梨园水电站念生垦沟特大堆积体滑坡治理

2013-04-09贺旭东

水力发电 2013年7期

贺旭东

(云南金沙江中游水电开发有限公司,云南昆明 650228)

1 工程概述

梨园水电站念生垦沟堆积体位于坝前右岸宽缓沟谷中,从前缘至后缘呈长 "喇叭"形分布,主沟高程1 500~1 690 m,平均地形坡度约12°,长约1 200 m,宽400~500 m,堆积物厚度一般30~60 m,约1 700X104m3.1 690 m高程以上分左、右耳,左耳变形高程至1 800 m,长约280 m,宽50~200 m,厚度一般20~50 m,约140X104m3;右耳变形高程至1 850 m,长约530 m,宽50~180 m, 厚度一般30~50 m,约160X104m3.

堆积体成分复杂,基覆界面是从几米至30~40 m不等的残积层,为粘土质砾和粘土质砂.中上部为第四系冲积、洪积、坡积、崩积、滑坡堆积和冰碛物等混合堆积物,透水层和相对隔水层交错分布,局部有丰富的滞水带存在,对堆积体稳定极为不利.

沟内分层布置有多条永久及临时施工道路,下部布置一临时弃渣场,前缘临江部位布置有导流洞明渠,后部1 690 m高程平台布置施工临时营地.2008年6月沟内项目陆续施工,2008年8月开始从1 690 m高程至前缘陆续出现了不同程度的变形和滑移,范围逐渐扩大至整个堆积体,速率逐渐加快.

2 治理措施

2.1 快速止滑

堆积体下部导流明渠工期紧张,需在2009年前基本完成对该堆积体的治理.为此,建设者采取了大量紧急措施止滑,以便使滑移速率尽快降下来,为实施大规模永久治理措施创造条件.

2.1.1 压载

滑移主要原因是导流洞明渠开挖导致整个堆积体切脚引起抗滑力下降.因此,最有效最直接的快速止滑措施是在明渠部位回填土石料压脚.共回填压脚方量约100万m3,效果明显.

2.1.2 抽排水

治坡先治水,由于该堆积体滑移速率大,水平排水孔成孔困难,永久排水洞也因时间关系不能立即成洞发挥作用.为降低地下水位,在地下水较多的堆积体中部打井抽水,抽排堆积体内的水.

2.1.3 卸载

结合永久卸载要求,同时在堆积体上、中部和中下部进行削方减载.其中,在高程1 543~1 580 m之间减载75.63万m3,在1 580~1 690 m之间减载231.28万m3,共卸载306.9万m3,大大减小了下滑力,减缓了滑移速率,并通过开挖减薄堆积体厚度,为后续抗滑桩和锚索施工创造条件.

2.1.4 小型钢管桩、钢轨桩

分别在中部区域高程1 670、1 650 m平台实施能够快速施工、快速发挥作用的小型钢管桩和钢轨桩.其中,在1 670 m平台实施17根直径800 mm和39根直径1 000 mm的钢管桩及16组、每组由16根工字钢组成的组合钢轨桩;在1 650 m平台实施16根钢管桩和9组组合钢轨桩.

以上快速止滑措施效果明显,在实施后半个月至2009年4月底,堆积体滑移速度迅速降至毫米级,为后续大规模永久治理措施的实施创造了条件.

2.2 永久抗滑治理

2.2.1 排水

地下排水系统由排水洞及洞身排水孔组成,分别在堆积体上部1 764 m高程,中部1 630 m及1 610 m高程和下部1 542 m高程布置了4条地下排水洞,总长约2 123 m.在各层排水洞内向上设置辐射状系统排水孔,排距3 m,每排3孔,同时沿排水洞轴线从地表向下打设φ168 mm排水孔幕与排水洞连通,水平间距5 m,明显渗水处加密,内置塑料盲沟,共设置363个、总长约14 896 m的排水孔.由地下排出的地下水最终通过地表排水沟排入金沙江.

地表排水系统包括坡面截排水沟和排水孔.为防止雨水渗入堆积体,沿堆积体外缘周边设置截水沟,在堆积体内部设置纵横向地表排水沟,地表截、排水沟长约4 800 m.沿堆积体各级卸载形成的边坡坡脚部位和渗水部位成排设置φ168mm大孔径深排水孔,孔深约60 m,间距5~10 m,局部渗水处加密,内设塑料盲沟,共设置了256个、总长约15 360 m的排水孔,将堆积体内部地下水引排出,并通过地表排水沟排入金沙江.

2.2.2 支挡

念生垦沟堆积体长度大、高差大、厚度大、方量大、含水量大,导致总下滑力巨大,由于导流明渠的开挖导致堆积体切脚引起抗滑力减少,必须布置大量的支挡措施来提高抗滑力,主要支挡措施包括抗滑桩和锚拉板.

抗滑支挡主要分3级进行,即分别在前缘 (导流明渠右侧1 510~1 531 m高程之间)、中部水位变动区 (1 600~1 640 m高程之间)和上部 (1 690~1 780 m高程之间)布置了3层支挡措施.

2.2.2.1 抗滑桩

抗滑桩以机械桩为主,人工挖孔桩主要布置在上部1 690 m高程平台,作为左、右耳的支挡措施.

(1)前缘明渠右侧1 510 m高程平台.1、2期共设置2排106根钢筋混凝土抗滑桩.其中,1期第1排74根沿明渠右侧全长 (整个堆积体前缘滑动区域)布置;2期在堆积体左侧滑移最大处即主滑区前缘布置第2排32根,与1期桩轴线平行布置于其后.采用圆形机械造孔,直径2.2 m,桩身高30~48 m,深入基岩13~16 m(约1/3桩长),顶部设连系梁将所有桩连为一个整体,第2排32根也通过连系梁与第1排联合受力.前排每根抗滑桩上部设置3根3 000 kN级压力分散型预应力锚索,锚索穿过堆积体锚入基岩,长度一般为50~70 m.

(2)中部1 600 m高程平台.1期在1 600 m高程平台左侧 (滑移最大处)边坡坡脚处设置1排抗滑桩41根,2期设置24根抗滑桩,与1期桩轴线平行布置于其前.3期在1 600 m高程平台堆积体右侧部位设置36根抗滑桩,将1、2期未包括部位涵盖.采用圆形机械造孔,直径2.2 m,桩身高26~50 m,深入基岩10~18 m(约1/3桩长),2排桩均利用连系梁连为一个整体联合受力,每根桩设置2根2 000 kN级压力分散型预应力锚索,锚索穿过堆积体锚入基岩,长度一般为50~70 m.

(3)上部1 690 m高程平台.该部位主要系对左、右耳牵引滑动区进行支挡,人工挖孔桩为主.其中,1期布置在1 690 m高程平台右耳根部8根、左耳根部5根3 mX5 m人工挖孔桩.由于1期施工时间主要在2009年,堆积体蠕动变形一直未停止,人工挖孔桩施工过程中桩身变形较大,严重影响施工安全.因此,右耳8根桩入岩3~5 m后被迫浇筑混凝土,抗滑效果不明显.2010年以后,右耳部位变形一直未完全收敛,在3期治理中,对右耳进行了加强.考虑到施工主要在汛后进行,其时变形已较小,施工安全有保证,仍然采用人工挖孔桩,在原挖孔桩后侧平行增设1排11根半埋式人工挖孔桩,断面3 mX6 m,桩身长16.5~55 m,入岩深度4.5~16 m,不小于1/4桩身长度,桩顶用连系梁连为整体,每根桩顶部设置2根3 000 kN级压力分散型预应力锚索,长60~70 m.

2.2.2.2 锚拉板

(1)前缘 (导流明渠右侧).分别在2级边坡即1 510.8~1 521.5 m高程之间和1 521.5~1 531.5 m高程之间设置锚拉板,利用水平板、桩顶连系梁将锚拉板和抗滑桩连为整体,在板上按间排距4 m布置2 000 kN级预应力锚索337根,长约50~70 m,锚入基岩.

(2)中部 (水位变动区).分别在高程1 600~1 620 m、1 620~1 640 m的2级边坡设置锚拉板,在边坡坡脚利用桩顶连系梁与1 600 m高程的抗滑桩连为整体,在板上按间排距4 m布置2 000 kN级预应力锚索279根,长约50~70 m,锚入基岩.

(3)上部 (右耳部位).在高程1 760~1 780 m设置锚拉板,在板上按间排距4 m布置2 000 kN级预应力锚索55根,长约30~40 m,锚入基岩.

3 治理效果

该堆积体自2008年8月开始滑移到2009年4月开始大规模治理,再到2011年8月3期治理结束至今,前后历时4年10个月,其中治理时间近2年半,期间经过明渠开挖、暂停开挖、回填压脚、恢复开挖以及2009年、2010年、2011年和2012年4个汛期的考验,前缘导流明渠过流已超过3年.该堆积体经过了局部小范围变形到滑移速率逐渐加快,直至堆积体整体急速滑移,后在采取快速止滑措施后滑移逐渐减缓,随后经过1、2、3期近2年半的治理.目前,各测点监测数据呈收敛状态,日变形率趋于零.这说明念生垦沟堆积体已完全稳定,各项治理措施发挥了应有的作用.

4 几点思考

4.1 提高认识,加强勘察,做好预控

西南高山峡谷地带的缓坡台地或冲沟谷口,多是由冲、洪积物或崩坡堆积物组成,应充分认识到其稳定不利的一面.笔者就多次遇到暴雨引起的泥石流或类似念生垦沟因人工扰动发生的边坡滑移等地质灾害.在勘察设计阶段应加强勘察调查,对其周边环境、成因、组成、性状等进行仔细研究,对其稳定性做全方位的计算和评估,不要轻易扰动或布置建筑物,确实因条件限制或结构布置需要改变其原状时,应充分预估施工可能引起堆积体抗滑力不足或其他条件改变 (如暴雨、振动等)影响其自身的稳定性,应预先按等效替代原则,采取工程措施维持其原有抗力或清除其不利条件,而不是等到滑移或泥石流发生后再去治理.由于滑面产生后堆积体摩擦力急剧减小引起抗滑力急剧下降,加之巨大的惯性作用,抗滑治理成本也将大为增加,念生垦沟堆积体滑移就是一个很好的教训.对于类似念生垦沟堆积体这种成分复杂、地下水丰富、结构松散的堆积物应特别提高警惕.

4.2 根据滑移特点进行有针对性的治理

念生垦沟堆积体量大、滑移速率快、延续时间长,加之工期紧张,需要在较短时间内取得治理效果,加之其成分复杂、地下水丰富,给施工带来不小的难度.根据其特点进行有针对性的治理:①为快速止滑进行的压脚、排水等,为后续治理创造了条件;②人工挖孔桩施工难度高、进度慢、安全风险大,主要部位不能采用人工挖孔桩,而是采取施工快捷、安全的机械桩;③调查渗水部位,进行有针对性的排水;④分期治理确保明渠开挖,以保证整个工程工期和工程永久运行安全;⑤分级治理确保上、中、下各部位安全并利于施工布置;⑥通过认真模拟计算,采取有针对性的卸载以最有效降低下滑力.

4.3 对锚拉板和排水的作用探讨

锚拉板是边坡治理中增加抗滑力的一种主要手段,在各种边坡治理中大量应用.由于念生垦沟堆积体成分复杂、地下水丰富、结构松散、颗粒细小,且锚索长度普遍在50 m以上,很容易因堆积体蠕变而使锚拉板产生相对移动,从而导致锚索失效.因此,应确保锚拉板尽量和抗滑桩布置在一起并连为一体共同受力.本工程中,在1 510.8~1 531.5 m高程之间靠近导流洞进口部位的部分锚拉板就因未能与抗滑桩连为整体而失效.

治坡先治水,排水对于滑坡治理作用很大,念生垦沟堆积体能够快速止滑,与采取的多种排水措施关系很大.但由于念生垦沟堆积体透水体和隔水层交错,周边山体渗水通道难以完全调查清楚,排水孔堵塞严重,稳定计算及治理时排水措施主要考虑其前期快速止滑的作用,后期永久治理则主要将其作为安全储备,并要求定期维护.