高陡边坡危岩体治理技术

帅 彬

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

杨房沟水电站工程区两岸边坡节理发育，浅部岩体卸荷作用明显，局部岩体松动，山脊突出或边坡陡峻的局部形成了危岩体、危石群，陡崖地段多有危石分布。危岩体的治理一般处于工程建设的关键线路，直接影响着下部边坡的开挖安全，因此，有必要对其治理技术进行系统研究。笔者根据危岩体的特征，从失稳模式、稳定性级别、危险性级别等方面进行分类[1-3]，明确其治理的总体目标、原则及设计方法，并对其常规治理方案进行对比分析，提出针对性的可靠的治理措施、施工方案、应急预案、监测预警等综合技术措施。

2 杨房沟水电站枢纽区危岩体特点

杨房沟水电站危岩分布范围广、数量多、陡崖破碎区面积大。枢纽区工程边坡开挖线以外危岩体共81处，上下游分布范围从开关站边坡至尾水出口边坡，长度约950 m，高程分布范围约2 000 ～2 550 m，高差约550 m，其中坝顶高程2 102 m以上危岩体71处。块体体积最大10 032 m3，最小4.5 m3，大型、特大型危岩体占53%。潜在不稳定岩体1处(WY19)，方量66 150 m3。危岩体失稳模式以坠落式和滑塌式为主，倾倒式较少。稳定性级别以差为主，个别稳定性极差，危险性级别为中等或大。失稳模式、稳定性级别、危险性级别统计分别见表1～3。

由于枢纽区地形陡峭，危岩体位高、坡陡，且分布不集中，导致施工设备、材料运输困难，施工用风、水、电等辅助工程布置难度大，搭设支护排架高度大、施工安全风险高，因此其治理工期也相对较长。

3 危岩体治理总体目标、原则及设计方法

(1)根据枢纽区边坡危岩体分布、失稳模式、稳定性、危险性等主要因素，确定危岩体治理总体目标及原则：以确保工程永久运行安全，尽可能降低施工期安全风险为总体目标;遵循按区段、分重点、全面、有效、安全、经济的原则[4]。

表1 危岩体失稳模式统计表

表2 危岩体稳定性级别统计表

表3 危岩体危险性级别统计表

(2)设计方法。现场设计：设计前移，在施工过程中，借助形成的施工便道对危岩体范围、节理切割情况及产状、控制性结构面力学参数、危岩体稳定性等进行进一步的定性、定量复核，进一步明确每块危岩体的治理措施。个性化设计：根据危岩体的位置、类型、变形破坏机制、稳定性评价及危险性分级、对枢纽建筑物及施工安全的影响、治理施工条件等因素，以总体治理原则为基础，针对各处危岩体分别制定适合其自身条件的个性化治理方案。动态设计：通过危岩体监测成果分析，评判危岩体治理效果。对于变形或应力监测异常情况，及时分析，必要时调整危岩体的治理措施。

4 危岩体治理措施方案

4.1 治理措施方案比较

危岩体治理基本措施可分为“防”和“治”，“防”包括挡渣墙、主动防护网、被动防护网、安全监测等。“治”包括开挖清除、锚固、截排水、固结灌浆等。对各种措施进行比较，见表4。经综合比较，对危岩体主要采用开挖清除、锚固，并根据具体情况布置排水措施，重点危岩体进行安全监测；对坡面随机滚石、落石、陡壁危石区主要采用主动、被动防护网进行防护；个体治理措施根据其具体情况合理选择。

表4 治理措施方案比较表

4.2 治理措施选择

根据杨房沟水电站危岩体特征，经综合分析，明确其治理措施：针对直接危害工程施工或运行、稳定性差且开挖后不会形成次生危岩体的危岩体，采取开挖清除的处理措施；针对直接危害工程施工或运行、稳定性差且开挖后坡面仍存在不利于组合块体的危岩体，采取开挖清除加锚固的处理措施；针对直接危害工程施工或运行、稳定性差主要为坡面随机掉块问题，其位于高陡边坡、陡崖顶部或单薄山脊，不具备条件对其搭设排架进行锚固的危岩体，首先清除其表层浮渣、碎石等松动块体，然后对其进行主动网覆盖；针对坡面随机掉块、滚石、落石、浮渣等，采取被动网、挡渣墙等进行防护。

5 危岩体施工基本原则

(1)必须严格遵照“自上而下”的原则开展危岩体治理施工，对有明显滑动和崩塌迹象的危岩体需先进行清除或支护，再进行喷锚及柔性防护系统的施工。严禁在没经过论证确认安全的情况下进行下一道工序的施工。

(2)对于开挖(清除)后停滞在坡面的散落块体，应及时进行清理。在危险地带应设置明显的警示标志并实行有效的行人、车辆管制。

(3)对边坡开口线附近(3～5 m范围)的覆盖层应进行清理；对危岩体施工及边坡施工产生的虚渣、浮石等须及时清理。

(4)危岩体治理应避免在大风、雨天施工，在雨季施工，应有保证工程质量和安全施工的保障措施。在施工过程中，应做好施工用水的管理工作，控制施工用水对坡面岩体稳定性的影响；做好开挖坡面周围及坡面上的排水措施，拦截地表水，注意保护坡面免受冲刷和侵蚀破坏。在暴雨发生后，应检查边坡稳定情况，在确认边坡稳定后，再进行施工作业。

(5)由于现场调查的局限性，除已明确的危岩体外，不可避免地存在一些未发现的危岩体，在施工过程中，发现的危岩体应参照类似危岩体治理措施并按照现场工程师的要求进行处理。

(6)主动网、被动网、挡渣墙等措施实施后，应根据设计要求设置施工永久通道，以便定期检查、清理、维修及加固。

6 危岩体施工

对于危岩体处理，开挖线内的危岩体不需要采取专门的工程治理措施，在开挖过程中予以清除即可。而开挖边坡范围外的危岩体，则需对危岩体采取清除、随机锚杆、锚筋桩、预应力锚索、喷混凝土、混凝土框格梁、排水孔、主被动防护网、挡渣墙等措施进行处理[5]。

根据施工总进度的安排，杨房沟开挖区外危岩体共分三期进行处理。一期处理内容：左、右岸坝肩边坡、左岸尾水出口边坡开挖线正上方的危岩体治理(即影响前期边坡开挖施工的部位)及右岸覆盖层清理；二期处理内容：左岸进水口、开关站上部的危岩体治理、右岸上下游围堰顶部危岩体治理；三期处理内容：左右岸其余零星部位危岩体治理。

6.1 危岩体开挖

(1)破碎、零散危岩体处理。破碎、零散的危岩体，采用风镐、铁锹清除，清除的部分石渣主要用于危岩体施工便道的加宽填筑，剩余石渣料人工装袋就近临时堆存，堆存到一定量时采用索吊吊运至山脚，再利用汽车运至渣场。

(2)危岩体开挖施工。薄层松散覆盖层，采用风镐、铁锹清除。较坚硬且体积较大的孤石采用钻孔爆破的方式进行破碎，主要由人工清除，另外WY19等个别危岩体具备大面开挖条件后，由人工配合机械清理。左右岸开口线以外截水沟局部存在开挖，由于开挖方量小，爆破方式同孤石一样解爆。对于能采用反铲直接开挖的覆盖层，若覆盖层开挖宽度满足反铲安全运行要求，可采用小型反铲进行开挖。

6.2 危岩体支护及应急处置措施

对于不能清除的危岩体，采取随机锚杆、锚筋桩、预应力锚索(通常1 000 kN即可)、喷混凝土、混凝土框格梁、排水孔、防护网(GNS2型主动防护网、RX1075型被动防护网)、挡渣墙等支护措施进行治理，其主要施工方法与常规支护方式类似。由于危岩体分布较广，处理工程量较大，历时周期长，造成相当一部分危岩体需要在汛期或雨季进行施工，且非雨季期间风速又过大，因此可制定应急处置措施。

雅砻江流域暴雨一般出现在6～9月，主要集中在7、8两月，一次降雨过程为3 d左右，主雨段一般多在1～2 d左右，暴雨时段地质灾害频发，如山体落石、崩塌、泥石流等地质灾害。另外，杨房沟多年平均风速0.8 m/s，多年平均最大风速16.2 m/s，极端最大风速24.6 m/s。

首先应建立健全危岩体施工安全监督管理体系，成立专门的应急处置机构，并制定相应的分工及工作职责，对出现险情的应急启动程序及紧急撤离路线、避险点等作出明确的规定。其次，对危岩体施工的危险源进行辨识评价，对特殊气候条件下的施工风险进行分析，结合分析评价制定一系列针对性措施。

根据杨房沟边坡实际地形情况，结合避险要求，经过综合考虑选择在以下部位布置了应急避险棚：

(1)左岸危岩体边坡。在20 t缆索吊操作平台下游约20 m处、在左岸EL2 490高程坝肩开口线以上边坡山顶处、在左岸尾水边坡EL2 170高程平台处分别各设置一个紧急避险棚，紧急避险棚长14 m，宽5.5 m。

(2)右岸危岩体边坡。在20 t缆索吊EL2 330高程平台、Y2-27危岩体靠上游约EL2 400高程处分别各布置一处避险棚。

以上两个部位避雨避险棚离各施工作业面相对较近，且周围相对空旷，避开高边坡及冲沟，相对于其他位置安全风险较小。避雨棚内备足雨衣、雨伞、干粮及常用医疗药品等。避雨棚可采用φ48 mm架管搭建，底部埋设插筋，顶部满铺彩钢瓦，彩钢瓦四边采用竹跳板或架管下压进行加固，防止大风对彩钢瓦造成破坏。避雨棚迎坡面采用竹跳板进行安全防护。

7 危岩体监测与预警

7.1 监测数据

截至2020年2月，杨房沟左、右岸危岩体已安装埋设的锚杆应力计实测最大拉应力为34.44 MPa，锚索测力计当前实测荷载介于1 909.28～2 026.90 kN，荷载损失率介于1.31%～4.79%，说明危岩体支护效果较好。多点位移计、表面变形测点变形均很小，目前各个布置观测的危岩体均较稳定。

7.2 预警模式

表面和岩体内部变形是反映危岩体稳定情况的重要指标，锚杆、锚索支护受力可以辅助判断危岩体的稳定情况，在实际操作中，判断危岩体稳定以变形监测成果为主，支护受力为辅的预警模式。

首先设定变形观测警戒指标，警戒指标选取总变形量和变形速率，分别设定警戒值，总变形量警戒值取20 mm，变形速率取1 mm/d。

若变形测值超过警戒值，首先，可通过是否超越仪器量程或测值合理范围初步排除观测失误。若未出现上述情况，应组织人员进行复测，巡视变形部位，进一步排除偶然因素影响。若上述情况皆不存在，则应通过查看附近以及其他测点(包括支护受力监测成果)数据情况判断危岩体的整体稳定情况。当有多个测点的测值超过警戒值或多个测点的测值有增大趋势时，应引起重视，加密监测和巡视频次，必要时撤离危岩体下部作业人员。

8 结 语

杨房沟水电站自然边坡高陡，边坡岩石节理发育，浅部岩体卸荷作用明显，局部岩体松动，山脊突出或边坡陡峻的局部形成了危岩体、危石群等，严重威胁下部建筑物、人员及设备安全。笔者根据危岩体的特点，对其分布、失稳模式、稳定性、危险性等主要因素进行分析，确定了危岩体治理总体目标、原则及设计方法。通过比较危岩体“防”和“治”的基本治理措施，明确了杨房沟水电站危岩体治理措施的具体方案。通过对危岩体治理施工技术、应急处置措施及监测、预警等综合手段的应用，成功解决了杨房沟水电站高陡边坡危岩体稳定及安全问题，且通过监测数据可知，目前边坡运行安全正常。