克孜尔水库右坝肩倾倒体防护技术

2014-03-15卢军

湖南水利水电 2014年3期

卢军

（新疆克孜尔水库管理局阿克苏市 842000）

1 工程概况

克孜尔水库位于阿克苏地区拜城县境内，渭干河上游的木扎提河与克孜尔河交汇口处，是塔里木河水系渭干河流域上的一座具有综合效益性的大型水利枢纽工程。工程主要以灌溉、防洪为主，兼有旅游、水力发电及水产养殖。克孜尔水库原设计库容为6.4亿m3，工程等别为一等大（Ⅰ）型，场区地震基本烈度为8度，设防时均按照8.5度；2007年5月克孜尔水库完成了大坝安全鉴定工作，鉴定结论为“三类坝”，存在的主要问题是水库大坝现状防洪能力不满足原设计标准，2007年11月正式列入全国第三批病险水库除险加固专项规划。克孜尔水库右坝肩位于主坝右岸却勒塔格山第一排山脊北坡脚下，山体相对坝面高度340m左右，自然坡比1∶1～1∶0.75，由于右坝肩岩层不断出现塌滑、座滑变形、扭折、蠕变及弯曲现象，从而导致右坝肩形成长约650m的岩石倾倒体，这主要是因地质构造应力作用的原因。

2 右坝肩边坡稳定分析

根据截渗墙轴线剖面分析，从1244m高程以下存在一张性滑裂缝，一般宽度（1.3～2.6）m，最大宽度3.5m，最小宽度（0.05～0.1）m。裂缝的充填物一般以碎石、角砾和泥砂混合物为主，充填物直径变化大，结构疏松，架空结构发育，架空空隙最大达0.2 m。滑裂缝倾向SE（坡外），倾角一般为43°～65°。

通过稳定分析计算，计算正常用蓄水位和正常蓄水位加8度地震条件下坝顶以上局部和整体边坡的稳定，计算结果见表1。附图为渗墙轴线工程地质剖面。

表1 右坝肩倾倒体边坡稳定分析成果表

附图渗墙轴线工程地质剖面

根据剖面计算结果，坝顶以上边坡在正常蓄水位工况条件下的安全裕度较低，安全系数为1.057和1.100，地震工况条件下稳定性较差，安全系数为0.992和1.018，均不能满足规范要求的安全控制标准，应进行加固处理。

3 右坝肩倾倒体处理的防护技术

3.1 右坝肩倾倒体处理原则

（1）坝顶高以下，减少沉降为主，利用充填固结灌浆增加倾倒体的密实度，提高底部承载力。

（2）以卸荷和对边坡加固为主，减少对下部岩体的作用力。

3.2 加固方案及施工技术

（1）锚索安装：锚索垂直滑裂面布置。与水平夹角为15°锚固梁的砂浆锚杆间距1m，呈梅花型布置。Φ22砂浆锚杆长2.5m深入岩石2.15m深入锚梁0.35m。按40d计算锚固长度，锚梁400cm×400 cm，混凝土标号C30（二级配）高抗硫硅酸盐水泥，钢筋保护层35mm，锚索设计荷载1000kN，长（35～40）m，内锚头间距取2m，为对内锚固长度进行确定，施工时应按规范进行拉拔试验。由于锚索体为无粘结钢绞线（直径为15.2mm）成束而组成，应安设一根Φ20mmPVC管在压力分散型预应力锚索体中间以作为注浆管。

在锚索开始施工之前，应对所布置的试验孔先进行试验，这样做的主要目的在于：①检验接近极限拉力与超过设计拉力的安全程度和工作性能。②为便于锚索规模施工前对结构参数、施工工艺调整，试验时可及时发现锚索在设计和施工过程中所存在的缺陷，并有利于对锚索施工工艺的经验进行总结。③有利于对边坡地层中锚索的安全系数和极限承载力进行确定。④为确保锚固工程的安全、合理、经济，可及时对设计参数进行校核，以此为高边坡锚固工程的动态设计提供有效的参数。⑤能够揭示出该地层下对锚索锚固力造成影响的各种因素及其影响程度。

灌注净水泥浆是锚固段注浆锚固采用的主要工艺，在锚索体上附Φ30mm塑料管，一同送入孔内，水灰比控制在（0.45～0.50）左右，水泥净浆主要采用高抗硫水泥，往孔内注浆时最好采用注浆泵，直到浆液溢出孔，如浆液面在注浆完成后下降，应及时注浆进行补灌，直到孔口的浆液稳定为止。

张拉用YDC240QX-200张拉千斤顶分组单根逐一顺序张拉，预紧油压（4～6）MPa。当锚索孔口钢筋混凝土达14d龄期后（不低于设计强度的75%）即可对锚索张拉。张拉采用分级加载至所需的张拉力，并对钢铰线拉出长度进行记录，直到预紧力达到设计标准，卸压换孔时稳压维持5min左右再进行，同时应缓慢平稳地进行加载和卸载，值得注意的是，在加载过程中速率不能超过0.1σcon/min，卸载速率不宜超过0.2σcon/min,加载完成后应观测5min。最大张拉应力应控制在103℅σcon～105℅σcon范围内，稳压（10～20）min后锁定。锁定后的48h内，若锚索应力下降到设计值以下时应进行补偿张拉，以减小预应力损失。同时分别记录每级荷载对应锚杆的伸长量，绘制荷载-位移曲线。

（2）削坡及挂网：右坝肩削坡采用人工配合机械削坡，削坡后坡比为1∶1。削坡面的挂网喷护，砂浆锚杆为Φ25mmII级钢，长度为3m。锚杆按间排距1.5m×1.5m梅花形布置。排水孔Φ50，入岩0.2m，仰角5°。锚杆孔位偏差不大于10cm。孔深偏差不大于5cm。锚杆安装前，对杆体材料进行平直、除锈、去油污处理；锚杆采用人工安装并插入孔底。锚杆注浆时采用PVC管插入距孔底（5～10）cm，随后边注浆边向外拔管，直到注满为止，并确保锚杆孔内浆体饱满。锚杆注浆后3日内，严禁敲击、碰撞及拉拔锚杆。网筋为Φ8I级钢，网间距为20cm×20cm。

喷混凝土采用干拌潮喷法施工工艺，喷混凝土采用PZ-5B型混凝土喷射机，喷射施工前清理受喷面，喷混凝土采用干拌潮喷法施工工艺，人工持喷枪在施工平台架上自下而上分段分区进行喷射。喷锚厚度为10cm。

（3）右坝肩固结灌浆工艺：灌浆范围为桩号W130m～W165m，灌浆底高程为1112.0m。固结灌浆采用425#高抗硫硅酸盐水泥；浆液配合比为：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶16个比级。灌浆可采用纯压式灌浆法。灌浆施工采用自上而下分段卡塞法进行灌浆；浆液拌制使用高速搅拌机，搅拌时间少于30 s，灌浆时，各段灌浆塞应塞在相邻已灌浆段底以上0.5m处，以防漏灌。

灌浆压力和浆液变换：当灌浆压力持续升高或注入率保持不变时，或当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，水灰比不得改变；当某一比级灌注时间已达1h或浆液注入量已达300L以上，而灌浆压力和注入率均无明显变化时，浆液应换浓一级进行灌注。而在注入率大于30L/min的情况下，浆液浓度可根据实际情况更换。灌浆孔全孔灌浆结束并经验收后进行封孔。表2为灌浆压力值表。

表2 灌浆压力值表

封孔采用“分段压力灌浆封孔法”封孔，即自下而上分段进行封孔，采用与该段灌浆压力相同的压力，灌注0.5∶1的纯水泥浓浆进行封孔，在压力符合规定的条件下，当灌浆孔注入率小于0.4L/min时，继续灌注60min或不大于1L/min时，继续灌注90 min，可结束灌浆，而当注入率不大于1L/min延续30min停止，在孔口段延续60min停止，灌浆孔封孔。检查孔压水试验透水率q≤5Lu为压水试验合格。对于接触段及其下段的压水试验合格率应达到100%，并且还要确保往下各段的压水试验合格率达到90%以上。

4 右坝肩倾倒体防护效果

清坡面对1244m高程下进行削坡，以达到削坡卸荷目的，减少张裂面自重荷载，改善边坡的应力状态，减小下滑力；坝体以下固结灌浆提高W150截渗墙附近、坝面以下的倾倒体岩刚度和抗变形能力，有效封堵坝体岩石裂隙，防止渗漏；清坡面的挂网喷护工程，遏制右坝肩山体风化程度，防止了雨水进入岩体的张裂缝，对裂缝的发展起抑止作用，同时防止碎石下落和泥石流的形成，有效保护了地面建筑物及设备的安全。黏结式压力分散型预应力锚索有效地调节和提高了岩土的自身强度和自身稳定能力，增强了岩体的整体性和稳定性。根据加固方案进行稳定计算，稳定性得到提高。

表3为加固后右坝肩倾倒体边坡稳定分析成果表。