苗尾水电站失稳边坡变形加固处理措施应用

(中国人民武装警察部队 水电第一支队，河北 唐山 063000)

1 工程概况及地质条件[1]

苗尾水电站是澜沧江上游河段一库七级开发梯级电站中最下游一个梯级，为一等工程，永久性主要水工建筑物为1级建筑物，次要建筑物为3级建筑物。苗尾水电站开发任务以发电为主，电站正常蓄水位 1 408.00 m，相应库容 6.60亿m3，电站装机容量1 400 MW。枢纽工程主要由砾质土心墙堆石坝、溢洪道、冲沙兼放空洞、引水系统、发电厂房和灌溉取水口等建筑物组成。

2013年5月27日，右坝基上游1 384～1 340 m高程边坡发生浅层塌滑，滑塌体厚度1～3 m，长度约45 m，垂直高度约18 m，塌滑方量250～300 m3。经现场查勘，垮塌部位上方出现多条裂缝，主要位于大坝右岸上游1 450～1 390 m高程小溜槽沟下游，水平深度约30 m、宽度约30 m 的山脊范围内，坡面裂缝分布及发展示意详见图1，其中坝顶1 414.8～1 397.2 m高程段坝基边坡开挖已完成并通过验收。坡面裂缝单个长度不大于6 m，一般为1～2 m，宽度多小于2 cm，最大宽度15 cm，深度一般不大于1 m，其中1 450～1 490 m高程变形竖直深度5 m。

图1 坡面裂缝分布及发展示意

大坝右岸坝基上游堆石区边坡1 348 m高程以上表层主要为崩坡积碎石土，心墙基础上游侧边坡为倾倒变形岩体，边坡内局部强卸荷，结构面发育，岩体破碎。右岸坝基变形不稳定山体边坡位于大坝心墙上游至小溜槽沟之间的堆石区边坡，边坡较为平顺，中上部1 390 m高程以上自然边坡较陡，为50°～65°，基岩裸露为薄层砂岩、绢云板岩，岩性较为软弱。1 390 m高程以下地形较缓，多为30°～40°，为崩坡积砾石土，厚约5～21 m。中上部1 410 m高程以上倾倒变形较为明显，以下为强倾倒变形，水平深度B1类为29～67 m，B2类64～101 m。不稳定山体变形边坡地质剖面详见图2。

图2 不稳定山体变形边坡地质剖面

2 边坡塌滑原因分析

坝址区岸坡岩体为绢云板岩倾倒变形、变质石英砂岩构成的反倾板状地质结构，这种反倾板状结构往往形成倾倒体，右岸坝基边坡倾倒变形产生的拉张节理及层内错动带发育，岩体破碎。右岸上游坝基1 309～ 1 510 m高程段为崩坡堆积体，岩体质量差，在坝基边坡开挖过程中易出现局部的倾倒型崩塌，边坡局部的塌滑变形扩展引发上部岩体倾倒变形加剧。

3 加固技术方案[2]

总体考虑分期、分区实施，确保安全的原则。对于倾倒变形边坡，首先采用锚索做好边坡的“束腰”设计，控制进一步开裂变形。在启动“束腰”处理的同时，在边坡滑塌部位下方采用堆渣进行压坡护脚，其他部位采用锚拉板或框格梁+预应力锚索进行加固，顶部使用防渗粘土填充裂缝，同时设置坡面截水沟避免降雨浸透。通过多次现场勘察及治理方案研讨，采用“底部先行压渣护脚，坡顶设置坡面截水沟，对山体裂缝进行充填封堵，对拉裂坡面设置预应力锚索+锚筋束+锚拉板+网格梁+坡面排水系统”的综合支护方案，治理范围包含Ⅰ(1 304～1 328 m高程)、Ⅱ(1 320～1 348 m高程)、Ⅲ(1 348～1 415 m高程)、Ⅳ(1 440～1 450 m高程)、Ⅴ(1 485～1 490 m高程)区坡面。右坝基加固处理分区示意详见图3。

图3 右坝基加固处理分区示意

4 加固处理措施[3]

(1)截排水系统。在1 500 m高程边坡设置坡面截水沟，下游与右坝头截水沟连接，沟底设2%坡度，汇水排至上游小溜槽。

(2)防渗粘土封闭。为防止雨水入侵坡内对边坡稳定造成影响，采用防渗黏土对山体裂缝进行封堵。

(3)坡脚堆渣压坡。在右坝基上游堆石区边坡塌滑部位下方采用堆渣进行压坡镇脚。同时利用堆渣体作为上部锚固支护的施工平台。平台高程1 330 m，宽15 m，水平长度约78 m，并沿内侧坡面形成一条顶宽6 m、坡度为12%的施工道路，堆渣填筑方量约为 10.8万m3。

(4)锚杆、锚筋束。锚杆规格为φ25，L=4.5 m，主要用于主动防护网节点固定；锚筋束规格为3φ28，L为4.5或9.0 m，主要用于施工排架、作业平台加固；锚筋束规格为3φ25，L为6.0或12.0 m，主要用于部分坡面浅层支护。

(5)喷射混凝土。III1区主动防护网区域素喷厚15 cm，C25混凝土坡面防渗；III2区局部区域采用素喷厚5 cm，C25混凝土坡面防渗。

(6)预应力锚索。右坝基变形体加固工程锚索分5个区域施工，分别为I、II、III(III1、III2)、IV、V区(含1 475 m高程区锚索)，锚索设计长度分别为40.0，50.0 m和 60.0 m，设计吨位为2 000，1 500 kN和1 000 kN。

(7)固结灌浆。右坝基边坡1 303～1 348 m高程之间锚拉板区域采用固结灌浆加固处理，固结孔深20.0 m，孔间距 4.0 m×4.0 m，布置于锚索方格中心，水平钻孔，孔径φ为70 mm。

(8)坡面排水孔。综合考虑边坡地下水位上升的影响，坡面排水孔按照水位分3个部分施工： ①正常蓄水位以上区域。1 408 m高程正常蓄水位以上排水孔采用长短结合，布置形式为φ100，L为10.0m或20.0 m，内插φ80PVC排水花管，内端包土工布，排拒 8.0 m(高差)，孔距 4.0 m，矩形布置于锚索框格中心。②水位变幅区。1 398～1 408 m高程水位变幅区采用深排水孔，布置形式为φ130，L为30.0 m，内插φ100不锈钢排水花管，外包反虑钢丝网，排距4.0 m(高差)，孔距8.0 m，矩形布置于锚索框格中心。 ③死水位以下区域。死水位1 398 m高程以下排水孔采用长短结合，布置形式为φ65，L为8.0 m；φ100，L为15.0 m，分别内插φ50和φ80PVC排水花管，内端包括土工布，排距 8.0 m(高差)，孔距 4.0 m，矩形交替布置于锚索框格中心。

(9)混凝土施工。I、II区范围内布置锚拉板，III、IV、V区布置混凝土锚墩垫板和锚索联系梁混凝土。锚拉板混凝土为C20 F100W8，厚度100 cm，锚拉板设置施工缝，施工缝间距12.0 m×12.0 m，板内双层双向布置φ20@12 cm×12 cm钢筋，钢筋保护层厚度10 cm，钢筋穿过施工缝；锚墩垫板混凝土为C30混凝土和锚索联系梁混凝土为C25 F100W8。

5 安全技术措施

(1)新增临时边坡监测点，进行表面变形、位移、裂缝开合度、应力等监测。右坝基变形体布置永久表面变形观测点8个、临时表面变形观测点37个；多位位移计12套、锚索测力计20套(5台1 000 kN，15台1 500 kN)；裂缝计7支。

(2)在高高程裂缝发育区设主动防护网，施工主动防护网前对塌滑区及开口线上部土坡进行人工清坡处理，并对边坡表层破碎岩体进行清除。

6 加固处理成果分析

按照施工方案实施右坝基变形体加固处理，累计表面变形测点水平位移量最大为 46.9 mm(高程1 401m部位)，累计沉降变形量最大为 27.2 mm(高程1 401 m部位)，表面变形测点各方向位移变化较小；多点位移计位移变形量介于-14.9～51.84 mm之间，多点位移计变化平稳；锚索测力计荷载介于146.8～1 514.2 kN之间，荷载呈波动或下降趋势。监测成果表明，右坝基变形边坡总体处于稳定状态。

7 结 语

边坡变形加固处理按照既定方案稳步快速实施，前后历时5个月，整个施工过程紧张、有序，未发生任何安全、质量事故。经过后期2个月的监测、观察，未发现边坡继续呈开裂变形趋势，说明处理方案可行，处理效果达到了预期“安全、快速、节约”的目的。倾倒变形失稳边坡应以“底部先行填渣护脚，系统排水孔+锚筋桩+锚拉板或框格梁+预应力锚索”加固为主要方式，做好“束腰”设计。对于后期库区蓄水有影响的失稳倾倒变形边坡，其加固方式还必须综合考虑边坡地下水位上升的影响。苗尾水电站右坝基边坡变形加固处理方法对同类型边坡变形处理有一定借鉴作用。