YD水库松动体加固处理

摘 要：YD水库右岸松动体严重影响大坝安全，针对于此，前期采取了利用地勘平硐设置抗滑键+抗滑桩+截排水沟的整治措施，但在大坝施工中观测到松动体位移有加速发展的趋势，于是进一步采取了挡墙+固结灌浆+钢筋混凝土网格地梁+预应力锚索的综合处理措施，松动体经处理后已运行多年，观测表明运行正常、消除了安全隐患，为类似工程处理提供了经验。

关键词：松动体；固结灌浆；网格地梁；预应力锚索

中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2024）07-0097-03

1 基本情况

YD水库是一座以灌溉为主综合利用的大（Ⅱ）型水利工程，坝高87 m，库容3.55亿m3，坝型为混凝土砌石重力坝。松动体位于右岸库区内，下游边界距坝轴线30 m，松动体从河床高程1 915 m算起，前缘高度约30 m，垂直河床边坡长约95 m，坡度平均38°，顺河床宽约52 m，最大深度35 m，体积约12万m3。岩层呈单斜构造，走向南北。岩层为上二迭统峨眉山组致密状β-P213玄武岩，柱状节理发育。松动体上断层密集，大小断层62条，张裂隙30余条，并有泥化软弱结构面，在河流的切割作用下，山体产生临空面，为岩体在重力作用下向下运动创造了条件。

2 工程处理历程

松动体处理经历了两个阶段：第一个阶段根据松动体的边界范围进行了松动体的整治设计，通过开挖和设置抗滑桩两个方案的比较，选定设置抗滑桩方案。即利用原有的地勘平洞用钢筋混凝土加以封堵，形成抗滑键，在e-裂缝前缘加设钢筋混凝土抗滑桩，在松动体上部及周围开挖排水沟，以减少地面水的侵害，提高松动体的稳定性，并埋设了监测仪器。

第二个阶段在大坝施工过程中，观测到松动体位移有加速发展的趋势，通过观测资料的分析及对松动体的稳定计算，得出水库建成蓄水后地下水位上升，松动体的稳定性将进一步恶化，松动体沿FⅡ-35断层与PD2缓倾角结构面和L52裂隙双滑面滑动的可能性极大，须进一步采取加固措施[1]。

3 加固处理设计

3.1 稳定分析

采用分段传递稳定系数法，通过中国水科院的“EMU”边坡稳定程序[2]对松动体进行稳定计算，第i块岩体的稳定安全系数如式（1）所示。

（1）

式中：角标1i和2i分别表示第i块岩体的结构面1（PD2缓倾角结构面）和结构面2（L52裂隙），φ为内摩擦角，C为凝聚力，β结构面倾角，A为结构面面积，E为不平衡下滑力，N为法向力，Q为岩体重量，K为安全系数。

考虑到滑面已有位移，计算滑面的力学参数选用滑面的残余强度。下滑力采用刚体静力平衡法的剩余下滑力法，计算出松动体的总下滑力为23 800 kN。稳定分析计算结果表明，松动体在特殊荷载组合正常蓄水位+地震、库水位骤降两种情况下将失稳。松动体失稳将影响工程的正常运行，危及大坝安全。

3.2 加固处理设计

为确保枢纽工程建筑物及工程运行安全，通过方案比较选择了超常规设计的预应力锚索+网格地梁+固结灌浆和挡墙综合加固处理方案。

在下部高程1 925 m处设挡墙，底部用锚杆固定，支挡小范围松散岩体，防止水流掏涮底脚，维护松动体坡脚稳定。对松动体强、弱风化层进行固结灌浆，增加地基承载力，提高岩石抗剪强度和岩体的整体性。固结灌浆范围为坝轴线上游15～102.5 m、高程1 925～1 985 m，布置19排，孔间、排距均为4 m，孔深8～25 m，呈梅花型布置，共计339孔。

在地表布置平面上呈菱形、断面尺寸为100 cm ×80 cm的网格型钢筋混凝土地梁，兜住松散岩体，确保坡面松散岩体安全。在松动体中部、网格型地梁节点处设置38根锚索（呈梅花型布置，间距6～8 m，分成4排），深度穿过滑面，内锚头锚固在FⅡ-35断层下部的岩盘上，最大深度50 m。锚索根数如式（2）所示。

（2）

式中：P为总下滑力，F为单根锚索承载力，α为滑面倾角， θ为锚索与水平面的夹角，f为滑面摩擦系数，K为应力损失系数，取K=1.1。经计算N=32根，为安全考虑，设计布置38根。其中5根在锚索锚座处安装钢弦式锚索测力计对其应力应变进行监测。

此方案通过固结灌浆加固地表岩体，提高其整体性，通过网格地梁兜住表层岩体并分散预应力锚索施加的地基压力，通过预应力锚索、以地梁为纽带，将整个松动体锚固在下部岩盘，以实现松动体的稳定，突破了常规设计。

4 松动体加固处理施工

松动体地形复杂，地面坡度大，施工条件差，施工难度大[3]。

4.1 挡墙及网格地梁

4.1.1 开挖

挡墙基础挖至弱风化层，施工中因受山体塌方威胁，在挡墙基础填塘混凝土浇筑后才能进行水平、垂直锚杆的施工；受地形限制，采用人工自上而下清除布置在地梁及锚索范围内的浮渣和杂物，进行锚头及地梁部位槽挖，土箕运渣至坡下，再利用装载机出碴、运转至上游弃碴场。

4.1.2 混凝土浇筑

由于边坡极不稳定，混凝土必须在短期内快速浇完。挡墙填塘混凝土采用混凝土砌石作外模，内侧贴坡，边立模边浇灌的平行作业法施工。挡墙选用C20混凝土，采用自卸汽车运输，装载机入仓，人工振捣浇筑。地梁及锚头混凝土用散板就地安装立模，人工搬运钢筋上山，现场绑扎，人工挑运混凝土，人工平仓振捣浇筑。地梁采用C25混凝土，锚头为C40混凝土。

4.1.3 砌石

挡墙上部坡面采用M7.0砂浆彻石护坡，先进行坡面平整，后人工搬运块石、就地拌制砂浆、由低到高砌筑。

4.2 固结灌浆

4.2.1 灌浆材料与制浆

灌浆材料采用强度等级为42.5的硅酸盐水泥。为保质、保量、减少损耗，采用高速搅拌机集中制浆工艺，通过管道把集中拌制的0.5：1浆液输送到各灌浆部位的搅拌桶，由各灌浆点按所需水灰比配制使用[4]。

4.2.2 钻孔

松动体各固结孔均为铅直孔，使用SGZ-150型地质钻机配人造金刚石钻头钻孔。开孔孔径为ø91 mm，钻入基岩0.4 m，以下孔径均为ø56 mm直至终孔。灌浆孔段钻后进行孔壁冲洗直至返水澄清。每排选一Ⅰ序孔做灌前压水试验。

4.2.3 灌浆

按灌浆孔分序加密的原则，采用镶注孔口管，自上而下分段钻灌，不待凝，孔口封闭内循环工艺。第一灌浆段长3 m，其余各段长5 m。各灌浆段的灌浆压力依次为0.30 MPa，0.35 MPa，0.40 MPa，第四段及其以下各段的灌浆压力均为0.5 MPa。浆液的浓度由稀到稠逐级变换，采用5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1等7个配比级，开灌水灰比一般为5：1。各灌浆段在设计压力下，当吸浆率不大于0.4 L/min时，继续灌注30 min结束。各固结孔终孔段灌浆结束后采用孔内封闭纯压灌浆封孔。

各固结灌浆孔的施工程序为：钻机就位紧固→ø91 mm金刚钻具开孔至深入岩石0.4 m→注射0.5：1浓水泥浆镶注ø89 mm孔口管并待凝3 d→扫孔→ø56 mm金刚石钻头分段钻灌（钻孔—孔壁冲洗—灌浆）直至终孔→注0.5：1浓浆提出灌浆管→孔内封闭纯压灌浆封孔→迁移钻机。

4.3 预应力锚索

预应力锚固是在外荷载作用前，针对建筑物可能滑动拉裂的破坏方向先施加主动压力，以提高建筑物的抗滑和防裂能力。YD水库松动体预应力锚固工程是利用钢筋混凝土网格地梁，通过预应力锚束把松动体和新鲜基岩牢固地联结起来，以达到松动体稳定的目的。

其施工程序为：搭建施工平台→钻机就位并固定平稳→ø130 mm金刚石钻头开孔→镶注ø127 mm孔口管→ø110 mm金刚石钻头钻至终孔→分段固结灌浆→根据孔深下钢绞线→编锚→放锚→锚根段注浆→安装孔口承压垫板→安装工作锚具→（14 d）第一次张拉（120 t）→（7 d）补偿张拉（130 t）→注浆封孔→切除外锚头超长部分钢绞线→锚头混凝土墩永久防护。松动体锚束为9-ø15 mm低松弛预应力钢绞线组成，直径ø86 mm。锚头由钢筋混凝土加OVM系列锚具组成。锚根为粘着式，利用孔底扩孔段内高强度水泥浆体的握裹力嵌固。锚索施工采用52.5普通硅酸盐水泥，锚根段浆液浓度为0.45：1，自由段为0.5：1。

4.3.1 造孔

松动体锚索孔采用SGZ-Ⅲ型回转地质钻机，配ø130 mm金刚石钻头钻孔，钻穿钢筋混凝土地梁及覆盖层、强风化破碎岩层后，下ø127 mm套管控制导向及护壁。钻孔结束后，采用自上而下的灌浆工艺及时进行深孔固结灌浆以保护孔壁、加固基岩。固结灌浆待凝3 d进行扫孔、扩孔，孔底扩孔段长4 m。

4.3.2 编束及下锚

依据钻孔孔深下索，在施工现场平台编制成束。锚根段由4个隔离环架空锚索，自由段每隔1.5 m用隔离架架空，锚束中心预置可以自由移动的灌浆塑料管。锚束由人工一次放装就位，就位后及时进行锚根段注浆。

4.3.3 张拉

松动体锚束采用YCW25G型千斤顶配套油泵分索整束张拉。锚根段注浆14 d后进行第一次120 t张拉，再过7 d待锚束预应力基本结束进行130 t超张拉。

4.3.4 防护

锚束完成张拉后，采用纯水泥浆封孔对锚束进行防护，锚头浇筑混凝土进行永久防护。

5 质量控制

松动体加固工程是YD水库枢纽的重要隐蔽工程，各参建方都十分重视松动体的施工质量，形成以施工单位自检为主的三级检查制度。

5.1 挡墙及网格地梁

基础开挖、整修并经施工方初检、复检合格后，由参建各方人员现场检查验收，合格后方可进行下一工序，钢筋绑扎、立模、混凝土浇筑均有施工技术人员、监理人员现场巡回监控，以保证原材料及混凝土浇筑质量。

5.2 固结灌浆

松动体固结灌浆严格按施工技术要求及相关规范进行，结合声波检测进行质量检查和评定。固结灌浆压力控制标准为：孔口第一、二、三段分别为0.30 MPa、0.35 MPa、0.40 MPa，以下各段均为0.50 MPa。

松动体固结灌浆结束后，根据规范、设计文件及施工记录布检查孔19个进行声波检测，结果如表1所示。

从上表可以看出，除β2效果比设计略差外，β3、β1两类岩体灌浆后质量均满足设计要求。由声波检测资料统计得出β3、β2、β1三类岩体合格率分别为92.86%、92.86%、95.84%，固结灌浆达到设计目的。

5.3 预应力锚索

松动体预应力锚索施工属流水作业，上一工序不合格或未经验收签证不允许进入下一工序。施工中要求班组做好施工记录，及时进行资料的整理分析。各种原材料要求施工单位提供厂家的产品合格保证书、机械性能说明书，并进行外观质量检查。

钻孔前，根据施工图纸定点位，并做标记。钻孔时严格控制开孔角度及钻孔深度、记录钻进速度及岩石情况，为下一序灌浆提供参考依据。钻孔结束后，清除孔内岩屑和粉尘以提高固结灌浆质量。

钻孔、固结灌浆、扫孔并压水后，根据实际孔深、考虑锚具特性及张拉器械等因素现场编索，编索中应做到：①每根钢绞线完整无损，无裂隙、疤痕和其他缺陷，且表面不能有油污、污垢等。②逐根排列、严防交叉、锚根段严格控制隔离环间距，以保证锚固效果及张拉中不致紊乱。③钢绞线在全长范围内不允许有接头或连接器。锚索编就并经复检后一次放装就位，及时进行锚根段注浆。④锚索张拉采用应力控制、伸长值校核的操作方法分根锁定、整束张拉，专人操作张拉器，严格控制升荷速率、并每5 min测量一次钢绞线伸长值。⑤锚索补偿张拉后及时进行锚索自由段注浆，做好锚座的永久防护。

6 结束语

通过对5根锚索的张力及预应力锚索形成后的应力应变观测数据分析表明，水库下闸蓄水后，松动体遇水弹性模量降低，造成锚索预应力损失、张力降低，张力小于设计值，说明松动体处于稳定状态。通过位移观测资料反映，各时段相对位移变化在允许值范围内，相对位移值随水位升降而改变，表明松动体工作正常。

松动体加固处理后，已经过多年的蓄水检验，说明松动体加固处理设计、施工是成功的。松动体地质情况复杂、施工条件差，先后采取多种措施作了两次处理，对设计、施工质量无明确的检验标准。松动体稳定对水库的正常运行有重要影响，今后要加强观测，及时进行数据的整理分析，掌握松动体的工作状况，为类似工程的处理提供参考。

参考文献

[1] SL 386-2007 水利水电工程边坡设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2007.

[2] 陈祖煜，汪小刚，杨健，等.岩质边坡稳定分析-原理.方法.程序[M].中国水利水电出版社，2005.

[3] DL/T 5255-2010 水电水利工程边坡施工技术规范[S].国家能源局，2011.

[4] SL 62—2020 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].北京：中国水利水电出版社，2020.