Nam Khan 2水电站厂房后边坡变形体监测及处理方案探讨

王　抗，　刘 慧 芳，　吴 智 勇

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都　610072)

Nam Khan 2水电站厂房后边坡变形体监测及处理方案探讨

王抗，刘 慧 芳，吴 智 勇

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都610072)

摘要：Nam Khan 2水电站厂房后边坡高程400 m以上岩体为变形岩体，开挖前处于稳定状态。施工过程中，对岩体状态实施了实时监测，出现裂缝后采取了框格梁+锚索加固方案，取得了较好的成效。

关键词：Nam Khan 2水电站；厂房边坡；锚索；框格梁；变形体监测

1概述

Nam Khan 2水电站位于老挝琅勃拉邦市东南方向约30 km的Nam Khan河与湄公河汇合口上游68 km处，为二等大(2)型工程。坝址以上流域面积为5 167 km2，坝址多年平均流量67 m3/s。水库正常蓄水位高程475 m，相 应 总 库 容

6.862亿m3，死水位高程465 m，调节库容2.291亿m3，电站装机容量为130 MW。

枢纽主要建筑物由混凝土面板堆石坝、右岸副坝及溢洪道、右岸放空洞、右岸引水系统和岸边地面厂房等建筑物组成。

地面厂房主要由主厂房(主机间、右端安装间)、上游副厂房、上游主变室及GIS开关站、下游尾水平台、尾水渠及进厂交通洞等建筑物组成。

2地质情况

Nam Khan 2水电站厂房后边岩体坡为变形岩体，平面投影面积约7万m2。据钻孔揭露，变形岩体夹泥破碎，呈碎裂结构，性状较正常风化的强风化带略差，岩层面产状由上游的N30°～50°E/SE∠30°～40°逐渐过渡到下游边界一带的N20°～40°E/SE∠50°～70°，枢纽区正常岩层产状为N0°～30°E/NW∠70°～90°，变形体岩层走向与枢纽区正常岩体岩层走向有一定夹角，倾向(倾上游)刚好相反，倾角变缓。变形岩体平均深度为30 m左右，靠近变形岩体中部最深可达51 m，变形岩体方量约为210万m3。天然状态下，厂房后边坡变形岩体处于整体稳定状态，厂房基坑开挖后，将造成变形岩体前缘切脚，进而可能导致变形岩体变形失稳。为了便于厂房后边坡的处理并减少对该变形体的影响，设计人员将厂房布置于变形岩体下游边界附近。

3厂房后边坡开挖情况

Nam Khan 2水电站项目于2011年3月26日开工，2012年2月1日厂房开始开挖； 2012年6月正值雨季，厂房后边坡高程460～480 m处出现垮塌和变形，工程在清除垮塌和变形部分后按原设计重新支护。为进一步了解厂房后边坡“变形体”的具体深度及边界条件，在厂房后边坡高程410 m钻设了探洞；2012年7月27日，探洞发生垮塌，垮塌长度为5 m，遂于当日停止了探洞施工；自2012年8月起，厂房后边坡监测各测点变形数据呈增大趋势，遂立即增加了监测频率，并于2012年9月13日召开了三方(监理、设计、施工)会议对监测数据进行分析后一致决定将厂房靠上游侧高程480 m平台外侧边坡顶部边坡削缓，并将高程460 m以下靠上游侧边坡开挖坡比放缓，将高程460 m以下边坡马道由20 m高调整为15 m。另外，将厂房靠溢洪道侧高程460 m以下的突出椎体挖除，并将开挖坡比放缓成1∶1.5。2012年10月11日，厂房后边坡出现了较大裂缝，2012年11月17日， 厂房框格梁、锚索开始施工，2013年2月5日，厂房框格梁、锚索施工全部完成。

4监测数据分析

4.1厂房后边坡表面监测

为了监测厂房后边坡开挖过程中边坡表层的变形情况，2012年6月19日，开始在厂房后边坡高程480 m马道布置了2个表面变形监测点ISCF1-1，ISCF2-1；高程460 m高程马道布置了2个表面变形监测点ISCF1-2、ISCF2-2；在厂房后边坡上游自然边坡布置了5个表面变形监测点ISCF3-1、ISCF3-2、ISCF3-3、ISCF4-1、ISCF4-2，如图1所示。

根据《混凝土坝安全监测技术规范》(DL/ T5178-2003)第七章之变形监测规定，两期位移变化量应小于±5 mm，两期沉降变化量应小于±3 mm。

监测数据显示，ISCF1-1、ISCF2-2发生了较大的水平位移及沉降变化，水平位移量分别为17.4 mm、34.8 mm，方向为边坡倾向及河流流向的矢量方向；沉降量分别为-15.2 mm、-45.4 mm，超过了规范要求。

4.2岩体深层监测

为了监测厂房后边坡岩体深层的变形，在厂房后边坡高程461 m埋设了多点位移计用以监测岩体的竖向变形，埋设测斜管监测岩体的径向变形。

多点位移计MCF1-1自2012年8月19日至2012年10月9日的监测数据显示C2(17 m)、C3(8 m)、C4(2 m)测点发生了变化，方向与边坡倾向相同，C2测点自起测时一直成增大趋势，最大变形量为16.65 mm、C3测点自2012年9月22日开始发生变化，最大变形量为8.34 mm、C4测点自2012年9月23日开始发生变化，最大变形量为1.4 mm。

多点位移计MCF2-1自2012年8月23日至2012年10月11日的监测数据显示C2、C3、C4测点发生了变化，方向与边坡倾向相同，C2测点自起测时一直成增大趋势，最大变形量为16.65 mm、C3测点自2012年9月22日开始发生变化，最大变形量为8.34 mm、C4测点自2012年9月23日开始发生变化，最大变形量为1.4 mm。

4.3测斜孔

测斜孔监测数据显示：INCF1-1在12 m以上朝着与边坡倾向相同的方向发生了变形，2012年9月9日至2012年9月14日之间的数据发生了突变，突变量约4 mm；观测至2012年10月10日，最大变形量为16.14 mm。INCF2-1在22 m方向朝着与边坡倾向相反的方向发生了变形，2012年9月4日至2012年9月7日观测的数据发生了突变，突变量约3 mm，观测至2012年9月13日最大变形量为11.5 mm。

由2012年8月至10月厂房后边坡监测数据可知，厂房后边坡在这段时间内累计变形量超过了规范要求，虽然采取了削坡减负、放缓坡度、降低马道高度等措施，但未取得明显效果，2014年10月11日，厂房边坡出现了较大裂缝。针对这种状况，经三方讨论、计算后，决定采取框格梁+锚索方案进行加固。

5处理方案

5.1框格梁施工

5.1.1锚杆施工

锚杆采用“先插杆后注浆”的施工方法，钻孔采用手风钻造孔，清孔采用高压风或高压风水枪联合冲洗孔内的岩粉和积水，锚杆在钢筋场制作后运至施工现场，采用人工安装锚杆，注浆采用锚杆注浆机边拌和、边注浆。水泥砂浆的施工配合比严格按工程师批准的配合比执行。

5.1.2框格梁浇筑

钢筋在加工场加工成型后由8 t平板车运至现场，人工绑扎焊接，趾板混凝土模板主要采用木模板，混凝土浇筑采用8 m3混凝土搅拌车运至现场，主要采用溜槽入仓。混凝土入仓后，人工及时平仓，采用φ2 in(1 in=2.54 cm)软管振动棒振捣。振动棒应垂直插入，振捣间距不应大于振动棒激振力范围的1.5倍，采取“快插慢拔”的方式进行振捣；振捣时，振捣器应插入下层混凝土5 cm左右，距离边模板10 cm左右。混凝土终凝后，及时采用铺盖麻布片(采用细铁线连接成片)等方法进行遮盖，人工洒水养护，以保持混凝土表面湿润，连续养护时间不宜少于28 d或至被覆盖为止。

5.2锚索施工

厂房后边坡锚索分为A型及B型，A型锚索长30 m，B型锚索长25 m。锚索分布如下：A区及B区为高程460 m以上断层影响带及边坡较破碎区域，上游侧锚索应延伸至断层影响带上游较完整基岩大于2 m处；C区为高程445～460 m断层影响带。

5.2.1钻孔

锚索孔造孔施工所采用的钻机为地质钻机，终孔孔径为130 mm，采用金刚石钻头。为提高工效，必要时采用了风动钻具进行钻进。锚索孔深度以内锚固段进入弱风化岩体为原则，设计深度根据现场钻孔取芯复核。钻孔时对25%的锚索孔进行了取芯，取芯孔按锚索竖向排间隔跳开布置。为确定锚索孔内锚固段深度及岩体质量，所有锚索孔内锚固段均需取芯，以便为锚索孔质量缺陷处理提供依据。

5.2.2预应力锚索的加工与组装

1 000 kN级预应力锚索由7根φ15.2的带皮钢绞线组装而成。组装前，对钢绞线进行了质量检查、下料，将检查合格的钢绞线按“孔深+外锚墩高+千斤顶工作长度+工具锚高+0.3 m”的长度截断、理顺放齐，将φ20的聚乙烯注浆软管与锚索并排放置。内锚固段注浆管伸入到距孔底0.2 m，回浆管穿过止浆环0.2 m；将二次张拉段注浆管末端伸入到止浆环处，回浆管预埋在锚墩内伸入锚索孔并在锚墩外留出口。钢绞线包围着注浆管捆扎，要求注浆管能上下活动在张拉段与内锚固段的交接处并用铅丝捆牢。在内锚固段，每隔1 m布置一架线环，架线环之间应用铅丝捆紧；端头装上导向帽，使整个内锚固段呈枣核状。在张拉段每隔2 m布置一隔离架。组装好的锚索应大体上呈一直线，为此，要求在固定架线环和隔离架时，扭直钢绞线的自然弯曲，所有钢绞线不得互相交叉。

5.2.3预应力锚索的安放

锚索推送在牢固的脚手架上进行。为防止机械起吊而损坏钢绞线或致使注浆管破裂，采用人工运输和安装。

5.2.4预应力锚索内锚固段注浆及外锚墩浇筑

为防止堵管，水泥和砂浆均应过筛。筛孔孔径为2.5～3 mm。注浆量按钻孔体积准备或通过试验确定。

内锚固段砂浆强度等级为M40，水 灰 比 为

0.45～0.5，要求浆液3 h后的泌水率小于2%且具有微膨胀性。注浆压力一般为0.3～0.5 MPa，待内锚固段注满浆后(一次回浆管持续返浆且返浆浓度与进浆浓度相同)进行屏浆，屏浆压力宜为0.3～0.4 MPa，屏浆时间为20～30 min。孔口混凝土外锚墩浇筑前，应先清除孔口周围的碎石及泥土，固定好定位钢管，使之与锚索的方向一致，然后立模、浇筑。

在外锚墩浇筑完成后的12～18 h内开始养护，养护时间为14 d。

5.2.5锚索张拉

先进行单股钢绞线的预紧。单股钢绞线的最大预紧应力取锚索设计张拉力的10%，且锚索各单元体的预紧应力值应一致。

待全部单根钢绞线预紧后进行整体张拉。锚索张拉时，加载速率要平缓，该速率每分钟不超过设计预应力值的10%，卸载速率每分钟不超过设计预应力值的20%。锚索张拉荷载要分级、逐步施加，不能一次加至锁定荷载。

5.2.6张拉段注浆

将锚索超张拉锁定后，即可进行张拉段的注浆，张拉段注浆采用的砂浆强度等级为M35(其余与内锚固段注浆用砂浆要求相同)，灌浆前应冲洗孔道，排干孔内积水。

张拉段注浆可采用注浆管孔底注浆(注浆管伸到止浆环处)、回浆管孔口返浆法施工，最大压力不超过0.5 MPa，注浆直至二次回浆管返浆且返浆浓度与进浆浓度相同。注满浆后应按照内锚固段注浆要求进行屏浆。

张拉段注浆时，二次进浆管插入到止浆环处，要求以浆排水，不扰动浆液。

5.2.7对孔口的防护处理

张拉锚定后，应对孔口部位的锚索及外锚头进行保护。

锚索张拉及张拉段注浆结束后，应对锚墩外的钢绞线刷油进行防锈保护，并根据边坡变形情况确定是否进行二次张拉。

当边坡变形情况较稳定并确定不需要进行二次张拉时，可对外锚墩外多余的钢绞线实施剪断(留20 cm)并浇筑封锚混凝土。浇筑前，应对外锚墩混凝土进行凿毛、冲洗、湿养处理，同时应对锚板及预留的钢绞线洗刷干净。

6边坡处理成效

厂房后边坡锚索施工于2013年2月5日完工。厂房边坡监测数据显示，2013年11月至2013年12月，厂房后边坡表面变形观测点ISCF1-1-N、ISCF1-2-N 、ISCF2-1-N 、ISCF2-2-N最大位移量为4 mm，最大沉降量为2 mm，多点位移计MCF1-1-N(原MCF1-1破坏后重设点)、MCF2-1测点本期最大变形量为1.1 mm，测斜孔INCF1-1-N、INCF2-1-N(原INCF1-1、INCF2-1破坏后重设点)与边坡倾向相同方向的变形量为2.24 mm，与河流方向相同的方向变形量为0.58 mm。监测数据显示：变形符合规范要求，厂房边坡已趋于稳定。

7结语

施工期对厂房后边坡变形岩体实施的变形监测，使项目部及时掌握了岩体的变形状况，为变形岩体处理方案的制定提供了依据。此外，对变形岩体采取的框格梁+锚索处理方案使厂房边坡趋于稳定，为同类边坡裂缝处理方案的选择积累了经验。

王抗(1974-)，男，四川资阳人，工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

刘慧芳(1987-)，女，湖南益阳人，助理工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

吴智勇(1981-)，男，四川内江人，助理工程师，从事水利水电工程技术及管理工作.

(责任编辑：李燕辉)

收稿日期:2015-02-15

文章编号:1001-2184(2015)02-0031-04

文献标识码:B

中图分类号:TV52'TV522;TV51;TV7;TV547.5

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