體邊坡錨索測力計監(jiān)測情況如圖12所示，1#危巖體邊坡錨索測力計監(jiān)測數(shù)據(jù)增大減小各半，錨固力損失值滿足規(guī)范和設計要求，變形已趨于穩(wěn)定。

圖12 錨索測力計WYM4－1錨固力變化與開挖關(guān)系圖

左岸1#危巖體工程邊坡變形監(jiān)測成果表明:淺表層巖體變形與邊坡開挖卸荷相關(guān)，其局部巖體變形與煌斑巖脈有關(guān)，邊坡上部經(jīng)過錨固治理后變形已穩(wěn)定。

7 結(jié)語

筆者通過對錦屏高拱壩左岸1#危巖體工程邊坡的工程地質(zhì)條件、穩(wěn)定性及邊坡加固治理設計實踐和監(jiān)測資料進行分析，得出了以下幾點結(jié)論:

(1)1#危巖體工程邊坡在天然狀態(tài)下邊坡發(fā)育的軟弱結(jié)構(gòu)面對邊坡進行了切割，其構(gòu)成潛在的不穩(wěn)定塊體，整體穩(wěn)定性較差，存在失穩(wěn)的可能，需采取加固措施方能滿足穩(wěn)定要求。

(2)通過實施對滾石采取柔性防護體系為前提，對各組合塊體采取截排水為基礎、加強開挖前鎖口支護與邊坡預灌漿并結(jié)合錨噴支護、被覆式預應力錨索結(jié)合框格梁為主要加固手段的綜合治理措施，實現(xiàn)了對該邊坡的有效治理。

(3)由加固治理和實施后的復核計算結(jié)果得知各塊體的安全系數(shù)大于1.3，達到了水電水利工程A類樞紐區(qū)Ⅰ級邊坡的安全系數(shù)要求，并有一定的安全裕度，故所采取的支護設計及實施措施是合適的。通過近四年時間的檢驗以及監(jiān)測資料分析顯示:該工程邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1#危巖體工程邊坡近四年時間的安全穩(wěn)定運行表明，對邊坡穩(wěn)定狀況進行的計算分析及綜合加固治理措施經(jīng)過了實踐的檢驗，計算分析合理，加固治理措施得當，為類似邊坡及危巖體的綜合治理積累了豐富的經(jīng)驗，有一定的借鑒價值。

[1]黃潤秋，張倬元.高邊坡穩(wěn)定性的系統(tǒng)工程地質(zhì)研究[M].成都:成都科技大學出版社，1991.

[2]潘別桐，黃潤秋.工程地質(zhì)數(shù)值法[M].北京:地質(zhì)出版社，1994.

[3]李天斌，陳明東，王蘭生.滑坡實時跟蹤預報[M].成都:成都科技大學出版社，1999.

[4]黃潤秋，裴向軍，等.高位邊坡危巖體調(diào)查、險情排查及處理對策研究[M].成都:成都理工大學，2005.