李 乾 剛， 石 永 剛， 孫 曉 曉

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

阿爾塔什水利樞紐工程水庫(kù)正常蓄水位高程為1 820 m，最大壩高164.8 m，總庫(kù)容為22.4億m3，屬大(1)型Ⅰ等工程。阿爾塔什水利樞紐壩址處地層巖性較為單一，主要由海相沉積的石炭系灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r組成，強(qiáng)度高。壩址處的葉爾羌河自西向東流，河道較順直，河谷狹窄，兩岸山頂高程為2 050～2 250 m，山體高峻，具備修建高壩大庫(kù)的地形條件。壩址兩岸大部分基巖裸露，河谷呈不對(duì)稱的“U”型，右岸坡陡峻，坡高為565～610 m，岸坡自然坡度在1 960 m高程以下為50°～55°；以上為75°～80°，局部陡立，自然邊坡整體穩(wěn)定。右岸巖體強(qiáng)風(fēng)化層的水平深度一般為1～2 m，弱風(fēng)化層的水平深度為15～20 m，其巖體表層強(qiáng)風(fēng)化層、不穩(wěn)定巖體及松動(dòng)巖塊的存在與高陡地形為崩塌落石的發(fā)生提供了條件。

筆者針對(duì)以上實(shí)際情況進(jìn)行了地質(zhì)分析：

(1)邊坡內(nèi)發(fā)育起控制作用的F9斷層。盡管其反傾坡內(nèi)，但F9斷層的核部及其影響帶范圍厚約20～30 m，該范圍內(nèi)的巖體以角礫巖、膠結(jié)的糜棱巖和斷層泥為主，具有力學(xué)性質(zhì)差、遇水易軟化的性質(zhì)。當(dāng)水庫(kù)蓄水至正常蓄水位高程1 820 m時(shí)，F(xiàn)9斷層的大部分將位于庫(kù)水位以下，在水的物理化學(xué)作用下軟化或被侵蝕，進(jìn)而有可能使邊坡上部的巖體處于懸空而導(dǎo)致失穩(wěn)。

(2)右岸高邊坡因無(wú)大規(guī)模的順層結(jié)構(gòu)面，在天然條件下整體穩(wěn)定性較好。施工期由于面板壩趾板的開(kāi)挖，對(duì)邊坡下部形成了切腳，形成了一個(gè)高約90 m的人工邊坡。水庫(kù)蓄水后由于邊坡內(nèi)部水文地質(zhì)條件的改變，其穩(wěn)定性必然會(huì)受到影響。

(3)邊坡內(nèi)部卸荷裂隙、巖層層面等結(jié)構(gòu)面十分發(fā)育，在邊坡表面形成了大量、體積大小不等的潛在不穩(wěn)定塊體。危巖體處理需進(jìn)行的開(kāi)挖施工主要集中在堆石壩面板正上方區(qū)域，一旦發(fā)生滑塌失穩(wěn)破壞，必將對(duì)其下部的趾板造成嚴(yán)重威脅，進(jìn)而直接影響到大壩的正常運(yùn)行。

2 針對(duì)落石進(jìn)行的研究

邊坡中處于穩(wěn)定狀態(tài)的巖體受到外界自然因素的影響，從穩(wěn)定狀態(tài)逐漸發(fā)展變化為不穩(wěn)定狀態(tài)，最后從邊坡上滾落，在其滾落過(guò)程中的破碎情況、能量變化、沖擊力和最終停止位置等均為落石運(yùn)動(dòng)研究的重要因素。施工過(guò)程中，工程技術(shù)人員主要關(guān)心的是落石滾落后的最終位置，以便依據(jù)落石距離劃定危險(xiǎn)區(qū)域，保障邊坡下部大壩填筑過(guò)程中的安全。

在邊坡由上而下的開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)于落石危害，工程技術(shù)人員利用Rocfall數(shù)值模擬分析軟件對(duì)落石運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了研究。通過(guò)控制以下參數(shù)：落石起始高程、落石所在區(qū)域的剖面、落石質(zhì)量進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)落石統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)，確定了最大位移距離，最終依據(jù)研究結(jié)果劃定危險(xiǎn)范圍。

落石位置為現(xiàn)場(chǎng)施工中危巖體的開(kāi)挖部位，主要為坡頂?shù)腤1～W9位置處。圖1、2中的縱坐標(biāo)0點(diǎn)處為實(shí)際高程1 670 m處，橫坐標(biāo)0點(diǎn)處為坡角處，落石質(zhì)量選取50 kg和500 kg進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析了模擬100個(gè)石頭落下時(shí)的軌跡，分析結(jié)束后統(tǒng)計(jì)其最終停落位置，落石運(yùn)動(dòng)軌跡見(jiàn)圖1、2。

(落石質(zhì)量為50 kg)圖1 剖面落石運(yùn)動(dòng)數(shù)值計(jì)算結(jié)果圖

開(kāi)挖坡頂危巖體時(shí)，工程技術(shù)人員對(duì)各剖面的落石運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析，得到了落石質(zhì)量為50 kg和500 kg時(shí)的落石運(yùn)動(dòng)距離計(jì)算結(jié)果(表1)。

(落石質(zhì)量為500 kg)圖2 剖面落石運(yùn)動(dòng)數(shù)值計(jì)算結(jié)果圖

表1 落石起始位置在坡頂時(shí)各剖面落石運(yùn)動(dòng)距離計(jì)算結(jié)果表

從表1中的計(jì)算結(jié)果可以看出，落石運(yùn)動(dòng)的最大水平距離達(dá)109.7 m，其余都在100 m范圍內(nèi)。在坡頂進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，工程技術(shù)人員依據(jù)各剖面落石最大的運(yùn)動(dòng)距離在現(xiàn)場(chǎng)劃定了危險(xiǎn)區(qū)域，較好地保證了施工安全。

3 綜合治理方案的研究

3.1 邊坡危巖體開(kāi)挖

在對(duì)阿爾塔什水利樞紐右岸高邊坡實(shí)地勘察與測(cè)量的基礎(chǔ)上，工程技術(shù)人員對(duì)測(cè)量到的危巖體進(jìn)行了分區(qū)與方量估算，確定了31個(gè)危巖體以及邊坡表面的淺層卸荷體，總處理方量約為70萬(wàn)m3。由于右岸高邊坡較陡，開(kāi)挖面狹窄，根據(jù)右岸危巖體分布特點(diǎn)及面板壩右岸高邊坡處理原則，為避免機(jī)械、人員在其上部施工時(shí)存在整體滑塌風(fēng)險(xiǎn)，采取沿山脊頂部自上而下分區(qū)分層開(kāi)挖及支護(hù)的方式。坡面部位采取光面爆坡施工以增加坡面的平整度及巖體的整體性。同一層面的開(kāi)挖支護(hù)施工按照“先開(kāi)挖、后主被動(dòng)網(wǎng)封閉跟進(jìn)、同步下降”的方式進(jìn)行。

3.2 主動(dòng)網(wǎng)封閉

結(jié)合邊坡危巖穩(wěn)定分析結(jié)果和危巖體群開(kāi)挖方案，最終確定的落石防治方針為：以主動(dòng)防護(hù)為主，被動(dòng)防護(hù)為輔。主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)采用柔性支護(hù)，以鋼絲繩網(wǎng)為主，其具有覆蓋包裹作用，可以控制邊坡上巖石的運(yùn)動(dòng)，能夠很好地防止小體積巖塊的掉落。被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的組成有環(huán)形網(wǎng)、固定系統(tǒng)、減壓環(huán)和鋼柱四個(gè)部分，組合成一個(gè)整體后將形成區(qū)域防護(hù)，具有一定的抗沖撞、消減落石能量的能力，其能力大小主要取決于鋼絲繩網(wǎng)的韌性、鋼柱和錨固的強(qiáng)度。

以主動(dòng)防護(hù)為主(高程1 910～2 230 m，從壩軸線上游65 m向上游方向延伸240 m布置)與被動(dòng)防護(hù)相結(jié)合(高程1 820～2 000 m，從壩軸線上游40 m向上游方向延伸290 m布置4道被動(dòng)網(wǎng))。對(duì)于坡面上由未查明的小型危巖和由結(jié)構(gòu)面切割形成的隨機(jī)塊體采用被動(dòng)防護(hù)措施進(jìn)行支護(hù)。

3.3 邊坡加固處理措施

高陡邊坡的加固對(duì)工程起到了至關(guān)重要的作用，所采用的主要加固方法包括錨、噴、灌、換、護(hù)、排等。

(1)在右岸高邊坡高程約1 860～1 910 m范圍布置了2 000 kN級(jí)有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，錨索間排距為5 m×5 m，錨索長(zhǎng)度為30 m、35 m，間錯(cuò)布置，下俯15°；在高程約1 960～2 000 m范圍W19(W20)危巖體處設(shè)置1 000 kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索，錨索間排距為5 m×5 m，錨索長(zhǎng)度為35 m、40 m，間錯(cuò)布置。

(2)右岸高邊坡高程1 820～2 230 m范圍內(nèi)掛網(wǎng)錨噴。砂漿錨桿長(zhǎng)4.5 m、錨固長(zhǎng)度為4.4 m，間排距3 m，錨桿拉拔力為100 kN；掛網(wǎng)鋼筋間排距為0.2 m；噴C30混凝土，厚度為0.1 m。

(3)右岸高邊坡高程2 000～2 230 m范圍內(nèi)設(shè)置間排距為6 m、長(zhǎng)度為10 m的預(yù)應(yīng)力錨桿，張拉力為150 kN。

(4)在邊坡噴護(hù)范圍內(nèi)設(shè)置排水孔，孔徑42 mm，間排距4 m，孔深3 m，仰角15°，與錨索及錨桿錯(cuò)開(kāi)，梅花型布置。

3.4 F9斷層和卸荷裂隙的綜合治理

對(duì)F9斷層影響帶一定范圍內(nèi)的碎裂巖體進(jìn)行了灌漿處理并對(duì)斷層核部混凝土洞塞進(jìn)行置換。對(duì)斷層進(jìn)行置換之前，對(duì)破碎帶范圍內(nèi)進(jìn)行了灌漿處理以提高斷層影響帶內(nèi)巖體的整體性與變形模量。由于F9斷層核部較寬且為糜棱巖，極易風(fēng)化，因此，對(duì)壩軸線上游至趾板處出露的F9斷層在出露面采用C25混凝土塞封閉。影響帶核部置換情況見(jiàn)圖3。

4 分梯段防護(hù)施工措施

圖3 F9斷層灌漿處理、核部置換示意圖

(1)施工道路的布置。

為滿足高邊坡處理的施工條件，施工人員的交通主要利用布置在右岸下游側(cè)的安全檢查通道以及邊坡上隨施工進(jìn)展搭設(shè)的平行通道。水平棧橋通道寬度按照2 m進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)置水平和斜向插筋與12#槽鋼結(jié)構(gòu)焊接，斜向槽鋼為利于受力，其外露部分與主要受力槽鋼焊接，焊縫長(zhǎng)度、寬度等指標(biāo)需滿足相關(guān)規(guī)范要求，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。棧道外側(cè)設(shè)置防護(hù)欄桿，高度不得低于1.2 m，欄桿等間距刷紅白相間的油漆并掛設(shè)安全網(wǎng)對(duì)欄桿進(jìn)行封閉。

(2)簡(jiǎn)易索道的設(shè)置。

防護(hù)材料采用簡(jiǎn)易索道運(yùn)輸，索道錨點(diǎn)設(shè)置在邊坡上，通過(guò)對(duì)索道覆蓋范圍、卷?yè)P(yáng)機(jī)工作效率和索道群經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行計(jì)算，確定了“下錨點(diǎn)固定、上錨點(diǎn)可動(dòng)”的布置原則，采用單下錨點(diǎn)多上錨點(diǎn)的布置形式設(shè)置主、副索道并增加了安全防護(hù)措施，施工人員使用雙安全繩加安全防墜器的雙保險(xiǎn)裝置。施工過(guò)程中，鉆機(jī)、工具、鉆桿等機(jī)具采用安全繩單獨(dú)進(jìn)行固定，防止出現(xiàn)物體墜落打擊。

(3)施工排架的設(shè)計(jì)。

為有效解決右岸邊坡高陡開(kāi)挖之后無(wú)馬道、后期支護(hù)過(guò)程中施工難度大等問(wèn)題，有針對(duì)性的開(kāi)挖腳手架搭設(shè)平臺(tái)，平臺(tái)高差不超過(guò)50 m并進(jìn)行加固處理，以保證所搭設(shè)的腳手架下部基礎(chǔ)穩(wěn)定，然后再以平臺(tái)為基礎(chǔ)，搭設(shè)一定高度后再在邊坡巖體上鉆設(shè)錨桿，由支撐錨桿和落地桿承受荷載。排架立桿步距采用1.6 m，立桿橫向間距為1.5 m，立桿縱向間距為1.5 m；采用φ48.3×3.6 mm的鋼管搭設(shè)，結(jié)構(gòu)為三排，最內(nèi)側(cè)的立桿距巖面0.3～0.5 m，當(dāng)其距離超過(guò)時(shí)增設(shè)立桿，其橫向搭建寬度不小于3 m，縱向的長(zhǎng)度依據(jù)支護(hù)范圍確定。

(4)安全監(jiān)測(cè)設(shè)施。

對(duì)高邊坡各區(qū)支護(hù)制定了相應(yīng)的安全監(jiān)測(cè)措施，減少了施工區(qū)域及區(qū)域下方大壩填筑施工存在上下交叉作業(yè)、相互干擾的情況，安設(shè)了一臺(tái)自動(dòng)報(bào)警測(cè)風(fēng)儀和一套防雷裝置，安裝了300萬(wàn)像素(50倍變焦)高清網(wǎng)絡(luò)球機(jī)對(duì)右岸高邊坡施工進(jìn)行24 h監(jiān)控，以保障施工安全。

5 結(jié) 語(yǔ)

阿爾塔什面板壩右岸高陡邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜、治理區(qū)域較分散、巖體較為破碎、斷層分布且節(jié)理裂隙發(fā)育，容易引發(fā)各種工程安全問(wèn)題。該工程通過(guò)科學(xué)分析，確定了高邊坡施工處理原則和總體方案并采取了與之相適應(yīng)的邊坡防護(hù)處理技術(shù)，進(jìn)行了有效的施工，保障了高陡邊坡施工處理工期，進(jìn)而保證了主體工程施工進(jìn)度，減少了高邊坡施工對(duì)下部大壩填筑、面板澆筑過(guò)程中的危害，有效地解決了邊坡處理過(guò)程中坡下施工的安全問(wèn)題。