淺談抽水蓄能電站下水庫右岸潛在不穩(wěn)定塊體處理措施

魯 紅 凱，　趙　軼，　陳 建 華

(中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京　100024)

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淺談抽水蓄能電站下水庫右岸潛在不穩(wěn)定塊體處理措施

魯 紅 凱，趙軼，陳 建 華

(中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100024)

摘要：呼和浩特抽水蓄能電站下水庫右岸潛在不穩(wěn)定塊體坡高達(dá)120 m，約3.4萬m3，其存在影響了庫岸邊坡的安全，不利于下水庫和電站的安全運(yùn)行。潛在不穩(wěn)定塊體邊坡中部有公路，若采用常規(guī)開挖上部塊體減載、壓固坡腳的方法進(jìn)行處理，會(huì)斷路影響社會(huì)交通和電站施工；故采取了路上和路基加固+路下清除的保路處理措施。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明潛在不穩(wěn)定塊體處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿足了下水庫水位頻繁大幅度升降情況下的邊坡安全要求。

關(guān)鍵詞：潛在不穩(wěn)定塊體；處理措施；呼和浩特抽水蓄能電站

1工程概況

呼和浩特抽水蓄能電站下水庫位于哈拉沁溝與大西溝交匯處上游，由攔河壩和攔沙壩圍筑形成。為避免泥沙對(duì)機(jī)組的磨損，庫盆采用封閉型式，對(duì)庫內(nèi)固體徑流進(jìn)行防治，將右岸庫坡殘坡積碎石土和全風(fēng)化巖石、庫底1 347m高程以上河床覆蓋層全部清除。右岸邊坡為A類樞紐工程區(qū)邊坡，安全級(jí)別為1級(jí)，設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度為0.171g。

下水庫正常蓄水位1 400m，死水位1 355m，最大工作水深45m。在庫坡和河床清理過程中，揭露右岸存在一個(gè)潛在不穩(wěn)定塊體，坡高達(dá)120m，斜對(duì)進(jìn)/出水口，不僅影響庫岸邊坡的穩(wěn)定，還不利于下水庫和電站的安全運(yùn)行。潛在不穩(wěn)定塊體邊坡中部有通往上游哈拉沁水庫的公路(兼下水庫右岸環(huán)庫路)，若采用常規(guī)開挖上部塊體減載、壓固坡腳的方法處理，必然造成斷路現(xiàn)象，而此時(shí)左岸環(huán)庫路為施工下水庫進(jìn)/出水口的閘門井已不能通行，勢必影響社會(huì)交通和電站施工；故采取了路上和路基加固+路下清除的保路處理措施，通過路基設(shè)置抗滑錨筋樁、路上邊坡噴錨支護(hù)加錨索措施先保證公路交通安全，再處理路下不穩(wěn)定塊體，削坡后通過澆筑混凝土擋墻設(shè)置錨索加固措施。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明潛在不穩(wěn)定塊體處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿足水庫水位頻繁大幅度升降情況下的邊坡安全要求。

2右岸潛在不穩(wěn)定塊體工程地質(zhì)條件

下水庫河床為沖積洪積砂卵礫石漂石層，一般厚度為20m～22m，最厚達(dá)31m。右岸庫岸長約885m，庫岸較陡，坡度35°～50°，局部倒懸，上部較緩。右岸地層巖性為呂梁期片麻狀花崗巖，局部有斜長角閃巖殘留體，地表為第四系殘坡積碎石土，一般厚1m～2m；沖溝發(fā)育，溝內(nèi)多有洪積和崩坡積物分布，厚度為2m～3m。

隨著1 347m高程以上河床覆蓋層以及右岸庫坡殘坡積碎石土和全風(fēng)化巖石的清理，基巖逐漸裸露，發(fā)現(xiàn)巖體中斷層較少，但構(gòu)造、卸荷裂隙較發(fā)育，延伸較長，張開并夾泥；巖體多呈弱風(fēng)化狀，局部為強(qiáng)風(fēng)化巖體。攔沙壩右壩肩下游約50m處庫坡發(fā)育F193、F193-1和F194斷層，相互交切形成潛在不穩(wěn)定塊體，潛在不穩(wěn)定塊體發(fā)育高程為1 355m～1 475m，出露寬度25m～50m，總方量約3.4萬m3。

圖1　庫盆右岸潛在不穩(wěn)定塊體剖面

潛在不穩(wěn)定塊體頂部為走向SE向的小山梁，庫坡中部1 401m高程布置有通往上游哈拉沁水庫的公路(兼下水庫右岸環(huán)庫路)，路上開挖邊坡坡度約55°，開挖邊坡以上至小山梁頂部自然地表坡度為35°；路下庫岸清理后裸露的花崗巖基本為強(qiáng)風(fēng)化下部―弱風(fēng)化上部巖體，坡度約41°，局部地形近乎直立。潛在不穩(wěn)定塊體主要為片麻狀黑云母花崗巖，塊體下游和山體深部發(fā)育有斜長角閃巖，呈脈狀和不規(guī)則狀展布，塊體的中上部有殘坡積的碎石土，厚度一般為1m～3m，局部達(dá)5m～6m。庫盆右岸潛在不穩(wěn)定塊體剖面見圖1。

3潛在不穩(wěn)定塊體穩(wěn)定計(jì)算和處理措施

3.1潛在不穩(wěn)定塊體穩(wěn)定計(jì)算

按《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5353-2006 的規(guī)定，對(duì)于邊坡上潛在不穩(wěn)定楔形體，采用楔形體穩(wěn)定分析方法。計(jì)算采用剛體極限平衡法，假定整個(gè)不穩(wěn)定巖體材料均勻、堅(jiān)固，不會(huì)從內(nèi)部發(fā)生破壞；計(jì)算時(shí)不計(jì)入錨桿和已施工錨筋樁的作用，作為安全裕度。

潛在不穩(wěn)定塊體穩(wěn)定計(jì)算采用的巖體物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1　右岸潛在不穩(wěn)定體巖體物理力學(xué)計(jì)算參數(shù)

為確定潛在不穩(wěn)定塊體的安全狀態(tài)以及路上、路下部分處理措施和順序，對(duì)潛在不穩(wěn)定塊體計(jì)算按不同分塊及整體的天然狀況、削坡、錨固、地震、未蓄水、蓄水、水位驟降等多種情況進(jìn)行組合，成果見表2。

3.2處理措施

從計(jì)算成果可知，不采取工程措施時(shí)潛在不穩(wěn)定塊體按不同分塊及整體的安全系數(shù)都是不滿足穩(wěn)定要求的，綜合考慮現(xiàn)場施工條件，對(duì)潛在不穩(wěn)定塊體采取了路上和路基加固+路下清除的處理措施。

(1)路上潛在不穩(wěn)定塊體的處理措施

在F193、F194斷層坡頂出露線外3m處順坡設(shè)寬50cm、深40cm的截水溝，水流匯入公路靠山側(cè)排水溝。潛在不穩(wěn)定塊體表面噴10cm厚C20F100混凝土，并在高程1 436m、1 430m、1 424m、1 418m、1 412m和1 406m處設(shè)27根無粘結(jié)式預(yù)應(yīng)力錨索(P=200t，L=40m，水平間距6m，俯角11°)；高程1 436m以下布設(shè)系統(tǒng)錨桿(φ25，L=6.0m，入巖5.9m，間距3.0m，梅花型布置)。

表2　右岸潛在不穩(wěn)定塊體穩(wěn)定計(jì)算成果

(2)路基潛在不穩(wěn)定塊體的處理措施

路基設(shè)置約80根豎向抗滑錨筋樁(3φ36，L=9m、20m、30m三種規(guī)格，間距2.0m，方形布置)進(jìn)行加固。錨筋樁鉆孔孔徑120mm，采用3根φ36的螺紋桿并成一束，鋼筋接頭錯(cuò)開50cm，并與另外2根鋼筋焊接，焊接長度50cm；每束布設(shè)一根25mm的塑料注漿管伸至孔底，為避免注漿管在下樁時(shí)堵塞，注漿管2m端頭范圍進(jìn)行鉆孔，形成花管，鉆孔孔徑5mm，間距30cm。錨筋樁采用1∶0.6純水泥漿灌注，以孔口返漿為準(zhǔn)，注漿壓力根據(jù)錨筋樁深度采用0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa。

(3)路下潛在不穩(wěn)定塊體的處理措施

從1 400m高程防浪墻外側(cè)3.2m起向下開挖直立坡至斷層下盤，分別在高程1 394.5m、1 389.5m、1 384.5m、1 379.5m、1 374.5m挖出1.5m寬的小平臺(tái)。直立坡下部的斷層上盤巖體全部清除。開挖后凸出的巖體進(jìn)行削坡處理，倒懸的巖體作削坡處理后局部坑槽回填混凝土(C15F50，三級(jí)配)找平，在噴混凝土或下水庫蓄水前庫坡浮渣、松動(dòng)巖體等清理干凈，以保證庫坡大體平順，表層穩(wěn)定，避免在冰塊反復(fù)作用下破壞。

采用支護(hù)方式為：①直立開挖面和小平臺(tái)上澆筑0.5m厚的混凝土墻，混凝土墻沿兩側(cè)的斷層下盤面巖體延伸2.5m寬。在混凝土外表面布設(shè)鋼筋網(wǎng)；②并在直立混凝土墻高程間隔5m處共設(shè)30根無粘結(jié)式預(yù)應(yīng)力錨索(P=200t，L=40m)；③混凝土墻基礎(chǔ)設(shè)錨桿(φ25，L=6.0m，間距2.5m，與混凝土墻表層鋼筋網(wǎng)焊接牢固)；④混凝土墻以下清除F193、F194斷層上盤巖體后庫坡采用掛網(wǎng)系統(tǒng)噴錨支護(hù)的處理措施，并設(shè)置φ50系統(tǒng)排水孔(孔深1.0m，間距3.0m，為防止浮冰對(duì)噴混凝土的破壞，排水花管出口削到與噴混凝土齊平)。

(4)路上和路下潛在不穩(wěn)定塊體開挖出露的斷層做混凝土塞封閉，混凝土標(biāo)號(hào)為C25W8F300。

4結(jié)語

為監(jiān)測下水庫右岸潛在不穩(wěn)定塊體穩(wěn)定及支護(hù)效果，在塊體上布設(shè)了6套多點(diǎn)位移計(jì)，孔深10m～30m；1套固定式測斜儀，孔深32m。另外為監(jiān)測塊體邊坡支護(hù)措施的受力情況，布設(shè)了6支錨桿應(yīng)力計(jì)及錨索應(yīng)力計(jì)。

截止到2014年10月監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，塊體位移值在-0.58mm～0.64mm之間，指向坡外，狀態(tài)正常；塊體錨桿應(yīng)力值總體偏小，并基本趨于穩(wěn)定，鋼筋受力正常；錨索鎖定后平均錨固力為2 026kN，錨索應(yīng)力狀態(tài)趨于正常。故可知右岸潛在不穩(wěn)定塊體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

魯紅凱(1982-)，男，河南太康人，畢業(yè)于河海大學(xué)水利水電工程專業(yè)，工程師，主要從事水工建筑物設(shè)計(jì)；

趙軼(1970-)，女，四川瀘州人，畢業(yè)于葛洲壩水電工程學(xué)院水利水電工程專業(yè)，教授級(jí)高級(jí)工程師，專業(yè)總工，主要從事水工建筑物設(shè)計(jì)；

陳建華(1976-)，女，山西運(yùn)城人，畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院水工結(jié)構(gòu)專業(yè)，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師，副設(shè)總，主要從事水工建筑物設(shè)計(jì).

(責(zé)任編輯：卓政昌)

收稿日期:2015-11-16

文章編號(hào):1001-2184(2015)06-0169-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV743；P343.3

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