黄登水电站变形失稳边坡加固处理施工技术

黄登水电站变形失稳边坡加固处理施工技术

许泽斌  

（中国水利水电第四工程局有限公司第三分局   陕西汉中    723400）

摘要：黄登水电站右岸缆机平台在施工过程中出现险情，直接影响到工程工期及威胁着人员的安全，依据周边环境和地质条件，采用预应力锚索加锚拉板加固的措施，文章主要介绍了黄登水电站右岸缆机平台变形失稳边坡加固处理措施。

关键词：边坡工程    预应力锚索   抢险加固

1工程概述

黄登水电站位于澜沧江上游河段的高山峡谷区，两岸地形坡度较陡，地表分布的第四系覆 盖层，厚度一般5m~15m，基岩为三迭系小定西组的变质火山碎屑岩夹变质凝灰岩。上游侧岩 体浅表部有强卸荷岩体分布，下游侧为倾倒蠕变岩体，倾倒蠕变岩体厚度大于50m，岩体呈碎 裂状，强风化，地质条件较差。枢纽区物理地质作用强烈，岸坡卸荷，崩塌现象普遍。

右岸缆机平台分布的岩层为变质火山碎屑岩夹变质凝灰岩及板岩夹变质砂岩，地表分布覆盖层厚度约10m，高程1560m~1830m分布有2号倾倒松弛岩体，岩体破碎。

由于多种原因，2012 年9月28日下午，右岸缆机平台高程1785.00以上，坝横0+90m下游侧出现较大范围变形，根据布点观测的结果，当日最大变形约为20cm，累计最大变形达60cm，部分边坡出现裂缝，宽度1cm~10cm；高程1770.00~1785.00m边坡已完成张拉的8束锚索断裂、失效，情况非常危急，经筹建处、设代、监理中心现场查看，确定为紧急抢险项 目，为了阻止变形边坡继续蠕变，决定暂停高程1770.00以下边坡开挖，对已开挖的边坡立即 进行回填反压，回填至高程1770.00m，增加157束锚索，锚索及锚拉板延伸至下游开口线0+200m处。

该边坡一旦塌滑，对下部在建工程将造成极大威胁。为了确保工程正常施工和人员安全， 需对该边坡进行抢险加固处理。

2 加固方案

黄登水电站左右岸缆机高边坡支护工程项目主要为预应力锚索施工，在边坡的不同部位先 后除使用了大吨位、深长度边坡预应力锚索施工进行加固外，还设计喷射混凝土支护施工（素 喷与挂网喷锚）、锚杆支护施工、SNS柔性网防护施工、网格梁支护施工、混凝土贴坡板（锚 拉板）加固施工等一系列综合施工措施。通过生产性试验、研究及推广实施，在实践中总结出 了一套适合高边坡安全、快速施工的施工技术。

边坡加固前险象环生，坡面碎石不断滑落，坡顶裂缝持续扩张，边坡随时都有塌滑的危险。 由于预应力锚索、锚杆支护结构具有施工较快，施工后能迅速对边坡提供支护力的特点，本着 经济、快速、有效的原则，设计院提出了采用预应力锚索、自进式锚杆、喷射混凝土、锚拉板 加固施工的方案。

3 加固施工

主要加固工程项目有预应力锚索施工，自进式锚杆施工、锚拉板加固施工辅设喷射混凝土， 其施工程序见下图。

  边坡加固流程图

3.1 喷混凝土施工

排除坡面危石后立即施工喷混凝土，对边坡进行封闭，以减小施工期间的危险，同时封堵 裂缝，防止雨水灌入破体内部，起到临时支护的作用，喷混凝土主要为C20喷射素混凝土， 由于坡面极不规则，平均厚度大于10cm。 喷射素混凝土采用P.O 42.5水泥、中粗砂和碎石，其配合比为1：2.1 7：2.55，水灰比为0.45。 采用 PZJ-5型混凝土喷射机喷射混凝土。

3.2 锚杆施工

自进式锚杆是一种将钻进，注浆，锚固功能合而为一的锚杆，具有可靠，高效，简便的特 点，由于该工程地质条件复杂，为了对该边坡实施有效的加固，采用了长度6m的自进式锚杆，锚杆钻机使用潜孔钻机，在潜孔钻在套上专用的纤尾套，将锚杆与纤尾套连接牢固，并在第一 节锚杆的前端套上钻头，直至达到设计长度。

3.3 预应力锚索施工

预应力锚索能对边坡提供主动支护力，限制边坡的进一步变形，该工程锚索均使用全长无 粘结锚索，锚索结构图见图三。锚索体材料使用12根高强度低松驰钢绞线，通过对预应力钢绞线抽样进行力学性能试验，其性能指标符合GB5224-2003 的规定。

3.3.1 锚索的钻孔

钻孔设备采用YG-80 型钻机配空压机。级孔径为φ150mm，在钻孔前按施工图纸要求采用 全站仪逐一放出各锚孔孔位及方位，并用红漆标识清楚，钻机就位后，按设计的高程、方位角 及倾角调整钻机，使用罗盘仪和水平仪检查无误后，对钻机机架进行加固，钻孔采用偏心跟管 钻进，跟管进入基岩一米，钢管选用Q235钢材，终孔孔深宜大于设计孔深40cm，以便将锚 索送入孔底。

为了便于安装锚索及增加注浆体与锚索体的黏结强度，钻孔完毕后，连续不断地用高压力 风彻底清理孔内岩粉和碎渣，孔深验收合格后立即进行安装锚索。

3.3.2 锚索的制作与安装

钢绞线的截断长度为锚索设计长度与张拉操作长度之和，本工程锚索张拉操作长度为 2.0m~2.5m，除去内锚固段范围内钢铰线外的PE塑料管并清除清洗干净钢铰线上的油脂。在内锚固段与自由张拉段相连部位，PE塑料管端部均用胶带缠封，以免灌浆时浆液浸入，沿锚束的轴线方向每隔2m设置一个硬质塑料对中隔离环，锚固段加密至1m；隔离环两端及两个隔离环中间用12#无镀锌铁丝捆牢，使整个内锚固段呈一串枣核状。每根钢绞线保持顺直不交叉，并在锚索的中心布置两根Ф25mm塑料灌浆管，一根作为备用灌浆管，张拉段采用土工布和细帆布包裹，达到灌浆时隔离浆液沿岩体裂隙流失，减少锚索安装后灌浆量和张拉段浆液能 够充填密实，对锚索体起到保护作用。在锚索的底部端头套上导向帽。锚索安装采用人工配合倒链进行安插。

3.3.3 锚索的灌浆与锚墩头制作

设计要求锚固段水泥浆液结石强度为M35，外锚墩混凝土强度C35，锚索施工期，边坡仍 处于蠕滑变形状态，边坡稳定形势严峻，为实现快速锚固，快速增加堆积体锚固力，确保安全加快施工进度，尽快完成锚索张拉，施工时，根据当时边坡变形情况，采取提高锚固段水泥浆 液结石强度至M50和外锚墩混凝土强度至C60及部分锚索混凝土锚墩调整为钢锚墩。

该边坡为倾倒蠕变岩体，倾倒蠕变岩体厚度大于10m~50m，岩体呈碎裂状，强风化，主 要由孤石、块石及碎石组成，孤石及碎石缝隙中填充粉砂土，部份地段岩体风化、卸荷、崩塌及岩体蚀变等物理地质现象较发育， 锚固段灌浆时，经多次灌注，仍难以达到灌浆结束标准，节理裂隙不能完全被堵塞，不能保证设计锚固长度，由于过量注入水泥浆液，不但费财、费力、费时、降低施工效率，增加工程成本，而且会堵塞有效的排水通道，将大大降低设计排水系统的排水效果，采取锚固段固壁灌浆、限制灌注浆量等措施处理，在减少水泥灌入量方面取得了良好效果；自由段采用包裹土工布及细帆布处理，有效地解决了松散堆积体地层水泥灌入量大的难题，不但降低了工程成本，而且减少了工序施工循环时间，进一步提高了施工效率。为了克服堆积体灌浆量大的问题，锚索自由段采用土工布和细帆布包裹。灌浆水泥使用普通硅酸盐水泥，采用水泥浓浆灌浆，水泥浆抗压强等级不得低于 M50(28d)。水泥浆的水灰比按室内实验结果推荐的并经监理工程师批准的水灰比进行。采用排气法注浆，浆液由孔底注入，空气、水由排气管排出。在锚固段灌浆完后将排气管上部拔出 1~2m。以排气管作为张拉段的灌浆管。 当岩石内有裂缝时，可采用间歇灌浆。灌浆过程中采用 GJY—III 灌浆自动记录仪和人工记录对灌浆进行全过程监控。

3.3.5 锚索张拉

待锚固段内的水泥浆液结石强度达到设计强度值的75%及外锚墩混凝土强度达合格条件 后即可对锚索进行第一次张拉，张拉荷载达到设计永存力的50%后固定；然后拆除排架，浇筑锚拉板混凝土；再重新搭设排架，锚拉板和锚索墩头混凝土强度达到设计要求后，钢锚墩施工 部位预先用M40砂浆混凝土抹平或采用钢板垫平，进行第二次张拉，最终荷载按设计值控制，然后按设计要求进行张拉段灌浆和锚头保护。

张拉程序：张拉设备及压力表率定→分级拉力理论值计算→外锚墩混凝土强度检查→张 拉机具设备安装→预紧→分级张拉→锁定→张拉工序签证验收。

3.4 锚拉板混凝土施工

锚拉板混凝土模板根据施工条件采用钢模、木模、夹板模。主要采用翻模工艺，每节模板的上口高于上层仓号底部10cm左右，以抬高浇灌口，使上、下层仓号的混凝土紧密接触。浇筑时采用跳仓跳层方法，具体浇筑方法是仓号1的第一层混凝土浇筑完成后，继续浇筑仓号3的第一层混凝土，安装仓号1的第二层模板，待仓号3的第一层混凝土浇筑完成后，继续浇筑仓号1的第二层混凝土，依次往上循环浇筑。混凝土由拌和楼统一拌和，采用混凝土运输车运至高程1785.00m平台，采用泵车送至溜筒分解入仓，自下向上铺料，然后用插入式振捣器斜插入模板内部依次振捣。

3.5 排水孔施工

由于边坡裂隙较多，地面降水很容易渗入裂缝形成压力水，是边坡下滑力增大，对于边坡的稳定性极为不利，为了有效的将裂隙水排水边坡和减小系统支护的压力，在边坡上设置了6排共157个排水孔。根据现场条件及钻孔深度，采用QY- 100D型潜孔钻机造孔，钻孔结束后， 将合乎长度、直径、形式要求的软式透水管按外露长度要求插入孔内。

4 加固效果

施工前对原有裂缝使用粘土填充并用水泥浆灌注，为了评价加固效果，在边坡变形相应较大部位先后布置了12个临时监测点，施工过程中对边坡水平位移变化及垂直位移变化进行了 监测(见图六)，从 2012年9 月28日开始施工，11 月25日随着锚索陆续的张拉完成，依据数据结果显示该部边坡变化较平稳，变形区变形逐渐趋缓，整个工程施工完成后边坡完全稳定。施工过程中原有裂缝虽有所扩张，但在施工完毕后，重新用水泥浆封堵，没有发现有新的裂缝出现。

图六  边坡水平位移及垂直位移变化曲线

5  经济效益分析

5.1 锚索施工效益分析

通过锚索索体自由段采用外包土工布和细帆布来减少锚索自由段的灌浆量的方法的使用， 索平均每孔节省水泥8吨(锚索157根)，每吨水泥按 440.20元计，采用土工布这一项节省了近6.91 万元。

5.2 边坡抢险效益分析

边坡塌滑方量约为37.95万m³，若挖除按投标单价计算需要投入2041.33万元，按开挖月施工强度 (11.17万m³/月) 计算完全清理该部位需要3.5个月，施工期间高程1785.00以下开挖、支护等其他工作必须停止。实际施工采用锚索加锚拉板方案，增加157根1800KN级预应力锚索(钻孔总量为 7850m)和1524m³ 的锚拉板，实际施工工期为3个月，并且高程 1785.00 以上抢险施工期间其下部同时施工。按锚索231.49元/10³kN ·m计算，锚索投入181.71万元。 另外增加C25锚拉板1524 m³，投入58.33万元。相对于全开挖方案，采用锚索加锚拉板方案 减少了1859.62 元投资。通过工期比较锚索加锚拉板方案比全开挖方案节省了0.5个月工期，并且对抢险部位以下的施工干扰小，并且保证了主体工程施工的如期顺利进行，使2013年截 流目标不受影响，如果边坡快速加固不能及时完成，导致蠕变滑移破坏，不仅要使黄登水电站 缆机平台工期推迟，而且会在国内外造成极坏的社会影响，故增加的投资是值得的。另外，采 取提高锚固段水泥浆液结石强度至M50和外锚墩混凝土强度至C60及部分锚索混凝土锚墩调 整为钢锚墩，以提高其早期强度，使其3~5天强度达到设计要求，减少锚索施工周期循环时间 16~18天，为蠕滑变形堆积体边坡抢险加固综合治理工程实现快速施工、快速增加锚固力、控制边坡变形抢得先机，赢得了更长的综合治理时间。

6 结束语

由于近年来国内建设工程的大规模展开，促进了锚固技术的迅速发展，该项技术已经成功 应用到岩土工程的各个领域，在理论研究和工程应用技术研究方面取得了可喜的成绩，发挥了 显著的社会效益、经济效益。

本工程属于抢险加固工程，施工过程中存在较大风险，为了确保抢险加固的安全施工，施 工中应采取先稳后锚的施工措施，该边坡施工过程中处于临界平衡状态，为了先稳定边坡，在 施工开始前迅速喷射一层混凝土，防止边坡落石，同时有利于边坡稳定，在此基础上，对边坡 尽快实施锚固，从而确保了施工安全顺利进行。实践证明，科学合理的方案，施工保质快速， 锚固技术就是对抢险加固工程非常有效、可靠的。