四川金沙江溪洛渡水电站边坡治理技术

柳志丹

（中国水利水电第四工程局有限公司 溪洛渡施工局，云南 昭通 657300）

0 引言

溪洛渡水电站在四川雷波县和云南永善县交界的金沙江溪洛渡峡谷中，是金沙江流域下游水电梯级开发的第三级，上接白鹤滩尾水，下入向家坝库区，是一座以发电为主，兼具防洪、拦沙和改善下游航运等综合效益的特大型水电站。溪洛渡水电站挡水坝为双曲拱坝，坝顶高程EL610 m，正常蓄水位EL．600 m，总库容 126．7 亿 m3，调节库容 64．6 亿 m3，总装机容量13860 MW（18台×770 MW／台，左右岸地下厂房各布置9台）。除双曲拱坝外，该电站的主要建筑物还有导流建筑物、泄洪与消能建筑物、引水发电建筑物等。坝后两岸边坡面积大，属电站雾化区范围。

溪洛渡水电站拱坝承受的作用力沿轴线传至两岸坝肩，并依靠两岸坝肩山体稳定保持自身稳定和正常工作。两岸山体的安全稳定对左右岸洞室、水库及外部露天设备正常运行有直接影响。由于电站左右岸边坡存在一定的地质缺陷，如左右岸天然边坡普遍存在裂隙，坝肩裂隙宽度多在5～10 cm之间，局部超过 10 cm，坡度多在 70°～80°之间，部分区段近直立，局部呈倒悬，坡面危岩体分布较多，而且通过多年监测，左岸山体每年均有不同程度的微小滑移。因此，对电站左右岸边坡实施有针对性的治理措施十分必要。

1 边坡治理情况概况

溪洛渡水电站左右岸边坡大致呈对称相似状态，故以左岸边坡治理为例说明。

1．1 坝肩电站进水口开挖线以上至左岸C13岩石层边坡治理

该部位垂直高度在100 m以上，最大高度达160 m。在坝段0－720 m至0＋250区间，坡体陡峭，边坡岩体卸荷拉裂现象严重，坡面分布54处危岩体，特别是13层陡壁上分布的危岩体块体较大，拉裂缝普遍张开5～10 cm，直接威胁大坝运行安全。该部位边坡主要采用预应力锚索、系统锚杆和挂钢筋网喷护措施加以治理。

1．2 天然边坡雾化区C11至C13岩石层及导流洞出口以上边坡治理

该部位边坡地质条件与电站进水口区域相似，但条带更长，面积更大，危岩体更多，有近200块，部分区段坡度较电站进水口稍缓。该区域主要采取了锚杆支护和挂网喷混凝土支护等治理措施。

1．3 左岸山体边坡（古滑坡体）治理

该部位边坡除原有天然边坡外，还有表层覆盖层，覆盖层主要是石块、渣土、壤土等的混合物，坡度与电站进水口和雾化区边坡相比较缓，但其受气象条件影响明显，危害风险度更高。该区域在工程前期主要采取了中空注浆土锚杆、框格梁、截排水设施（含导水渠、挡水堰等）、混凝土喷护、SNS防护网等技术措施予以治理；工程后期，增加了预应力锚索加强支护。

2 主要边坡治理技术的施工

2．1 预应力锚索边坡治理技术

左岸C13岩石层顶部开口线以下5 m设一排100 t级（P＝1000 kN）的预应力锚索，长 30 m，间距 5 m；开口线以下20 m设一排150 t级（P＝1500 kN）的预应力锚索，长35 m，间距6 m。两排预应力锚索的倾角均为 15°（俯角）、方位角均为 N41°42′00″E。 地质条件差的部位，经参建各方现场研究确认，随机增加锚索［1~2］。预应力锚索主要参数如表1所示。

表1 预应力锚索部分主要参数Table 1 Main parameters of pre-stressed anchor cable

预应力锚索主要由外锚头、锚索张拉段、内锚头（锚固段）组成。预应力锚索边坡治理技术是将锚索穿过需治理区域，并穿入稳定岩体一定长度，然后对穿入稳定岩体的区段压浆，使之密实，再在外锚头部位施加拉力，由张拉段承受施加在内外锚头之间的外力，从而把开裂、破碎的岩体或有塌滑迹象的边坡紧密串联成一个整体，增大不稳定边坡与稳定边坡之间的正压力和摩阻力，进而抑制位移、变形和破坏，最终达到稳定滑坡的目的（预应力锚索示意图如图1所示）。另外，浆液压入也会对坡体内裂隙起到充填固结作用，提高坡体尤其是破碎岩体、松散体的整体刚性，有利于边坡稳定。但不能为了提高边坡整体性而无限制压浆，以防过量压浆使原有裂隙进一步发育，产生反作用［3］。

预应力锚索施工包括放样、钻孔、锚索制作、穿索、锚固段压浆、封孔、张拉锁定及外锚头浇筑等工序。

2．1．1 锚索钻孔

钻孔设备选用100B风动钻机，钻杆直径为70 mm，钻头直径分别为115 mm（100 t级）和130 mm（150 t级）。作业平台搭设承重脚手架，保证安全。

钻孔时，用罗盘测量成孔倾角，方便校核及纠偏。钻进过程中，根据出渣量判断锚固段深度。若遇地质条件差的岩石破碎区，一旦出现塌孔现象，就进行固壁灌浆，稳定钻孔。钻孔作业完成后，锚索安装前，做好孔口防护。

图1 预应力锚索剖面图Fig.1 Pre-stressed anchor cable section

2．1．2 锚索制作安装

该工序可分为以下6个步骤：（1）锚索下料编束前，要检查钢绞线材质情况。如，检查有无锈蚀、毛刺、护套损伤及材质证明、是否合格，检验报告是否齐全有效等。（2）下料。实际下料长度要略长于锚索孔孔深 （一般应保证锚索孔外露长度不小于1 m），具体应根据外锚头尺寸、千斤顶尺寸等来综合确定。（3）编束。小心剥去锚索内锚段及外锚段的PE套管，并将成束的钢绞线分散成单根钢丝，用锯末、细沙等合适材料去除钢绞线表面油脂，并清洗干净，然后重新恢复成束状。（4）对内锚段与张拉段进行分隔。将钢绞线、压浆管穿入隔离器支架，并固定钢绞线、压浆管及隔离器支架（三者相对定位）。为保证钢绞线间距，发挥锚固作用，应合理布置隔离器间距，尤其是内锚段隔离器间距，不宜过大。（5）锚索孔验收（孔深、孔径、孔斜、有无塌孔堵塞等）合格后，方可将编好的锚索穿入孔内。安装时，应注意匀速慢进。若遇到塌孔、锚索触碰孔壁造成堵孔等情况，应拔出，扫孔后重新验收。（6）锚索安装完，应对压浆管路进行试验，确保畅通。压浆前，同样应对孔口进行防护，并做好外露钢绞线的保护工作。

2．1．3 锚索灌浆

压浆一般可采用一次全孔注浆法，即将孔口堵塞后注浆。注浆压力应根据孔深、地质条件、浆液参数、所选注浆设备等设定。为提高工效、改善注浆效果、控制费用，制备浆液时，可添加速凝剂。

注浆时，应将进浆管和回浆管加以区分（如在管口涂油漆或做成斜面口等），还应密切关注注浆量。注浆量过大时，可能是遇到了岩石破碎段、岩体裂隙等，可改用间隔注浆法，分多次完成注浆。

2．1．4 外锚头制作及座垫混凝土浇筑

外锚头施工步骤为：（1）将锚头基础清理干净并夯实。（2）在锚索孔孔口周边做插筋。插筋插入岩体部分一般不小于0．5 m，用锚固剂锚固，外露0．3 m左右，并应选用合适的钢筋直径，以保证外锚头有足够的抗拉能力。（3）在插筋上焊接螺纹钢，构成外锚头钢筋（插筋直径一般不小于22 mm，外锚头钢筋一般不大于16 mm）。（4）在孔口部位预埋钢垫板、锚索孔口套管，安装墩头回填注浆管。孔口套管与孔口轴线、锚索应保持同心。

座垫混凝土浇筑时，按外锚头设计体型支模，模板缝可选用双面胶、锚固剂等材料填充。支模完成并经验收合格后，方可浇筑。选用商品混凝土还是自拌混凝土，可根据实际运输环境 （如施工道路通达情况、运距等）、混凝土单次入仓需用量等条件，与相关方商榷。选用自拌混凝土时，应事先做配合比试验，并将试验结果报监理单位审批。混凝土浇筑采用人工入仓手段，用手持式软轴振捣棒振捣密实。拆模后，将锚头清理干净。

2．1．5 锚索张拉

锚索张拉是预应力锚索施工的关键工序。张拉前，应做好相关准备工作。如，完善施工平台，确保张拉设备合格（千斤顶、夹具等应有校验合格证、率定报告等证明材料）、齐全、完好，准备记录表格、文件，开展技术交底，邀请相关方旁站等。

张拉器具安装就位、旁站人员到场后，就可进行锚索张拉。锚索张拉前，应根据率定报告中的数值，计算出与锚索各吨级张拉力相对应的压力表读数。张拉过程中，通过油泵压力表读数控制千斤顶对锚索各吨级张拉力。预紧张拉（以下称“预拉”）和整束张拉（以下称“整拉”）中的千斤顶和压力表必须根据率定报告配套使用。通过对单根钢绞线预拉，使各单根钢绞线的初始应力相等。预拉顺序遵循 “先心后边、对称预拉”原则。预拉时，要特别注意不可遗漏。为此，可采取必要的标记措施，如粘胶条、绑线绳等。预拉完成后，即可实施整拉。整拉应分级加荷。张拉到中间某一吨级上限时，应暂停增大荷载，稳定3～5 min后再进行张拉，当达到设计张拉吨级的1．1倍时，停止增大荷载，并在稳定20 min后，进行张拉吨级锁定。锁定后，在钢绞线夹具摩擦产生的痕迹处用游标卡尺量测长度，封锚前再次量测，当应力下降到设计吨位以下时，应实施补偿张拉。

预应力锚索（束状钢绞线）张拉理论伸长值可按下式计算。

式中：△L为理论伸长值，mm；F为张拉力，kN；L为张拉段长，m；A为钢绞线截面积，mm2；E为钢绞线弹性模量，MPa（此数值由钢绞线生产厂家给定）。

按技术规范要求，张拉实测伸长值△L实应大95%△L而小于110%△L。

2．1．6 封锚

在张拉 （实施补偿张拉的以补偿张拉结束时间为起点计）结束7 d后，进行外锚段封孔回填注浆。注浆后，将锁具以外的钢绞线切除 （应预留10～20 cm的钢绞线长度）。外锚头封锚浇筑施工同座垫混凝土浇筑。

2．2 锚杆边坡治理技术

锚杆分为中空注浆土锚杆和注浆锚杆，其边坡治理技术均与锚索边坡治理技术原理类似，都是通过束状结构增加边坡的整体性和抗滑移能力。不同的是，中空注浆土锚杆适用于堆积体等较为松散的边坡治理项目；注浆锚杆适用于较为完整、坚硬的边坡治理项目及边坡危岩体加固处理项目。

2．2．1 中空注浆土锚杆

土锚杆是将焊接钢管 （Φ48 （51）×3．5（3．0）—3（6））入岩部分分散造孔，并在管身孔口靠边坡内侧部位焊接钢板倒刺，在钢管端部焊接圆锥形尖角导头，这样制成边坡加固材料。其施工工序主要包括：土锚杆钻孔（土锚杆制作）、土锚杆安装、土锚杆注浆等。也有不注浆的土锚杆，主要用于临时性支护。

2．2．2 注浆锚杆

注浆锚杆分为普通注浆锚杆和预应力注浆锚杆。普通注浆锚杆的施工工序主要有：钻孔、清洗、验孔、锚杆制作安装、注浆等。对于长度较小的锚杆（一般指长度不大于5 m的），先注浆、后安装锚杆，或先安装锚杆、后注浆均可。对于长度较大的锚杆（一般指长度大于5 m的），一般采用先穿锚杆、后注浆的方法施工。

预应力注浆锚杆的主要施工工序有：钻孔、清洗、验孔、锚固剂注入及锚杆安装、孔口找平及钢垫板安装固定、锚杆张拉固定和注浆、抗拔试验（无损检测）等。该工序施工时应注意以下几点：（1）钢垫板及锚杆采用螺栓固定；（2）钢垫板平面（孔口找平面）与孔轴线垂直；（3）在钢垫板安装时，加装注浆管；（4）锚固剂注入时，应自孔底向孔口注入，注入量应略大于理论注入量。

2．2．3 锚杆束

锚杆束一般是将3根同规格锚杆和一根注浆管组合使用。其施工工序流程为：锚杆束钻孔、锚杆束制作及安装、封孔、注浆。

2．3 混凝土喷射技术

溪洛渡水电站用到的混凝土喷射边坡治理技术主要有4种：素喷混凝土、锚杆区喷射混凝土、挂（钢筋）网喷混凝土和锚杆区挂网喷射混凝土。素喷混凝土适用于边坡稳定性、整体性较好，无危岩体（但可能存在少量细渣、小石等），且坡面总体呈正坡的部位。锚杆区喷射混凝土、挂（钢筋）网喷混凝土和锚杆区挂网喷射混凝土适用于边坡整体性、稳定性较差，或存在危险性较大的危岩体的边坡区域，其具体适用边坡区域的风险度依次增大。

对存在风险度较大危岩体的边坡，可先对危岩区挂网再施工锚杆，以控制锚杆施工过程中对危岩体的扰动，降低施工风险，减少生产安全事故。

2．4 框格梁、截排水设施（含导水渠、挡水堰等）

框格梁和截排水设施是溪洛渡水电站左岸谷肩堆积体前期实施的主要边坡治理措施。

框格梁采用现浇混凝土的方法施工，即在谷肩堆积体边坡上就地制造和安装钢筋网格，支模浇筑。施工中，由于混凝土车辆运输条件不具备，采用的是“现场拌制、人工入仓、手持式软轴棒振捣”方式。

溪洛渡水电站还在边坡上、坡脚处大量设置了挡水堰、导水渠、排水沟等截排水设施。挡水堰为钢筋混凝土重力式堰坎，用以保护堰体下部边坡和配合导水渠、排水沟等正常排水。导水渠多以明渠形式布置，渠身为现浇钢筋混凝土。排水沟多为现浇素混凝土，导水渠、排水沟横断面为矩形或梯形。另外，溪洛渡水电站还采用了混凝土挡墙、浆砌石挡墙（钢筋石笼）、架设SNS柔性防护网等边坡治理措施，以防止遭遇恶劣天气时发生滑坡、坍塌、泥石流等自然灾害。

3结语

溪洛渡水电站边坡治理运用了锚杆、喷射混凝土、预应力锚索、网格梁、截排水设施及这些技术的联合交叉等。通过各类边坡治理技术措施的实施，溪洛渡水电站边坡整体性、稳定性明显增强，开工至今的10年里，未发生大的坍塌、滑坡、泥石流事件，为确保国有财产安全和参建人员生命财产安全提供了有力保障。该工程是典型的水利工程边坡治理成功案例，对探索大面积、复杂条件的高边坡治理技术具有一定的研究价值，对其他水电站，乃至类似建筑工程有较好的借鉴意义。

［1］李克信，胡礼文．溪洛渡水电站左岸进水口天然边坡预应力锚索施工技术［J］．贵州水力发电，2011（6）：33-35．

［2］DL／T5083－2004，水电水利工程预应力锚索施工规范［S］．

［3］ 墨清涵．预应力锚索［EB／OL］．［2013－10－02］．http：／／baike．baidu．com ／link？ url＝H_1vuReb－vrGFOstuJrjzah39 nx9UGCxWkvOLzqYfVApI4sW3B_8tn_Djfl6jF9FszPcO ORjEh－Crg_LwwjWyK.