梨园水电站进水口冰水堆积体边坡支护施工技术

廖文潇，刘勇林，华天波，刘 英，李洪涛(. 四川大学水利水电学院，成都 60065；. 中国水利水电第七工程局有限公司，成都 6008)

1 工程概况

冰水堆积体是第四系堆积作用形成的地质体，特别存在于金沙江中上游、澜沧江、雅鲁藏布江等河流两岸，在大型水利水电工程建设中，经常遇到大型的冰水堆积体边坡[1]，大型堆积体的存在使边坡稳定、支护加固等问题突出。与岩质及土质边坡相比，构成冰水堆积体的物质成分变异性很大，且空间结构较为复杂。国内外针对冰水堆积体边坡支护施工技术措施的研究较少，缺乏成熟的理论，没有相应的技术规范和要求。以往工程实践中，岗子上隧道口冰水堆积体边坡采用抗滑桩及锚杆支护[2]，双江口水电站冰水堆积体边坡采用挂网喷锚支护方案[3]，溪洛渡水电站左岸谷肩堆积体边坡坡面设框格梁及锚杆，并设置钢管桩进行支护[4]。

梨园水电站位于云南省丽江市玉龙县与迪庆州香格里拉县交界的金沙江干流上，电站总装机容量2 400 MW，水库总库容7.27亿m3。金沙江左岸坝址前的下咱日堆积体大致以下咱日沟为界将堆积体分为Ⅰ、Ⅱ两个区，梨园水电站进水口位于Ⅱ区下游侧边缘部位，如图1所示。进水口正面边坡最大开挖高度达215 m，其中，一半的边坡为冰水堆积体边坡，堆积物厚度为18.10～118.97 m[5,6]。

进水口边坡堆积物主要由两部分组成：一部分为河流成因的古河床堆积，主要分布于堆积体前部，组成物质以卵砾石为主，局部夹砂或孤石，具成层性和韵律特征，较密实，其间有透镜状的粉土、砂土分布，分布不连续；另一部分为冰碛成因的堆积物，物质组成主要为孤石、碎块石夹粉土，偶夹卵砾石，结构密实，表部具钙泥质胶结并形成硬壳。

图1 下咱日冰水堆积体分布Fig.1 The distribution of Xiazanri outwash accumulation

2 边坡支护加固方案

2.1 边坡支护加固设计

堆积体边坡支护加固设计与其他边坡类似，从两个方面考虑：一是减少滑坡体的下滑力或减弱甚至完全消除下滑因素，二是增加滑坡体的阻滑力或增加抗滑因素[7]。根据地质情况及工程布置，梨园电站进水口正面边坡大部分堆积体会被挖除，开挖坡面根据岩石表面形状进行调整，尽量减少岩石开挖，边坡分为4个区进行支护，图2为梨园水电站进水口边坡剖面支护分区，分区防护方式见表1，各区坡面均喷混凝土，设系统锚杆或锚筋桩，特殊情况设置随机锚杆，马道设锚筋桩和深排水孔，开口线设锁口锚筋桩，各个区域锚筋桩及锚杆间排距不同，视边坡地质情况而定。

图2 进水口边坡支护分区(单位：m)Fig.2 The partitions of slope support in the intake

表1 进水口边坡支护方式Tab.1 The methods of slope support in the intake

2.2 边坡支护施工存在问题

针对冰水堆积体边坡表层胶结体密实程度不一、厚度不均和表层硬壳下大面积分布的砂卵石胶结程度不同等特点，对进水口冰水堆积体边坡现场勘察，并开展边坡支护锚筋桩及锚筋造孔及注浆试验，图3为冰水堆积体边坡常规支护方法造孔及注浆效果图。通过现场试验，分析堆积体边坡支护施工主要存在以下问题：

(1)采用常规造孔工艺进行锚杆及锚筋桩施工，塌孔、卡钻等问题十分严重，施工难度大；

(2)采用常规支护方法造孔成孔效率极其低下，锚筋桩成孔深度小于设计孔深，普通锚杆无法成孔，且注浆饱和度不满足要求，施工质量得不到保障。

图3 常规支护方法造孔及注浆Fig.3 Grouting by general support method

为解决冰水堆积体边坡支护施工过程中存在的难题，研究采用跟管钻进解决锚筋桩成孔难题；采用自进式锚杆代替普通砂浆锚杆解决锚杆成孔难题，并采用研制花管式自进锚杆解决注浆难题，如图4所示。锚杆注浆扩散孔错开间隔呈梅花形布置，孔径在4～6 mm，孔间距在50～80 cm，可在一定程度上防止孔口被堵后浆液扩散不充分。

图4 锚筋桩跟管钻进成孔和花管自进式锚杆Fig.4 Anchor-stake drill with pipe and self-drilling perforated anchor

3 边坡支护施工工艺试验

3.1 锚筋桩及锚杆造孔试验

分别对锚筋桩及自进式锚杆进行2组试验，锚筋桩采用跟管钻进方式，1组注浆采用“边注浆边拔管”无压注浆方式，2组采用“先拔管后注浆”有压注浆方式；锚杆为自进式锚杆，YT28手风钻直接钻进，采用锚杆头孔口有压注浆方式，注浆完毕3天后，对试验锚筋桩及自进式锚杆进行了物探检测及挖掘剖切，试验结果见表2，由表2中数据得到钻孔长度均满足要求，说明锚筋桩跟管钻孔及自进式锚杆均能满足钻孔要求，但第2组锚筋桩注浆饱和度不满足要求，采用“边注浆边拔管”的无压注浆方式可以解决此问题。

表2 跟管锚筋桩及自进式锚杆造孔试验结果Tab.2 The results of drilling test of anchor-stake with pipe and self-drilling anchor

3.2 跟管锚筋桩注浆试验

3.2.1对比试验

试验按两种注浆配合比对EL.1 705 m边坡开口线和EL.1725开口线(0+50～0+100)共4根锚筋桩(长9 m)进行注浆试验，采用“边注浆边拔管”的无压注浆方式，记录每根锚筋桩的注浆情况，3天后进行物探检测，检查锚筋桩的注浆饱和度，试验结果见表3，综合水泥用量及注浆饱和度结果确定锚筋桩施工最佳注浆配合比为1∶1.2∶0.5。

表3 跟管锚筋桩注浆对比试验及物探检测结果Tab.3 The results of grouting contrast test and geophysics exploration of anchor-stake with pipe

3.2.2生产试验

按对比试验确定的注浆配合比1∶1.2∶0.5对边坡其他孔位锚筋桩(长9 m)进行注浆试验，试验结果见表4，物探检测长度满足要求，注浆饱和度均在90%以上，质量等级均为优良，注浆方式和注浆配合比满足生产要求，验证了跟管施工工艺在冰水堆积体锚筋桩造孔施工中的适应性，并确定锚筋桩采用“边注浆边拔管”的注浆工艺，注浆工艺流程见图5，“边注浆边拔管”注浆工艺使锚筋桩的注浆饱和度得到了充分保障，保证了施工质量。

3.3 花管自进式锚杆注浆试验

从表2可以看出，常规自进式锚杆能满足钻孔深度要求，注浆后虽然仅端部有球状浆体，但其能达到“锲形锚杆”的作用，增加锚杆的抗拉拔能力，球状浆体及锚杆尾部垫板及螺母同边坡喷混凝土挂网一道，边坡浅层岩体形成表层“硬壳”，能对边坡起到较好的稳定作用，但由于杆体无浆液包裹，无法保证注浆饱和度，锚杆的耐久性难以保证，受力状态也不及合格的砂浆锚杆，因此，研究采用花管自进式锚杆(图4)解决此难题。花管自进式锚杆的打入钻进施工方法同常规自进式锚杆相同，由于杆体上进行了开孔，有利于浆液沿杆体全长向四周扩散，更加有利于杆体周围裹浆。

表4 跟管锚筋桩注浆生产试验及物探检测结果Tab.4 The results of grouting production test and geophysics exploration of anchor-stake with pipe

图5 锚筋桩注浆工艺流程Fig.5 Grouting process of anchor-stake

3.3.1对比试验

试验按两种注浆配合比对EL.1705～1685(0+50～0+100)及EL.1705～1685(0+100～0+150)边坡锚杆(长4.5 m，为花管自进式)共计两组进行注浆试验，每组锚杆数量均为5根，采用有压注浆方式，记录每根锚杆的注浆情况，3天后进行物探检测，检查锚杆的注浆饱和度，试验结果见表5，综合两组锚杆注浆平均水泥用量、平均物探检测长度及注浆饱和度平均值结果确定锚杆施工最佳注浆配合比为1∶0.5。

表5 花管自进式锚杆注浆对比试验及物探检测结果Tab.5 The results of grouting contrast test and geophysics exploration of self-drilling perforated anchor

3.3.2生产试验

按对比试验确定的注浆配合比1∶0.5对EL.1705～EL.1685(0+50～0+100)其他4组花管自进式锚杆(长4.5 m)进行注浆生产试验，注浆压力为0.3～0.5 MPa，从表6可以看出，单根自进式锚杆水泥用量最大值为175 kg，最小值为18 kg，试验锚杆全部返浆，注浆饱和度均大于90%，满足质量要求，花管自进式锚杆能解决普通锚杆注浆不饱和的难题。

表6 花管自进式锚杆注浆生产试验及物探检测结果Tab.6 The results of grouting production test and geophysics exploration of self-drilling perforated anchor

在自进式锚杆试验中，出现单根锚杆水泥耗量(注浆量)偏差较大，甚至部分单根水泥用量仅为18 kg水泥耗量的现象，经分析，是由于冰水堆积体内随着埋深不同，堆积物岩性变化较大，且分布不均匀，致密程度不同，堆积体及崩积层等产状交错，当自进式锚杆恰处于冰水堆积体胶结程度较强，岩石分化程度较弱，结构较致密的冰水堆积体中时，水泥浆液无法扩散，从而导致注浆量较小；另一种情况，由于冰水堆积体内分布有大量的粉细砂质结构，而锚杆杆体注浆扩散孔直径仅为4 mm，锚杆钻进过程中很容易造成堵孔，使得浆液无法充分扩散，从而出现注浆量较小的情况。

3.3.3应用效果

观察锚杆现场注浆情况，并对锚杆注浆部位的边坡进行剖切，图6为花管自进式锚杆注浆效果，从图中可以看出，孔口返浆，注浆效果好，其杆体大部分被浆体包裹，能保证锚杆的耐久性和力学性能的发挥。

图6 花管自进式锚杆注浆效果Fig.6 Grouting effect of self-drilling perforated anchor

4 结 语

冰水堆积物构成的边坡，组成物质为冰碛层和冲积的砂卵砾石层，以粗颗粒的卵砾石、碎块石、孤石为主，边坡属巨粒土散体介质边坡。由于常规造孔工艺不能满足冰水堆积体边坡支护造孔的需要，在常规方法基础上研究创新，采用跟管锚筋桩和花管自进式锚杆，解决了堆积体边坡成孔困难，施工难度大，施工质量无法保障等难题，通过锚筋桩及锚杆注浆试验确定最佳注浆配合比及注浆压力等参数。施工期安全监测结果表明，边坡监测数据变化平稳，变形较小，边坡稳定。梨园水电站进水口边坡工程的成功经验，对类似冰水堆积体边坡施工具有指导意义。

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[1] 中国第四纪冰川与环境研究中心，中国第四纪研究委员会，中国西部第四纪冰川与环境[M].北京：科学出版社，1996.

[2] 高美奔，邓 辉，涂国祥，等. 岗子上隧道口冰水堆积体边坡开挖支护措施研究[J]. 铁道建筑，2014，(5)：115-119.

[3] 沈习文，聂大丰，吴永安. 双江口水电站库区左岸冰水堆积体边坡稳定性分析[J]. 水电站设计，2010，26(4):46-50.

[4] 杨雪洲. 堆积体开挖边坡变形特征分析与支护措施研究[D]. 成都：成都理工大学，2010.

[5] 姚 强，李洪涛，周家文，等. 大规模冰水堆积体钻爆开挖参数优化理论与试验研究[J]. 四川大学学报(工程科学版)，2013，45(4)：1-6.

[6] 王志强，杨兴国，李洪涛，等. 大规模冰水堆积体钻爆施工技术[J]. 人民黄河，2014，36(4):120-122.

[7] 程学权. 某大型冰水堆积体开挖边坡稳定性分析与支护措施研究[D]. 成都：西南交通大学，2013.