锦屏一级水电站左岸1#危岩体边坡综合加固治理技术

李正兵，赵海洋

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610081)

随着西部大开发的深入，水电工程向高海拔和高峡谷地区转移，超高人工边坡的开挖及治理已成为影响大型及巨型水电工程建设进度、安全乃至成败的关键。因此，对高陡边坡变形失稳机制进行分析研究，备受参与水电工程建设的技术人员关注。一般而言，通过对地质现象进行观察和分析，研究岩土体边坡所处的变形状态、破坏的可能性、破坏的规模及潜在滑动面的产生和发展，进而对岩土体边坡的稳定性做出评价，最终研究出治理和加固边坡的工程措施。

1 锦屏一级水电站工程概况

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流中下游水电开发的龙头水库。

大坝为世界第一高混凝土双曲拱坝，最大坝高305 m，库容77亿m3。大坝左岸自然边坡坡高达2 500 m以上，开挖边坡高度超过500 m，治理难度极大，是锦屏高拱坝建设中的关键技术问题之一。

2 1#危岩体开挖边坡工程地质条件

左岸1#危岩体边坡位于锦屏一级水电站前期勘察设计阶段Ⅱ勘探线(2、3#危岩体)和Ⅴ勘探线山梁之间，地貌上为一小山梁，山梁宽60～80 m，高度约90 m，两侧各发育一条小冲沟，相对切割深度为10～20 m。地形陡峭，坡度为40°～60°，局部呈现为陡崖。2 050 m高程以上多被崩坡积块碎石土覆盖，植被发育;2 050 m高程以下岩石露头较好。坡体为杂谷脑组第三段砂板岩构成的反向坡。

地层岩性分别为:(1)第四系崩坡积堆积(col+dlQ);(2)基岩:岩性为杂谷脑组第三段变质砂岩及粉砂质板岩;(3)煌斑岩脉(X)，总体产状N60°～80°E，SE∠70°～90°，岩脉宽约1.5 ～3 m，抗风化能力差，普遍强风化，性状极差，是控制1#危岩体开挖边坡整体稳定性的主要结构面。

地质构造:(1)断层:fLL1(X)断层、fLLⅡ1断层等;(2)层间挤压错动带;(3)节理裂隙:主要发育①、②、④组，少量③组。工程地质剖面如图1所示。此外还有风化、卸荷和倾倒变形等物理地质现象。

图1 1#危岩体边坡剖面图

3 边坡可能发生的破坏形式

通过对左岸1#危岩体开挖边坡中发育的断层、层间挤压错动带、煌斑岩脉以及各组卸荷裂隙在开挖边坡中的展布位置、与边坡的交切组合关系、结合该边坡结构面力学参数进行稳定分析后得知，左岸1#危岩体开挖边坡可能产生的破坏形式有以下两种情况:

(1)以煌斑岩脉X、f1B－1(fLL2)断层、拉裂缝L4为后缘切割面，底部沿倾倒变形底界剪断倾倒变形的Ⅳ2、Ⅴ级岩体，其中以拉裂缝L4为后缘切割面的块体规模最大;

(2)以煌斑岩脉X、f1B－1(fLL2)断层、拉裂缝L4为后缘切割面，以fLLⅡ1断层为底滑面的平面滑动破坏，但上游侧边界不清楚。该模式中以拉裂缝L4为后缘切割面的块体规模最大(图1)。

4 1#危岩体边坡的加固治理

锦屏一级水电站左岸边坡1#危岩体加固方案为:削坡减载，以预应力锚索加固和边坡截、排水为主，保持和提高边坡岩体的强度，保证边坡的整体稳定;对边坡表层松动岩体、潜在不稳定块体采取以喷混凝土、锚杆及预应力锚索为主的支护措施。对开口线外的危石以主、被动防护网进行防护处理。

4.1 边坡截、排水系统

对边坡渗透水的处理为防、排结合。封闭表层发育的裂隙断层，在开挖边坡及其周边设置边坡截、排水系统(周边截水沟、开挖坡面排水沟及坡面排水孔、排水平硐及地下排水孔)，阻止降水的内渗并保证坡内地下水的外流，确保边坡岩体不受渗透水作用而产生破坏，避免地下水渗流降低边坡岩体的力学参数。边坡截排水布置如图2所示。

图2 1#危岩体边坡截排水布置图

4.2 边坡防护及超前锁口处理

对危岩体开挖边坡开口线附近的区域采用柔性被动防护网进行防护处理;对危岩体开挖边坡采取锚杆束进行锁口处理，以增强对开口线上部危石的防护，加固开口线附近的破碎岩体。

柔性防护系统具有以下优势和特点:

可靠性和经济性、柔性与整体性、良好的地形适应性、美观和环保、施工快速便捷、防腐能力强且便于维护。正是基于其具有的优势和特点，在锦屏一级水电站危岩体的治理中最终广泛采用了柔性防护系统。防护系统如图3所示。

图3 被动防护网结构简图

4.3 开挖边坡的预灌浆及锚筋束

左岸砂板岩边坡表层软弱结构面具有风化强烈、卸荷拉裂和回弹错动以及表部倾倒拉裂等突出特点，加之设计采用的开挖坡比不小于1∶0.5，从而加大了对开挖过程中的边坡稳定性要求。设计采用在边坡开挖前进行边坡预灌浆及马道锁口锚杆束孔，以提高表层开挖岩体的稳定性，减少开挖过程中的失稳风险。锚筋束按间距2 m，内倾15°，深12 m布置，如图4所示。

图4 锚筋束兼预灌浆布置图

4.4 锚杆及喷射混凝土加固

锚杆为全长粘结砂浆锚杆，主要用于与坡面喷混凝土结合，以提高边坡表层松动带的整体性，加固边坡表层出露的小块体。锚杆系统布置的间排距为2.5 m ×2.5 m，长6 m、9 m，梅花形相间布置。

为防止岩体进一步风化并减少入渗，部分斜坡面采用挂网喷混凝土，挂网φ6.5@15 cm×15 cm，喷混凝土厚15 cm。

4.5 预应力锚索加固

锚索的主要作用是限制边坡卸荷裂隙的扩展，改善边坡岩体的应力状态、变形条件及稳定性。由于挤压带作为边坡稳定的控制结构面，其连通率不明确，现阶段按系统布置，根据开挖揭示的情况进行复核计算，以确定或调整支护措施。

具体布置如下:

系统支护:系统布置2 000 kN预应力锚索，锚索深60～80 m，间排距4 m×4 m，梅花形长短交错布置(图5)。

图5 锚筋束兼预灌浆布置图

4.6 框格和贴坡混凝土加固

利用锚索并结合边坡设置的各级马道形成被覆式加固结构，实施框格梁混凝土及马道混凝土，对破碎的危岩体坡面进行加固治理(图6)。

图6 被覆式锚固体系设计剖面图

5 边坡锚固支护后的安全系数

根据所制定的边坡加固治理工程措施，锁口支护及坡面浅表层锚喷支护保证了边坡分层开挖中的临时稳定。边坡深层加固治理——预应力锚索结合框格梁保证了边坡永久稳定与安全。边坡加固治理后的安全稳定系数以施加预应力锚索后的措施进行校核计算，以验证其是否满足水电水利工程边坡Ⅰ级设计安全系数大于1.3的要求，参见《水电水利工程边坡设计规范》DL/T5353－2006。

通过取值、分析并按垂直条分法计算验证，边坡经过预应力锚索加固后，边坡稳定安全系数K=1.51＞1.3，满足边坡设计安全系数要求。

6 边坡变形监测

6.1 边坡变形监测设施布置

根据大坝左岸1#危岩体边坡地形及工程地质特点，结合设计规范要求和开挖过程中变形的特征制定了以下原则:稳定性监测以变形监测为主，滑动面以地表变形监测为主。依此原则对其进行了系统的监测布置，如沉降观测、多点位移计、锚杆应力计、锚索测力计等(图7、8)。

图7 1#危岩体边坡监测布置平面图

图8 1#危岩体边坡监测布置剖面图

6.2 外观监测成果

对左岸1#危岩体边坡实施并进行了观测的外观变形点为两处，共进行了37次观测。开挖是施工期边坡岩体变形的重要影响因素，典型的岩体变形与边坡开挖关系曲线见图9、10。观测成果表明:有相同起始观测时间的测点位移量值基本相当，同一高程测点岩体变形无明显差异，岩体变形量大小和位移方向在空间分布上呈现出较好的整体性和一致性，可以认为岩体变形主要是由开挖引起的岩体卸荷回弹变形。

表1 监测仪器分布统计表

图9 测点TP4变形过程与开挖关系图

图10 测点TP5位移速率变化过程曲线图

岩体开挖卸荷回弹变形随时间的增长一直呈缓慢增加趋势，测点位移速率过程曲线呈小幅振荡形态，与边坡开挖过程相对应。位移速率无明显连续增长趋势出现，边坡岩体已处于稳定状态。

6.3 多点位移计监测成果

左岸1#危岩体多点位移计监测成果的典型位移变化过程曲线见图11。

图11 左岸1#危岩体高程2 050 m排水洞四点式位移计M4P1位移变化过程曲线图

6.4 锚索测力计监测成果

左岸1#危岩体边坡锚索测力计监测情况如图12所示，1#危岩体边坡锚索测力计监测数据增大减小各半，锚固力损失值满足规范和设计要求，变形已趋于稳定。

图12 锚索测力计WYM4－1锚固力变化与开挖关系图

左岸1#危岩体工程边坡变形监测成果表明:浅表层岩体变形与边坡开挖卸荷相关，其局部岩体变形与煌斑岩脉有关，边坡上部经过锚固治理后变形已稳定。

7 结语

笔者通过对锦屏高拱坝左岸1#危岩体工程边坡的工程地质条件、稳定性及边坡加固治理设计实践和监测资料进行分析，得出了以下几点结论:

(1)1#危岩体工程边坡在天然状态下边坡发育的软弱结构面对边坡进行了切割，其构成潜在的不稳定块体，整体稳定性较差，存在失稳的可能，需采取加固措施方能满足稳定要求。

(2)通过实施对滚石采取柔性防护体系为前提，对各组合块体采取截排水为基础、加强开挖前锁口支护与边坡预灌浆并结合锚喷支护、被覆式预应力锚索结合框格梁为主要加固手段的综合治理措施，实现了对该边坡的有效治理。

(3)由加固治理和实施后的复核计算结果得知各块体的安全系数大于1.3，达到了水电水利工程A类枢纽区Ⅰ级边坡的安全系数要求，并有一定的安全裕度，故所采取的支护设计及实施措施是合适的。通过近四年时间的检验以及监测资料分析显示:该工程边坡整体处于稳定状态。

1#危岩体工程边坡近四年时间的安全稳定运行表明，对边坡稳定状况进行的计算分析及综合加固治理措施经过了实践的检验，计算分析合理，加固治理措施得当，为类似边坡及危岩体的综合治理积累了丰富的经验，有一定的借鉴价值。

[1]黄润秋，张倬元.高边坡稳定性的系统工程地质研究[M].成都:成都科技大学出版社，1991.

[2]潘别桐，黄润秋.工程地质数值法[M].北京:地质出版社，1994.

[3]李天斌，陈明东，王兰生.滑坡实时跟踪预报[M].成都:成都科技大学出版社，1999.

[4]黄润秋，裴向军，等.高位边坡危岩体调查、险情排查及处理对策研究[M].成都:成都理工大学，2005.