高陡邊坡危巖體治理技術

帥 彬

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

楊房溝水電站工程區兩岸邊坡節理發育，淺部巖體卸荷作用明顯，局部巖體松動，山脊突出或邊坡陡峻的局部形成了危巖體、危石群，陡崖地段多有危石分布。危巖體的治理一般處于工程建設的關鍵線路，直接影響著下部邊坡的開挖安全，因此，有必要對其治理技術進行系統研究。筆者根據危巖體的特征，從失穩模式、穩定性級別、危險性級別等方面進行分類[1-3]，明確其治理的總體目標、原則及設計方法，并對其常規治理方案進行對比分析，提出針對性的可靠的治理措施、施工方案、應急預案、監測預警等綜合技術措施。

2 楊房溝水電站樞紐區危巖體特點

楊房溝水電站危巖分布范圍廣、數量多、陡崖破碎區面積大。樞紐區工程邊坡開挖線以外危巖體共81處，上下游分布范圍從開關站邊坡至尾水出口邊坡，長度約950 m，高程分布范圍約2 000 ～2 550 m，高差約550 m，其中壩頂高程2 102 m以上危巖體71處。塊體體積最大10 032 m3，最小4.5 m3，大型、特大型危巖體占53%。潛在不穩定巖體1處(WY19)，方量66 150 m3。危巖體失穩模式以墜落式和滑塌式為主，傾倒式較少。穩定性級別以差為主，個別穩定性極差，危險性級別為中等或大。失穩模式、穩定性級別、危險性級別統計分別見表1～3。

由于樞紐區地形陡峭，危巖體位高、坡陡，且分布不集中，導致施工設備、材料運輸困難，施工用風、水、電等輔助工程布置難度大，搭設支護排架高度大、施工安全風險高，因此其治理工期也相對較長。

3 危巖體治理總體目標、原則及設計方法

(1)根據樞紐區邊坡危巖體分布、失穩模式、穩定性、危險性等主要因素，確定危巖體治理總體目標及原則：以確保工程永久運行安全，盡可能降低施工期安全風險為總體目標;遵循按區段、分重點、全面、有效、安全、經濟的原則[4]。

表1 危巖體失穩模式統計表

表2 危巖體穩定性級別統計表

表3 危巖體危險性級別統計表

(2)設計方法。現場設計：設計前移，在施工過程中，借助形成的施工便道對危巖體范圍、節理切割情況及產狀、控制性結構面力學參數、危巖體穩定性等進行進一步的定性、定量復核，進一步明確每塊危巖體的治理措施。個性化設計：根據危巖體的位置、類型、變形破壞機制、穩定性評價及危險性分級、對樞紐建筑物及施工安全的影響、治理施工條件等因素，以總體治理原則為基礎，針對各處危巖體分別制定適合其自身條件的個性化治理方案。動態設計：通過危巖體監測成果分析，評判危巖體治理效果。對于變形或應力監測異常情況，及時分析，必要時調整危巖體的治理措施。

4 危巖體治理措施方案

4.1 治理措施方案比較

危巖體治理基本措施可分為“防”和“治”，“防”包括擋渣墻、主動防護網、被動防護網、安全監測等。“治”包括開挖清除、錨固、截排水、固結灌漿等。對各種措施進行比較，見表4。經綜合比較，對危巖體主要采用開挖清除、錨固，并根據具體情況布置排水措施，重點危巖體進行安全監測；對坡面隨機滾石、落石、陡壁危石區主要采用主動、被動防護網進行防護；個體治理措施根據其具體情況合理選擇。

表4 治理措施方案比較表

4.2 治理措施選擇

根據楊房溝水電站危巖體特征，經綜合分析，明確其治理措施：針對直接危害工程施工或運行、穩定性差且開挖后不會形成次生危巖體的危巖體，采取開挖清除的處理措施；針對直接危害工程施工或運行、穩定性差且開挖后坡面仍存在不利于組合塊體的危巖體，采取開挖清除加錨固的處理措施；針對直接危害工程施工或運行、穩定性差主要為坡面隨機掉塊問題，其位于高陡邊坡、陡崖頂部或單薄山脊，不具備條件對其搭設排架進行錨固的危巖體，首先清除其表層浮渣、碎石等松動塊體，然后對其進行主動網覆蓋；針對坡面隨機掉塊、滾石、落石、浮渣等，采取被動網、擋渣墻等進行防護。

5 危巖體施工基本原則

(1)必須嚴格遵照“自上而下”的原則開展危巖體治理施工，對有明顯滑動和崩塌跡象的危巖體需先進行清除或支護，再進行噴錨及柔性防護系統的施工。嚴禁在沒經過論證確認安全的情況下進行下一道工序的施工。

(2)對于開挖(清除)后停滯在坡面的散落塊體，應及時進行清理。在危險地帶應設置明顯的警示標志并實行有效的行人、車輛管制。

(3)對邊坡開口線附近(3～5 m范圍)的覆蓋層應進行清理；對危巖體施工及邊坡施工產生的虛渣、浮石等須及時清理。

(4)危巖體治理應避免在大風、雨天施工，在雨季施工，應有保證工程質量和安全施工的保障措施。在施工過程中，應做好施工用水的管理工作，控制施工用水對坡面巖體穩定性的影響；做好開挖坡面周圍及坡面上的排水措施，攔截地表水，注意保護坡面免受沖刷和侵蝕破壞。在暴雨發生后，應檢查邊坡穩定情況，在確認邊坡穩定后，再進行施工作業。

(5)由于現場調查的局限性，除已明確的危巖體外，不可避免地存在一些未發現的危巖體，在施工過程中，發現的危巖體應參照類似危巖體治理措施并按照現場工程師的要求進行處理。

(6)主動網、被動網、擋渣墻等措施實施后，應根據設計要求設置施工永久通道，以便定期檢查、清理、維修及加固。

6 危巖體施工

對于危巖體處理，開挖線內的危巖體不需要采取專門的工程治理措施，在開挖過程中予以清除即可。而開挖邊坡范圍外的危巖體，則需對危巖體采取清除、隨機錨桿、錨筋樁、預應力錨索、噴混凝土、混凝土框格梁、排水孔、主被動防護網、擋渣墻等措施進行處理[5]。

根據施工總進度的安排，楊房溝開挖區外危巖體共分三期進行處理。一期處理內容：左、右岸壩肩邊坡、左岸尾水出口邊坡開挖線正上方的危巖體治理(即影響前期邊坡開挖施工的部位)及右岸覆蓋層清理；二期處理內容：左岸進水口、開關站上部的危巖體治理、右岸上下游圍堰頂部危巖體治理；三期處理內容：左右岸其余零星部位危巖體治理。

6.1 危巖體開挖

(1)破碎、零散危巖體處理。破碎、零散的危巖體，采用風鎬、鐵鍬清除，清除的部分石渣主要用于危巖體施工便道的加寬填筑，剩余石渣料人工裝袋就近臨時堆存，堆存到一定量時采用索吊吊運至山腳，再利用汽車運至渣場。

(2)危巖體開挖施工。薄層松散覆蓋層，采用風鎬、鐵鍬清除。較堅硬且體積較大的孤石采用鉆孔爆破的方式進行破碎，主要由人工清除，另外WY19等個別危巖體具備大面開挖條件后，由人工配合機械清理。左右岸開口線以外截水溝局部存在開挖，由于開挖方量小，爆破方式同孤石一樣解爆。對于能采用反鏟直接開挖的覆蓋層，若覆蓋層開挖寬度滿足反鏟安全運行要求，可采用小型反鏟進行開挖。

6.2 危巖體支護及應急處置措施

對于不能清除的危巖體，采取隨機錨桿、錨筋樁、預應力錨索(通常1 000 kN即可)、噴混凝土、混凝土框格梁、排水孔、防護網(GNS2型主動防護網、RX1075型被動防護網)、擋渣墻等支護措施進行治理，其主要施工方法與常規支護方式類似。由于危巖體分布較廣，處理工程量較大，歷時周期長，造成相當一部分危巖體需要在汛期或雨季進行施工，且非雨季期間風速又過大，因此可制定應急處置措施。

雅礱江流域暴雨一般出現在6～9月，主要集中在7、8兩月，一次降雨過程為3 d左右，主雨段一般多在1～2 d左右，暴雨時段地質災害頻發，如山體落石、崩塌、泥石流等地質災害。另外，楊房溝多年平均風速0.8 m/s，多年平均最大風速16.2 m/s，極端最大風速24.6 m/s。

首先應建立健全危巖體施工安全監督管理體系，成立專門的應急處置機構，并制定相應的分工及工作職責，對出現險情的應急啟動程序及緊急撤離路線、避險點等作出明確的規定。其次，對危巖體施工的危險源進行辨識評價，對特殊氣候條件下的施工風險進行分析，結合分析評價制定一系列針對性措施。

根據楊房溝邊坡實際地形情況，結合避險要求，經過綜合考慮選擇在以下部位布置了應急避險棚：

(1)左岸危巖體邊坡。在20 t纜索吊操作平臺下游約20 m處、在左岸EL2 490高程壩肩開口線以上邊坡山頂處、在左岸尾水邊坡EL2 170高程平臺處分別各設置一個緊急避險棚，緊急避險棚長14 m，寬5.5 m。

(2)右岸危巖體邊坡。在20 t纜索吊EL2 330高程平臺、Y2-27危巖體靠上游約EL2 400高程處分別各布置一處避險棚。

以上兩個部位避雨避險棚離各施工作業面相對較近，且周圍相對空曠，避開高邊坡及沖溝，相對于其他位置安全風險較小。避雨棚內備足雨衣、雨傘、干糧及常用醫療藥品等。避雨棚可采用φ48 mm架管搭建，底部埋設插筋，頂部滿鋪彩鋼瓦，彩鋼瓦四邊采用竹跳板或架管下壓進行加固，防止大風對彩鋼瓦造成破壞。避雨棚迎坡面采用竹跳板進行安全防護。

7 危巖體監測與預警

7.1 監測數據

截至2020年2月，楊房溝左、右岸危巖體已安裝埋設的錨桿應力計實測最大拉應力為34.44 MPa，錨索測力計當前實測荷載介于1 909.28～2 026.90 kN，荷載損失率介于1.31%～4.79%，說明危巖體支護效果較好。多點位移計、表面變形測點變形均很小，目前各個布置觀測的危巖體均較穩定。

7.2 預警模式

表面和巖體內部變形是反映危巖體穩定情況的重要指標，錨桿、錨索支護受力可以輔助判斷危巖體的穩定情況，在實際操作中，判斷危巖體穩定以變形監測成果為主，支護受力為輔的預警模式。

首先設定變形觀測警戒指標，警戒指標選取總變形量和變形速率，分別設定警戒值，總變形量警戒值取20 mm，變形速率取1 mm/d。

若變形測值超過警戒值，首先，可通過是否超越儀器量程或測值合理范圍初步排除觀測失誤。若未出現上述情況，應組織人員進行復測，巡視變形部位，進一步排除偶然因素影響。若上述情況皆不存在，則應通過查看附近以及其他測點(包括支護受力監測成果)數據情況判斷危巖體的整體穩定情況。當有多個測點的測值超過警戒值或多個測點的測值有增大趨勢時，應引起重視，加密監測和巡視頻次，必要時撤離危巖體下部作業人員。

8 結 語

楊房溝水電站自然邊坡高陡，邊坡巖石節理發育，淺部巖體卸荷作用明顯，局部巖體松動，山脊突出或邊坡陡峻的局部形成了危巖體、危石群等，嚴重威脅下部建筑物、人員及設備安全。筆者根據危巖體的特點，對其分布、失穩模式、穩定性、危險性等主要因素進行分析，確定了危巖體治理總體目標、原則及設計方法。通過比較危巖體“防”和“治”的基本治理措施，明確了楊房溝水電站危巖體治理措施的具體方案。通過對危巖體治理施工技術、應急處置措施及監測、預警等綜合手段的應用，成功解決了楊房溝水電站高陡邊坡危巖體穩定及安全問題，且通過監測數據可知，目前邊坡運行安全正常。