渡口坝水电站尾水渠下游侧土质边坡支护方案浅析

李发扬, 石广林

(中国水利水电第五工程局有限公司 第三分局,四川成都 610225)

1 概 述

渡口坝水电站为混合式电站,位于重庆市奉节县渡口坝境内的梅溪河中上游,电站装机 2台,单机容量 64.5 M W,总装机容量 129 M W。电站由大坝枢纽、引水建筑物及地面厂房枢纽组成。厂区建筑物由主厂房、副厂房、安装间、尾水建筑物、升压站、办公楼等组成。主厂房、副厂房、安装间、升压站平行梅溪河布置于左岸。

尾水建筑物垂直于主厂房布置,正向出水,通过弧线衔接引向梅溪河;尾水建筑物由尾水管、尾水闸墩、尾水渠组成。尾水渠总长 35.427 m,在平面上由直线段、弧线段组成。尾水渠底板设计开挖宽度由 34.2 m〔厂(纵)0+23.1处〕渐变至24.45 m〔厂(纵 )0+45.669处 〕,底板设计开挖高 程 由 207.9 m〔厂(纵)0+23.1处〕渐 变 至216.65 m〔厂 (纵)0+45.669处〕。尾水渠基坑地面高程 229.8 m,设计开挖深度 21.9～12.17 m。尾水渠末端混凝土设计底板高程 219.02 m,与梅溪河自然河床面基本平齐。

原渝巴公路(省道)横穿厂区,为满足地面厂房的布置要求,设计将通过厂区的渝巴公路改线至临河位置,并在跨尾水渠处设置改线公路桥。改线公路桥轴线平行于两台机组中心连线,为衡重式混凝土桥台,现浇“T”梁桥面板,净跨 16.6～18.05 m,桥面高程 229.8 m。改线公路填筑路基临河侧设衡重式浆砌石挡墙。

地面厂房施工程序:先沿河进行改线公路浆砌石挡墙及路基填筑、改线公路桥混凝土浇筑,并在公路桥下进行土石方填筑,形成厂房施工全年围堰;然后进行厂房边坡、主副厂房及安装间基坑土石方开挖、厂房底板混凝土浇筑;最后进行尾水渠基坑土石方开挖、尾水渠底板及边墙混凝土浇筑。

地面厂房开挖范围内覆盖土厚度不等,愈接近河床覆盖土愈深厚。原始地貌状态下开挖边坡坡顶覆盖土厚约 5 m,尾水渠末端河床覆盖土厚约 45 m。边坡覆盖土为块碎石土,河床覆盖土为漂卵砾石土。覆盖土下伏基岩包括粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩,岩层近水平,微倾向山里。设计开挖边坡、主副厂房及安装间建基面为岩石,尾水渠设计建基面为漂卵砾石土。主副厂房及安装间基坑开挖至高程 215 m时开始出现地下渗水,随下挖深度增大,地下渗水量随之增大,地下渗水主要为河床渗水。

2 尾水渠基坑开挖施工难点

主副厂房及安装间基坑下游侧临时边坡为土质边坡,边坡坡比按 1∶1.2控制,开挖过程中无需采取边坡支护措施。尾水渠基坑下游侧临时边坡为土质边坡,其中高程 219.5 m以上为改线公路路基填筑的块碎石土,高程 219.5 m以下为漂卵砾石土。尾水渠基坑开挖具有以下几个难点:

(1)尾水渠扶臂式边墙与跨尾水渠的改线公路桥桥台在厂(纵)0+45.669处衔接。按照扶臂式边墙结构要求,尾水渠基坑下游侧应为直立坡面。但尾水渠基坑下游侧边坡为土质边坡,在无支挡措施的情况下,无法形成直立边坡。

(2)尾水渠下游侧坡(改线公路上游侧坡)开挖高差为 13.15 m。改线公路路面设计全宽 11.5 m,扣除临河浆砌石挡墙顶宽 0.8 m后的行车道宽度为 10.7 m。为确保改线公路通畅,要求在形成尾水渠下游侧临时边坡后通过该段的改线公路路面宽度不小于 6 m,则尾水渠下游侧坡平距为4.7 m,坡比为 1∶0.357。 1∶0.357的土质边坡在没有可靠支护措施的情况下,边坡难以较长时间稳定。

(3)因改线公路属渝巴公路的一部分,车流量大,重车多,尾水渠基坑回填完成前,要求确保公路路基稳定。选择合理的边坡支护措施是确保尾水渠顺利施工和改线公路安全通行的关键。

3 尾水渠下游侧坡支护方案的选择

尾水渠下游侧坡支护初拟了三种方案。

3.1 第一种方案:钢管桩支护方案(图 1)

图 1 钢管桩边坡支护设计示意图(单位:m)

(1)在尾水公路桥左、右侧各设置钢管桩 15根,桩顶高程 229.8 m,桩底高程 199.8 m,桩长30 m,桩间距 0.8 m。钢管桩在尾水渠开挖后呈悬臂受力状态。为提高桩整体受力性能,在高程226.8 m、221.8 m处各设一道横梁,并设置 φ 32拉杆,用螺栓对拉杆进行张紧。钢管采用 φ 150套管,为增加套管的刚度,向套管内插入“3φ 32钢筋 +1φ 25钢管”,通过 φ 25钢管向钢管桩内注入水泥浆。对高程 215～203 m范围内的钢管,按孔间距 30 c m顺纵向钻三排直径为 8 m m的小孔,通过钢管对土体进行固结堵水灌浆。

(2)钢管桩设 φ 32拉杆的孔需跟管成孔,跟管采用 φ 89套管。在套管上按孔间距 30 c m顺纵向钻一排直径为 8 m m的小孔,通过钢管对土体进行固结灌浆。

(3)钢管桩施作完成后,随自上而下的开挖进行边坡网喷作业。网喷参数为:挂 φ 16@20 c m钢筋网(钢筋与钢管接触处焊接连接),喷 C 20混凝土厚 20 c m,并在喷混凝土面上布置 φ 80,L=1 m@1.5 m×1.5 m排水孔,孔内安装外缠土工布的 P V C花管。

钢管桩支护方案的优点:可以保证改线公路路面宽度基本不变,保证尾水基坑下游侧坡的稳定和改线公路桥的安全,在边坡开挖前实现对边坡的超前支护。

缺点:施工工期长、支护结构承受的荷载大,造价高,需要引进专业钢管桩施工队伍。

3.2 第二种方案:混凝土贴坡支护方案

(1)尾水渠下游侧坡开挖自上而下进行,开挖一层、支护一层,上一层未完成支护则不开挖下一层。开挖支护分层高度原则上不超过 3 m,开挖坡比为 1∶0.357,挖除部分改线公路路基、路面。

(2)在开挖成型的坡面上布置 φ 32,L=6～9 m(外露 25 c m)@2 m×2 m的砂浆锚杆。在钢套管上按孔间距 30 c m顺纵向钻一排直径为 8 m m的小孔,通过钢套管向土体进行固结灌浆。

(3)在开挖成型的坡面上浇筑 30 c m厚 C 20混凝土贴坡,贴坡底层、面层各布一层 φ 16@20 c m×20 c m钢筋网,钢筋网与锚杆焊接。混凝土贴坡中按 2.5 m×2.5 m设置 φ 50排水孔。

混凝土贴坡支护方案的优点:基本可以满足土质边坡临时支护要求。

缺点:施工工序较多,施工周期较长,造价较高,需要缩小路面宽度,且仅允许单车通行。受场地尺寸限制,混凝土贴坡底脚无基础支撑,在其下层开挖过程中,贴坡将成为坡面负荷,需由锚杆支撑,难以对边坡进行及时支护。

3.3 第三种方案:“工字钢框格 +锚网喷”支护方案(图 2)

图 2 “工字钢框格+锚网喷”边坡支护设计示意图(单位:m)

(1)开挖自上而下进行,开挖一层,支护一层,上一层未完成支护不能开挖下一层。开挖支护分层高度原则上不超过 3.5 m,开挖坡比为 1∶0.357,需挖除部分改线公路路基、路面。

(2)支护措施采用“锚杆 +工字钢框格 +挂钢筋网 +喷混凝土”。锚杆规格 φ 32,L=6～9 m@2 m×2 m,锚杆孔内灌注 M30砂浆。工字钢骨架采用 h=18 c m的工字钢,焊接成 2 m×2 m的框格顺坡面布置,锚杆布置在框格节点上,并与工字钢框格焊接牢固。钢筋网采用 φ 8钢筋现场编制,网格尺寸为 15 c m×15 c m,焊接在工字钢骨架上。喷混凝土采用 C 20,开挖完成后先素喷 5 c m,待锚杆、工字钢骨架、钢筋网完成后再喷 10 c m,工字钢骨架处喷混凝土厚度以完全包裹工字钢为准。在喷混凝土面上按间排距 2.5 m×2.5 m设置 φ 50,L=0.5 m的排水孔。

(3)锚杆成孔采用 100 B潜孔钻跟管钻进(无地下水时)或 150型地质钻机跟管取芯钻进(有地下水时)。在钢套管上按孔间距 30 c m顺纵向钻一排直径为 8 m m的小孔,通过钢套管向土体进行固结灌浆。钢套管规格为 φ 89,δ=4.5 m m。通过灌浆,使锚杆、套管、土体成为一体,整体受力,从而提高了锚杆的承载能力。

“工字钢框格 +锚网喷”支护方案的优点:施工简便,造价较低。劲性工字钢骨架、柔性网喷、锚杆三者相互配合,从而形成了结构简单、重量较轻、传力方向明确的支护结构,可以实现对高陡土质边坡的快速有效支护。

缺点:需要缩小路面宽度,仅允许单车通行。

通过对以上三种支护方案进行技术经济分析、比较,确认第三种支护方案在技术上更为可行,经济上更为合理。尾水渠下游侧坡在开挖施工中采取了第三种支护方案。

4 尾水渠下游侧坡开挖支护施工

4.1 开挖分层

尾水渠下游侧坡开挖高差为 13.15 m,自上而下分四层开挖,分层高度为 3 m、3.5 m、3.5 m、3.15 m。

全面化针对性护理干预组微量泵注入胰岛素治疗的依从性、复常血糖的时间、住院治疗时间更有优势（P＜0.05），见表 3。

4.2 开挖临时出渣道路布置

边坡开挖临时出渣道路分层布置,随各层土方开挖逐渐形成,道路纵坡不超过 15%,道路宽 6 m。各层临时出渣道路均与基坑左侧下基坑主干道相接。道路修筑采用 1.2 m3反铲。

4.3 边坡土方开挖

边坡土方开挖采用 1.2 m3反铲,开挖土方装15 t自卸汽车运至渣场。每层边坡开挖时预留约50 c m厚保护层,待大面开挖完成后采用反铲修坡至设计坡比。修坡完成后,用反铲将坡面拍实。

4.4 边坡支护

边坡开挖一层,支护一层,支护施工采用临时出渣道路。支护施工程序为:初喷 5 c m厚混凝土封闭坡面→锚杆施工→挂钢筋网→工字钢框格施工→覆喷 10 c m厚混凝土,工字钢框格处喷厚以完全覆盖工字钢为准。

(1)锚杆施工。自上而下分层开挖时,上部三层(高程 219.8 m以上)无地下渗水出现,锚杆造孔采用 100 B潜孔钻跟管钻进;下部一层(高程219.8～216.65 m)有地下渗水出现,锚杆造孔采用 150型地质钻机跟管取芯钻进。钻孔孔径为75 m m,下倾 5°。钢套管直径为 89 m m(δ=4.5 m m),每节 1 m,两端套丝(一端内丝,一端外丝)。φ 32锚杆钢筋每隔 1.5 m焊一对中架,人工送入孔中,外露 20 c m。锚杆砂浆标号为 M 30,采用100/3.5砂浆机注浆,每孔注浆不小于 0.5 m3。为方便锚杆与工字钢框格焊接连接,锚杆采用方形布孔。

(2)挂钢筋网。

开挖成型的坡面初喷 5 c m厚 C 20混凝土后,人工现场编制 φ 8钢筋网。在坡面上设置 φ 10,L=15 c m@2 m×2 m锚钉,锚钉要求布置在锚杆中间。钢筋网借助锚钉、锚杆(与锚杆焊接)紧贴于初喷混凝土面上。

(3)喷混凝土。

(4)工字钢框格施工。

钢筋挂网完成后,开始进行工字钢框格安装。对水平方向的工字钢尽量不截断,通长布置,接头位置对焊连接后,在接头腹板两侧各绑焊两根φ 28,L=60 c m钢筋以提高接头承载能力。采用φ 32钢筋制作“L”型弯钩,一端扣在水平布置的工字钢上并焊接连接,一端和锚杆外露部分焊接连接。顺坡向布置的工字钢下料长度视各开挖分层坡长而定,与水平方向布置的工字钢焊接连接。下一开挖层顺坡向工字钢与上一开挖层顺坡向工字钢焊接连接,在接头腹板两侧各绑焊两根 φ 28,L=60 c m钢筋以提高接头的承载能力。

(5)排水孔施工。

混凝土覆喷完成后,采用 Y T 28风钻造 φ 50,L=0.5 m的排水孔,排水孔内安装外缠土工布的φ 40 P V C花管。

5 施工效果评价

实践证明,尾水渠下游侧边坡支护所采用的方案在技术上是可行的,在经济上是合理的,主要表现在:

(1)施工速度快。除锚杆施工时间稍长外,喷混凝土、挂钢筋网、工字钢框格施工所需时间均较短。边坡开挖成型后,可马上喷混凝土对边坡进行封闭,防止边坡掉块或受雨水冲刷。

(2)施工简便。相对于钢管桩施工而言,无需大型设备;相对于混凝土贴坡而言,无需模板安拆、混凝土拌合、运输、浇筑等施工工序。

(3)支护结构有所创新。“工字钢框格 +锚网喷”支护结构由劲性工字钢框格、柔性网喷、承力锚杆组成。在作用于网喷支护结构上的主动土压力被传递至工字钢框格上,再经焊接在工字钢框格上的锚杆传递至稳定的地基中,传力方向明确,支护结构重量轻,坡面负荷小。该支护结构与锚网喷支护相比克服了柔性网喷结构可能被主动土压力挤裂的危险。

(4)支护效果好。尾水渠下游侧边坡开挖支护和结构混凝土施工时间长达半年,在此期间,下游侧坡无变形,支护结构无破坏迹象,从而保证了尾水渠顺利施工和渝巴公路的安全通行。

(5)经济性好。经核算,“工字钢框格 +锚网喷”支护施工成本约为钢管桩支护施工成本的 1/4,约为混凝土贴坡施工成本的 1/2。

6 结 语

“工字钢框格 +锚网喷”支护结构是对高陡土质边坡进行加固的一种经济而有效的临时支护方式,可供类似工程借鉴。