高边坡倾倒松弛岩体综合治理施工技术

高边坡倾倒松弛岩体综合治理施工技术

许泽斌  

（中国水利水电第四工程局有限公司第三分局     云南怒江     671406）

摘要：倾倒松弛岩体作为一种特殊的工程地质现象，在山区水电建设中，经常给工程带来较大的经济损失，并危及到人员、设备和水工建筑物的安全。国内外坝址的选择，一般都避开倾倒变形岩体。因此，在倾倒变形岩体中修建工程的经验较少，本文仅以黄登水电站右岸缆机平台工程实践为例，研究倾倒松弛岩体边坡开挖控制爆破技术。通过边坡开挖后岩体应力调整和分布规律，有针对性地选择各种支护措施的实施，确定合理的边坡施工程序。在保证施工期边坡稳定的前提下，为边坡综合治理赢得了时间，较好地解决了高边坡工程施工中存在的因支护制约开挖及难以组织快速施工等方面的问题。由于本工程成功的快速实施，取得了巨大的经济效益，并在以后类似工程施工中具有积极的推广意义，同时填补了该领域的空白，是一个很大的创新。

关键词：黄登水电站；右岸高边坡；倾倒松弛岩体；综合治理措施

1工程概述

黄登水电站位于云南省兰坪县境内澜沧江上游河段的高山峡谷区，坝址段为深切峡谷地貌，两岸地形较陡，冲沟布置较多。坝址区分布的岩层为三迭系小定西组的变质火山碎屑岩夹变质凝灰岩及侏罗系花左组的板岩夹变质砂岩，地表分布的第四系覆盖层厚度一般5m~15m。右岸缆机平台及开挖边坡部位分布有2号倾倒松弛岩体，分布高程1560m～1830m，方量120×104m3～150×104m3；2号倾倒松弛岩体破碎，裂隙普遍张开1cm～5cm，岩块间架空不明显，呈镶嵌状，倾倒松弛岩体底界折断面呈不连续锯齿状，没有形成贯穿的连续的折断滑动面。综合分析，2号倾倒松弛岩体在自然条件下处于基本稳定～稳定状态，右岸缆机部位工程地质条件较差。根据施工方案，2号倾倒松弛岩体大部份进行了挖除处理，基础部位的倾倒松弛岩体已全部挖除，基础置于较完整的基岩上，稳定条件较好，开挖边坡的大部份倾倒松弛岩体也已挖除，余下少部份稳定条件较差，需进行加固处理。

2综合治理措施

通常情况下，边坡岩体从变形到失稳需经历较长时间，经历时间越长，所涉及的变形岩体范围会越大，存在的危害会越严重。以往工程实践证明，边坡倾倒滑移变形体的持续发展，不仅直接影响到水电站建设的安全生产，同时也严重威胁到水电设施建筑物的安全，为了解边坡变形及支护措施受力情况，评价边坡稳定性和安全性并及时反馈，为施工安全和信息化动态设计提供信息，预测工程未来的变化趋势以指导设计和施工，建立边坡安全监测极其重要，边坡除系统的布置了观测墩、水准点、多点位移计、锚索测力计等位移观测设施。

对右岸缆机平台2号倾倒松弛岩体治理方案为：有效的控制爆破震动，合理的开挖坡度，优化的支护措施及全面的排水系统。

2.1有效的控制爆破震动

由于近年来国内建设工程的大规模展开，爆破作为一种经济、快速、有效的开挖手段，已获得了广泛应用。

左右岸缆机平台是该电站前期主体施工项目之一，边坡高差达182m。属于高边坡开挖爆破区作业，右岸缆机部位工程地质条件较差，分布有2号倾倒松弛岩体，因此，减小爆破震动对边坡稳定具有重大意义。

爆破开挖不仅改变了原地形、覆盖层和坡脚的约束条件，随着时间的变化，边坡结构及相互间力学关系发生变化，施工期间开挖爆破所引发的震动力效应是边坡稳定的重要影响因素。爆破震动强度的有效控制与允许单响最大药量及合理的微差起爆网路密切相关。在实际开挖过程中，通过不断优化爆破方案，严格控制单响药量，设置缓冲孔逐孔起爆，周边预裂等措施降低爆破对建基面岩体的破坏；一般将深孔梯段爆破的最大单响药量控制在300 kg、预裂爆破最大单响药量控制在100 kg，实践证明，梯段爆破采用微差爆破，严格控制单响药量，临空面浮渣清除干净，前沿爆破孔加密，保证良好的临空效果，以减少爆破后冲，将不会造成震动超标问题，能够保证右岸缆机平台2号倾倒松弛岩体的稳定。另外，还需控制爆破规模，减小一次爆破总药量及单响药量，在具备规模开挖的施工部位每次爆破规模控制在2～3万m3，同时，每次爆破区的爆破孔不大于10排。对于提高钻孔、装药和爆破后出渣的施工效率具有很大的作用，而且可以很大程度的降低爆破震动对永久预留边坡的破坏作用。

2.2合理的开挖坡度

由于边坡开挖形体复杂。受地形、地质条件限制及结构布置需要，坡面体形设计复杂。采用多级综合开挖坡比，1785 m高程以上综合坡比为1:0.75；而1785 m高程以下坡比在1:1～1:0. 5之间多变。

2.3优化的支护措施

采用系统锚杆、锚筋桩和喷锚支护，首先加固表层岩体，进而采用锚索加锚拉板进行深层岩体加固和提高边坡整体加固措施，针对不同部位及地质条件，在1800m高程以上梅花形布置Φ28，L=9.0m锚杆；1800m高程以下布置Φ25，L=4.5m锚杆；锚杆采用普通Ⅱ级螺纹钢。根据开挖揭示的地质情况，局部设随机锚杆。在1740m 高程以上及1740m～1678m（坝横0+90m上游）之间，位于2号倾倒松弛岩体的边坡采用现浇50cm厚C25钢筋混凝土面板及系统预应力锚索，预应力锚索主要采用1800KN级无粘结和粘结式预应力锚索两种，锚索长度在30m～60m 之间，其他部位采用喷10cm 厚C20混凝土。

2.4全面的排水系统

地表水和地下水是影响高边坡稳定的主要因素之一，系统排水是黄登水电站右岸高边坡处理的首选工程措施；建立以地下排水为主，地表截、排水为辅的综合治水体系，改善边坡稳定条件；在边坡开口线外布置了截水天沟、每隔两层马道布设了马道排水沟，边坡布设有深排水孔（40m）和系统排水孔(图4)。截水天沟布置在开口线以外5m 范围内，可防止开口线以外地表径流汇入边坡范围，坡面排水系统包括排水孔和排水沟，分别布置在坡面和马道内侧。坡面设5m系统排水孔和40m深孔排水孔并设纵向排水沟与各级马道排水沟相接，汇集坡面径流，并引排到周边截、排水沟。

3施工程序及方法

3.1 边坡稳定性分析

3.1.1右岸缆机平台边坡中上部分布岩体为千枚状泥质板岩，岩性软弱，且岩体倾倒明显，物理力学指标较低，且开挖后具有明显的泥化、软化及崩解性质，水理性差，稳定条件差。在施工过程的控制要求极高。

3.1.2开挖后边坡岩体应力将重新调整，变形主要表现为边坡的坡顶及马道转折处出现明显开裂、变形及局部塌滑。

3.1.3开挖后变形随边坡下降呈加大趋势；且变形具有时间效应，初期表现为开挖坡面岩体的急剧卸荷松弛，其影响随后逐渐向上级坡面及岩体内发展，遇到不利结构面极易导致边坡的变形破坏。

3.1.4开挖后边坡随支护的实施，表面变形呈变形趋势明显收敛，锚索荷载趋于收敛状态；深部多点位移计各深度位移无明显变化。整体来看，边坡处于基本稳定状态。

3.2施工程序及方法

根据边坡稳定性分析结果，并结合有利于快速组织施工的原则，确定施工程序为：

3.2.1右岸缆机平台中上部（1740m高程以上）边坡自上而下分层开挖，开挖梯段高度控制在15m左右，同层间可分区开挖，周边截排水设施、锁口锚索、锁口钢筋桩及马道钢筋桩等支护措施应在开挖前完成施工，随机支护根据开挖后揭示的不稳定岩体的具体情况采取不同措施立即实施；锚喷支护滞后一个开挖梯段高度（15m）随梯段开挖跟进实施；锚索支护和坡面排水孔滞后一层开挖坡面高度15m逐级跟进。锚杆和喷锚结合开挖蹬渣作业，按开挖分区进行，开挖分区的长度一般为50m，高15m，预裂爆破后，土石方分三次清除，每次降低高程5m，立即进行该部位锚杆施工和喷混凝土作业，在下一层开挖前完成砂浆锚杆施工和喷混凝土施工。

澜沧江流域一般5月～10月为雨季，由于分布岩体为千枚状泥质板岩，岩性软弱，边坡开挖后稳定条件差，锚喷支护施工工艺简单、方便快捷，能够快速发挥作用，系统锚杆能有效地防止开挖后急剧变形阶段岩体的松弛和开裂，起到减轻上梯段二次卸荷回弹，限制下梯段岩体变形松弛和开裂的双重作用，并与排水措施一起对边坡变形起到预防作用，锚喷支护能够对浅表层原生裂隙或爆破裂隙构成的局部不稳定块体及爆破和开挖后形成的卸荷松弛进行快速加固，并与排水孔、锚杆一起限制边坡变形扩展的范围与速率，在一定时间内保证了边坡的稳定，为锚索施工赢得时间，并在保证边坡稳定的前提下，减少施工干扰，有利于组织快速施工。

3.2.2在1740高程以下施工时，根据设计调整的施工技术要求开挖施工采用分层分段，严格控制爆破振动，开挖一段、支护一段，开挖一层、支护一层，待永久支护（锚拉板和锚索）施工完成后方可进入下一层施工，给总体施工进度造成了很大的影响，也使所用施工资源工效很低。为了加快施工进度，采用分期开挖的方法有效地解决了上述问题，即永久边坡开挖至1755m高程后，在靠山侧预留20m，按1:0.3的坡比进行外侧岩体的一期开挖，开挖过程中每15m预留1m宽马道，等支护施工进行到1740m高程时，再对预留的20m岩体按设计二期开挖，与此同时下部的一起开挖同步进行。为了保证坡面基岩的完整性和开挖面的平整度，以及确保一期开挖施工的安全，在一期开挖与二期开挖分界的边坡开挖施工中采取施工预裂爆破技术，预裂孔间距1m。有锚拉板区域先在脚手架上进行锚索钻孔，安装锚索，锚固段注浆，锚墩头浇注，等强7天后，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，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。无锚拉板区亦在排架上进行锚索钻孔，安装锚索，锚固段注浆，锚墩头浇注，等强7天后，进行张拉，张拉荷载达到设计要求值固定，按设计要求进行张拉段灌浆和锚头保护。

预应力锚索加锚拉板加固措施一起共同组成整个边坡加固体系。锚拉板区第一次张拉后（张拉荷载达到设计永存力的50%）、非锚拉板区张拉（张拉荷载达到设计要求值）固定后即可进行下一层的开挖。

4结语

国内外坝址的选择，一般都避开倾倒变形岩体，因此，在倾倒变形岩体中修建工程的经验较少，黄登水电站右岸缆机平台2号倾倒松弛岩体结构岩质高边坡稳定和变形问题，是黄登水电站工程的重大技术问题之一，设计采用了包括综合排水在内的多种支护措施对开挖边坡进行加固处理。通过边坡稳定性分析，结合边坡开挖后岩体应力调整和分布规律，有针对性地选择各种支护措施的实施时机，确定了合理的边坡施工程序。将工艺简单、快速有效的超前支护与锚喷支护措施相结合，为快速、高效、有序施工创造了条件，解决了高边坡工程中开挖与支护间相互制约以及难以组织快速施工等问题。由于本工程的成功的快速实施，取得了巨大的经济效益，并在以后类似工程施工中具有积极的推广意义，同时填补了该领域的空白，是一个很大的创新。