柳樹溝水電站邊坡開挖裂縫處理

王海超 李 偉

(長江委工程建設監理中心(湖北),湖北武漢 430010)

柳樹溝水電站是開都河中游河段水電規劃中的第 8個梯級電站,位于新疆巴音郭楞蒙古自治州(簡稱巴州)境內。工程以發電為主,樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、溢洪洞和泄洪洞、引水發電洞及發電廠房等組成。設計正常蓄水位1494.50 m(與察汗烏蘇水電站尾水銜接),總庫容約為80.18萬 m3,裝機容量 180MW,工程規模屬三等中型。

工程區在大地構造部位上隸屬于天山緯向構造帶之南天山褶隆帶中南部,構造線總體呈 NWW向展布,并構成區內基本構造格架。

據據設計地勘資料,壩址區鉆孔、平硐勘探揭露及物探測試結果,由于受地形條件控制和隨高程的不同,壩址區的巖體風化具有明顯的不均一性,從高程上來看,為由下至上逐漸變厚;從地形上來看,左岸由上游至下游逐漸加深。左岸壩頂高程以下強風化巖體厚度一般為 3～7 m。壩址區兩岸邊坡高陡,斷裂構造較發育,在風化、凍融、凍脹、卸荷和重力等作用下,在山梁、地形較陡和較為突出的部位,特別是左岸泄洪洞進口一線下游及兩岸壩頂高程以上,邊坡淺表層巖體松動破碎、拉裂和傾倒較為普遍,順坡向卸荷裂隙較發育,并形成松動巖體和危石。變形特征主要表現為淺表層巖體的松動、拉裂和傾倒,底部無統一的貫穿性底界面,整體失穩的可能性不大。但在暴雨、地震、大風、爆破振動等外力作用下,易產生小 ～中等規模的坍塌和危石墜落,會不同程度地對工程造成一定的不利影響,特別是對施工期的施工安全不利。

1 邊坡開挖及裂縫的產生

施工單位于 2009年 9月中旬開始進場施工,10月份開始進入主體工程的邊坡開挖,同年 12月份進入開挖高峰期,2010年 2月中旬,柳樹溝水電站聯合進水口邊坡大部分已基本開挖成型。由于邊坡巖體斷裂較發育,風化破碎巖體較深,加上該處河谷陡峻,為深切峽谷地形,導致岸坡巖體卸荷松動現象十分突出。

2010年春節過后,在已開挖成型的 1499 m高程平臺處發現了一條斷層(原 F 15),1484 m高程的馬道前沿出現了 2條拉裂縫,其中一條(LF1)位于洞軸線上游側約 70 m處進水口邊坡開挖線的邊緣,另一條(LF2)則在泄洪洞軸線部位。

現場查看情況為:斷層 F 15斜切 1499 m高程平臺,為一正斷層,其走向為NE75°～ 80°,傾向NW,傾角 68°～74°;斷層面較平直 ,破碎帶寬 0.2 ～0.5 m,向下貫穿 1484 m高程馬道,向上延伸至山梁,帶內充填褐紅色角礫巖及碎裂巖,膠結差;影響帶上盤寬 2～3 m,巖體極為破碎,局部呈散體,其前沿穩定性很差,易出現崩塌;下盤影響帶寬0.2～2 m,巖體較破碎。

拉裂縫 LF1在泄洪洞軸線上游側,進水口邊坡開挖線的邊緣,所處部位略高于 1484 m高程的馬道。該裂縫近南北向發育于強風化泥灰巖中,其上部基本垂直,下部緩傾坡外,在 1464 m高程馬道以上約 2 m處剪出坡外,裂縫開口寬度為 20～50 cm,地表可見長度約 12 m,兩側巖體破碎,隨時有崩塌的可能。

拉裂縫 LF2近直交泄洪洞軸線,在 1484 m高程馬道上呈NE60°左右展布,產狀與斷層 F 15相近,陡傾坡外,推測其為受斷層影響所致。裂縫寬度為5～10 cm,下部坡面及馬道未見剪出跡象,推測其切割深度應在 1464 m高程馬道以上(詳見圖 1),地表可見長度約為 16 m,裂縫面較平直光滑。LF1外側巖體厚為 1～2 m,較破碎、易崩塌;坡內為厚層凝灰巖,較完整、穩定。

2 裂縫產生原因分析

根據以往工程建設經驗,筆者分析,造成此次裂縫產生的原因主要有以下幾方面。

(1)出于工程造價控制上的考慮,設計階段邊坡開挖深度較薄(開挖深度普遍在 3～8 m之間),加之多條斷層交錯,壩址本身位于強風化帶上,巖體較裂隙發育,而且巖體風化較深,本次開挖的巖體基本上介于強弱風化之間。

(2)根據施工進度安排,冬季進入開挖高峰期,而此時又是該地區氣溫最低的時候,不利于錨噴支護,支護進度一再滯后開挖。筆者認為,相比內地的水電工程施工條件,新疆地區的水利工程建設應該在施工進度的安排上有所區別,在時間計劃安排上,應該將當地的氣候因素充分考慮進去,以確保工程有序開展。

圖1 泄洪洞進口軸線高程 1484 m拉裂縫工程地質剖面

(3)邊坡暴露時間過長,加之冬去春來,氣溫變化很大,巖體在雨雪凍融、大風、爆破振動等外力的作用下,易產生卸荷體,導致邊坡拉裂失穩等情況的發生。

3 處理措施

針對上述拉裂縫,考慮工程施工進度和安全,加上受力計算結果,工程參建各方經過現場研究,確定采取以下處理措施。

(1)高程 1499 m斷層 F 15的處理。高程1499 m馬道以下,在泄左 0+020～泄左 0+044范圍內布置 3排 3Φ 28錨筋樁(L=15 m,入巖14.9 m,外露0.1 m),間排距 3 m,共布置 27根。錨筋樁垂直于 F 15斷層或坡面。錨筋樁以下至高程 1484 m馬道,布置 Φ25系統錨桿,錨桿入巖5.9 m,外露0.1 m,間排距為 2 m。

(2)裂縫 LF1的處理。將裂縫形成的松動破碎巖體及高程 1484 m以上的危巖、孤石全部清除,然后對高程 1484～1464 m,泄 0+000～泄 0+015范圍內的坡面進行固結灌漿,接著采用錨筋樁進行錨固(4排 3Φ28錨筋樁,L=15 m,入巖 14.9 m,外露0.1 m),同時根據現場情況,布設隨機長錨桿(Φ28,L=9.0 m,入巖8.9 m,外露0.1 m)。

(3)泄洪洞軸線、裂縫LF2的處理。高程 1484～1464 m,泄左 0+016～泄右 0+006范圍的坡面原設計圖紙是在馬道下布置 3Φ32錨筋樁 4排(L=15 m,入巖14.9 m,外露0.1 m);將原設計的 Φ 28系統錨桿 L=4.5 m,入巖4.4 m,外露0.1 m,間排距 2 m的設計參數進行調整(L=9.0 m,入巖8.9 m,外露0.1 m,間排距 2 m)。

4 裂縫處理效果

按照上述方案處理之后,經過一段時間的變形監測,數據顯示斷層裂縫巖體未出現進一步變形,目前已基本趨于穩定。根據以往工程經驗,在遇到巖體斷層等較大的地質缺陷時,普遍采用深層錨固,如預應力錨索等,雖然能夠取得較好的效果,但筆者認為預應力錨索施工周期長,且費用高,需要較為專業的施工隊伍,若工程量較少,也不能吸引專業的施工隊伍進行施工。所以在施工中如果遇到類似的工程問題,參建各方應能集思廣益,研究出技術上既安全可行、進度上有保證、經濟上又較優的解決方案。