锚索抗滑键在桐子林滑坡体加固施工中的应用

2015-02-22杨治平

四川水利 2015年5期

关键词：桐子滑坡体锚索

杨治平

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)

锚索抗滑键在桐子林滑坡体加固施工中的应用

杨治平

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)

针对桐子林水电站滑坡加固处治工程复杂的地质条件和地理环境、及本工程中的施工重难点，通过在施工过程中不断优化设计方案、调整施工措施，最终采用锚索抗滑键设计方案。该方案不仅使工程施工质量及安全受控，且在进度上得到了有效保证，为桐子林水电站工程蓄水提供了有力保证，为实现首台机组发电节点目标奠定了基础。

锚索抗滑键桐子林滑坡体开挖方式加固方案

1 概述

1.1 工程概况

桐子林水电站位于四川省攀枝花市盐边县境内的雅砻江干流上，由河床式发电厂房、泄洪闸及挡水坝等建筑组成。坝顶总长440.43m，最大坝高71.3m，电站总装机为600MW，水库正常蓄水位为1015.00m，总库容0.912亿m3。工程属二等大(2)型工程，永久性主要建筑物按2级建筑物设计，次要建筑物按3级设计。

桐子林滑坡体位于坝址上游左岸约1.1km，垂直河流方向长约270m，沿江宽220m，厚40m～50m，面积约38000m2。抗滑键工程位于桐子林水电站桐子林滑坡体，设在成昆铁路与攀米公路之间，S214线K1+442m～K1+634m左侧7m～10m范围内，共33根，桩深40m～45m(原设计桩深)，桩间距均为6.0m，桩截面尺寸为1.75m×2.5m，桩身采用C30钢筋混凝土灌注。每根桩上采用钢管预留三个锚索孔，每个锚索预留孔距桩顶的距离分别为1.0m、3.0m、5.0m。第一排预留锚索孔与水平面下倾角呈18°，第二排预留锚索孔与水平面下倾角呈20°，第三排预留锚索孔与水平面下倾角呈22°，锚孔直径φ130mm。抗滑键具体位置如图1所示

图1 抗滑键施工平面布置示意

1.2 工程地质

根据对现场地质情况勘察，其地质情况为：

(1)人工填土。杂填土为灰褐色、黄褐色，主要由粉质粘土、花岗闪长岩碎块石、煤渣、砖块等组成。碎块等含量约为30%，粒径2cm～60cm，结构松散～密实、干燥，在勘查区成昆铁路、米易公路沿线附近分布广泛，为塌滑堆积物，分布于公路、铁路表层，堆积年限1～30年，厚1m～3m；

(2)碎石土层(Q4col)。主要为晚期岸坡崩塌堆积而成，为塌滑堆积物的主要组成物质。碎石为主，含量一般50%～60%，局部达70%～80%，夹粉质砂土及少量块石、角砾，块碎石成分单一；

(3)粉质黏土(Q3al+pl)。为早期河流堆积，分布于岸坡中下部，区域资料定名为桐子林组。据勘探资料，桐子林组在塌滑堆积范围内，其分部高程自上游至下游而逐渐递减，层厚2.5m～7m。物质以粉粒、粘粒为主，成分均一，略显层理。该层结构致密，抗渗性能好，为隔水层，分布稳定，属低塑性、中液限、空隙比大、压缩模量较低、中～高压缩性土。该层偶夹透镜体块碎石(土)及炭化木，块碎石粒径大小不等，成分较杂，为英云闪长质混合岩、砂岩、灰岩等，结构较松散，抗渗性能差；

(4)砂卵砾石层(Q3al)。为早期河流堆积，分布于河谷谷底，厚5m～30m，以卵砾石为主，成分为英云闪长质混合岩、砂岩、灰岩、玄武岩等，粒径2cm～6cm，充填中细砂，局部为砂夹卵砾石，结构较致密，渗透系数K=(1.16～6.18)×10-2；

(5)英云闪长质混合岩(δ02)。出露基岩为英云闪长质混合岩、灰绿色、浅灰色，主要矿物成分为长石、石英、角闪石、黑云母等。粗粒结构，块状构造，裂隙发育。受SN向糜棱岩及断层影响，表层岩体破碎，完整性差，风化、卸荷强烈。

1.3 水文情况

雅砻江流域每年11月至次年4月为流域的干季，日照多，湿度小，日温差大。每年5月至10月是流域的雨季，气候温暖湿润，降雨集中，降雨量约占全年降雨的90%～95%。

据小得石水文站和气象站历年实测气象资料统计，多年平均降水量1040.0mm，雨季(5月～10月)降水量990.7mm，占全年的95.3%；多年平均年降水日数107d，其中发生在雨季的为92d，占全年的85.3%；蒸发量大，多年平均年蒸发量2096.2mm，历年最大值可达2348.2mm；相对湿度小，多年平均值为67%，最小仅5%。该地区日照时间长，历年平均为2168.7h；最大风速18.3m/s，相应风向为SSE。

雅砻江流域径流丰沛，主要来源于降雨，径流年内变化及地区分布与降雨变化基本一致，年际变化比较稳定。

雅砻江集水面积大，域内植被良好，具有较好的调节能力。径流年内分配大致为：丰水期6月至10月，主要由降水补给，占全年的76.6%；枯水期12月～次年4月，以地下水补给为主，占全年的10.3%。

洪水主要由暴雨形成，具有洪量大，涨落缓慢，历时长的特点。一次洪峰过程单峰一般历时7d～9d，双峰历时13d～17d。主汛期为6～9月，最大流量多出现在8月(占全年的34.0%)，其次出现在7月(占全年的32.0%)。

2 开挖方式选择

针对抗滑键施工区域地质较复杂、地下水丰富等实际情况，初步拟定采用以下三种机械方式进行开挖：①冲击钻开挖；②旋挖钻机开挖；③人工挖孔桩。前两种采用泥浆固壁浇筑水下混凝土，人工挖孔桩采用混凝土固壁旱地浇筑混凝土。

2.1 施工中存在的主要重难点

初步拟定的施工方案，施工中主要存在以下重难点：

(1)施工场地布置、施工安全管理、工程质量控制工作、施工前后工序组织安排等，是本工程施工管理的关键；

(2)本工程设计抗滑键的桩径较小，桩深度在40m～45m之间，根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)等相关规范规定，属于超过一定规模的危险性较大的分项工程；

(3)桩井内地质条件复杂，从山体表面植被覆盖情况和厂房基础开挖地质等情况推断，其山体内地下水较为丰富，且汛期时较大；在施工期间，由于受上游电站发电等影响，河床水位变化幅度大，抗滑键桩身下部约有17m～32m在河床水位以下。该部分桩身所处地质为粉质黏土层，结构松散，抗渗性能差，若大量河水渗入桩内，当渗流量过大时，容易出现流沙、管涌等现象，甚至发生塌桩等事故；

(4)抗滑键所处位置地形条件复杂，内侧有成昆铁路，外侧紧邻省道S214线和雅砻江，且外侧有一座120拌和站，采用机械施工方案，其工序复杂，占用场地大，封路等协调难度大；

(5)抗滑键施工区内S214公路边沟内侧下部埋有国防电缆，上部架有通讯电缆，给施工带来极大不便；

(6)经现场测量放点，1#～6#抗滑键距内侧货场挡墙基础最小距离为1.0m左右，27#～33#抗滑键位于铁路围墙基础的护坡上，且距外侧公路的最小距离为2.0m左右，冲击成桩的施工方式振动大，无法保证铁路围墙边坡稳定，影响成昆铁路与S214线的运行安全；

(7)旋挖机施工虽然振动小，但据旋挖机械自身的性能，需要套挖才能保证设计开挖截面。而且在旋挖过程中易遇到孤石或漂石，影响开挖进度和开挖精度。

2.2 人工挖孔桩的优势

经过对冲击钻开挖、旋挖钻机开挖、人工开挖施工方案的论证和比选，根据本工程的特点，结合其他类似工程经验，最终选用人工挖孔桩施工，主要有以下方面的优势：

(1)施工操作工艺简单，施工方便，不需要大型机械设备，占用场地较小；

(2)可多桩同时进行施工，施工速度相对较快，节约设备投资，降低工程造价；

(3)单桩承载力高，可直接检查桩外形尺寸和持力层情况，受力性能可靠，抗震能力强；

(4)施工时无振动、噪音，场地污染小；

(5)对于本工程而言，人工挖孔桩对周边基础扰动小，减小了对铁路基础的扰动，保证了火车通行的安全需要；

(6)采用边开挖边支护的循环作业方式，保证了桩身基础的稳定，确保了施工中的安全；

(7)通过采用人工挖孔桩施工，可随时对比桩内基础与设计基础变化情况，并根据基础变化情况制定不同的应急处理措施，随时调整施工方案。

3 加固方案调整

3.1 旋喷桩帷幕试验

本次试验选取地质结构具有代表性的11#、17#抗滑键，各抗滑键四周采用20个直径为80cm的旋喷桩帷幕隔、防水。桩间距0.6m，相互咬合0.2m，护桩沿抗滑键四周矩形布置，具体布置型式及施工分序编号见图2。

通过高压旋喷帷幕加固试验，验证旋喷桩帷幕的防渗效果及桩体搭接状况，使桩孔周边形成帷幕效果，以解决涌水涌砂问题。本次高压旋喷试验施工工艺采用“双管法”施工，通过试验验证施工参数的适宜性，确定最优资原配置方案，最优生产组织管理模式。

本次旋喷试验的主要技术措施为：

(1)抗滑键桩井塌孔部分采用粘土回填；

(2)旋喷桩自抗滑键桩顶开始施作，上加固界线为流砂层上2m，下加固界线为打穿流砂层至基岩，若抗滑键完全位于土层中则加固至桩底；

图2 抗滑键旋喷试验平面布置示意

(3)上加固界线以上部分为空桩，空桩部分采用水泥砂浆回填；

(4)要求旋喷桩每延米水泥用量不小于500kg；

(5)旋喷桩采用双管法施工，高压水泥浆的压力应大于20MPa，空桩部分的注浆压力为0.3MPa；

(6)钻孔位置与涉及的偏差不得大于50mm。

但因桐子林滑坡体地质缺陷、涌水等原因，在进行旋喷帷幕加固实验过程中，串孔、埋管现象非常严重，导致旋喷帷幕加固实验工作进展缓慢，旋喷效果极差，无法满足施工需要。

3.2 抗滑键加锚索方案

由于旋喷帷幕加固措施对处理涌水、流砂效果差，并且穿孔严重，无法满足要求，为此，参建各方根据桐子林滑坡体地质条件等，最终提出了对滑坡体加固方案进行优化调整，采取缩短桩深、增加锚索的加固方案(锚索抗滑键示意图3)。其主要调整优化内容为：

图3 锚索抗滑键示意

(1)单号桩共17根，桩深10m，桩间距6.0m，桩截面1.75m×2.5m，桩身采用C30钢筋混凝土灌注，已开挖部分采用C30混凝土回填；

(2)双号桩共16根，桩深8m，桩间距6.0m，桩截面采用3.0m×1.5m，桩身采用C30钢筋混凝土灌注；

(3)冠梁。桩顶采用钢筋混凝土冠梁连接各桩，保证抗滑键的整体性，冠梁长192m，冠梁截面采用2.5m(宽)×2.0m(高)，冠梁采用C30钢筋混凝土，每10m～25m预留2cm伸缩缝；

(4)锚索。在冠梁及抗滑键各设置一排锚索，第一排锚索距离梁顶面1.0m,第二排锚索距离冠梁顶面3.0m。锚索钻孔直径130mm，锚索为单孔6束锚索，第一排锚索与水平面下倾角呈20°，第二排与水平面下倾角呈25°，自由段采用跟管钻进，锚固段采用波纹管防护。锚索采用直径15.2mm的高强度、低松弛无粘结钢绞线制作，抗拉强度不低于1860MPa。全孔范围内采用水泥净浆灌注，水泥净浆结石强度R7d≥35MPa。