YD水庫松動體加固處理

摘 要：YD水庫右岸松動體嚴重影響大壩安全，針對于此，前期采取了利用地勘平硐設置抗滑鍵+抗滑樁+截排水溝的整治措施，但在大壩施工中觀測到松動體位移有加速發展的趨勢，于是進一步采取了擋墻+固結灌漿+鋼筋混凝土網格地梁+預應力錨索的綜合處理措施，松動體經處理后已運行多年，觀測表明運行正常、消除了安全隱患，為類似工程處理提供了經驗。

關鍵詞：松動體；固結灌漿；網格地梁；預應力錨索

中圖分類號：TV697 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2024）07-0097-03

1 基本情況

YD水庫是一座以灌溉為主綜合利用的大（Ⅱ）型水利工程，壩高87 m，庫容3.55億m3，壩型為混凝土砌石重力壩。松動體位于右岸庫區內，下游邊界距壩軸線30 m，松動體從河床高程1 915 m算起，前緣高度約30 m，垂直河床邊坡長約95 m，坡度平均38°，順河床寬約52 m，最大深度35 m，體積約12萬m3。巖層呈單斜構造，走向南北。巖層為上二迭統峨眉山組致密狀β-P213玄武巖，柱狀節理發育。松動體上斷層密集，大小斷層62條，張裂隙30余條，并有泥化軟弱結構面，在河流的切割作用下，山體產生臨空面，為巖體在重力作用下向下運動創造了條件。

2 工程處理歷程

松動體處理經歷了兩個階段：第一個階段根據松動體的邊界范圍進行了松動體的整治設計，通過開挖和設置抗滑樁兩個方案的比較，選定設置抗滑樁方案。即利用原有的地勘平洞用鋼筋混凝土加以封堵，形成抗滑鍵，在e-裂縫前緣加設鋼筋混凝土抗滑樁，在松動體上部及周圍開挖排水溝，以減少地面水的侵害，提高松動體的穩定性，并埋設了監測儀器。

第二個階段在大壩施工過程中，觀測到松動體位移有加速發展的趨勢，通過觀測資料的分析及對松動體的穩定計算，得出水庫建成蓄水后地下水位上升，松動體的穩定性將進一步惡化，松動體沿FⅡ-35斷層與PD2緩傾角結構面和L52裂隙雙滑面滑動的可能性極大，須進一步采取加固措施[1]。

3 加固處理設計

3.1 穩定分析

采用分段傳遞穩定系數法，通過中國水科院的“EMU”邊坡穩定程序[2]對松動體進行穩定計算，第i塊巖體的穩定安全系數如式（1）所示。

（1）

式中：角標1i和2i分別表示第i塊巖體的結構面1（PD2緩傾角結構面）和結構面2（L52裂隙），φ為內摩擦角，C為凝聚力，β結構面傾角，A為結構面面積，E為不平衡下滑力，N為法向力，Q為巖體重量，K為安全系數。

考慮到滑面已有位移，計算滑面的力學參數選用滑面的殘余強度。下滑力采用剛體靜力平衡法的剩余下滑力法，計算出松動體的總下滑力為23 800 kN。穩定分析計算結果表明，松動體在特殊荷載組合正常蓄水位+地震、庫水位驟降兩種情況下將失穩。松動體失穩將影響工程的正常運行，危及大壩安全。

3.2 加固處理設計

為確保樞紐工程建筑物及工程運行安全，通過方案比較選擇了超常規設計的預應力錨索+網格地梁+固結灌漿和擋墻綜合加固處理方案。

在下部高程1 925 m處設擋墻，底部用錨桿固定，支擋小范圍松散巖體，防止水流掏涮底腳，維護松動體坡腳穩定。對松動體強、弱風化層進行固結灌漿，增加地基承載力，提高巖石抗剪強度和巖體的整體性。固結灌漿范圍為壩軸線上游15～102.5 m、高程1 925～1 985 m，布置19排，孔間、排距均為4 m，孔深8～25 m，呈梅花型布置，共計339孔。

在地表布置平面上呈菱形、斷面尺寸為100 cm ×80 cm的網格型鋼筋混凝土地梁，兜住松散巖體，確保坡面松散巖體安全。在松動體中部、網格型地梁節點處設置38根錨索（呈梅花型布置，間距6～8 m，分成4排），深度穿過滑面，內錨頭錨固在FⅡ-35斷層下部的巖盤上，最大深度50 m。錨索根數如式（2）所示。

（2）

式中：P為總下滑力，F為單根錨索承載力，α為滑面傾角， θ為錨索與水平面的夾角，f為滑面摩擦系數，K為應力損失系數，取K=1.1。經計算N=32根，為安全考慮，設計布置38根。其中5根在錨索錨座處安裝鋼弦式錨索測力計對其應力應變進行監測。

此方案通過固結灌漿加固地表巖體，提高其整體性，通過網格地梁兜住表層巖體并分散預應力錨索施加的地基壓力，通過預應力錨索、以地梁為紐帶，將整個松動體錨固在下部巖盤，以實現松動體的穩定，突破了常規設計。

4 松動體加固處理施工

松動體地形復雜，地面坡度大，施工條件差，施工難度大[3]。

4.1 擋墻及網格地梁

4.1.1 開挖

擋墻基礎挖至弱風化層，施工中因受山體塌方威脅，在擋墻基礎填塘混凝土澆筑后才能進行水平、垂直錨桿的施工；受地形限制，采用人工自上而下清除布置在地梁及錨索范圍內的浮渣和雜物，進行錨頭及地梁部位槽挖，土箕運渣至坡下，再利用裝載機出碴、運轉至上游棄碴場。

4.1.2 混凝土澆筑

由于邊坡極不穩定，混凝土必須在短期內快速澆完。擋墻填塘混凝土采用混凝土砌石作外模，內側貼坡，邊立模邊澆灌的平行作業法施工。擋墻選用C20混凝土，采用自卸汽車運輸，裝載機入倉，人工振搗澆筑。地梁及錨頭混凝土用散板就地安裝立模，人工搬運鋼筋上山，現場綁扎，人工挑運混凝土，人工平倉振搗澆筑。地梁采用C25混凝土，錨頭為C40混凝土。

4.1.3 砌石

擋墻上部坡面采用M7.0砂漿徹石護坡，先進行坡面平整，后人工搬運塊石、就地拌制砂漿、由低到高砌筑。

4.2 固結灌漿

4.2.1 灌漿材料與制漿

灌漿材料采用強度等級為42.5的硅酸鹽水泥。為保質、保量、減少損耗，采用高速攪拌機集中制漿工藝，通過管道把集中拌制的0.5：1漿液輸送到各灌漿部位的攪拌桶，由各灌漿點按所需水灰比配制使用[4]。

4.2.2 鉆孔

松動體各固結孔均為鉛直孔，使用SGZ-150型地質鉆機配人造金剛石鉆頭鉆孔。開孔孔徑為?91 mm，鉆入基巖0.4 m，以下孔徑均為?56 mm直至終孔。灌漿孔段鉆后進行孔壁沖洗直至返水澄清。每排選一Ⅰ序孔做灌前壓水試驗。

4.2.3 灌漿

按灌漿孔分序加密的原則，采用鑲注孔口管，自上而下分段鉆灌，不待凝，孔口封閉內循環工藝。第一灌漿段長3 m，其余各段長5 m。各灌漿段的灌漿壓力依次為0.30 MPa，0.35 MPa，0.40 MPa，第四段及其以下各段的灌漿壓力均為0.5 MPa。漿液的濃度由稀到稠逐級變換，采用5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1等7個配比級，開灌水灰比一般為5：1。各灌漿段在設計壓力下，當吸漿率不大于0.4 L/min時，繼續灌注30 min結束。各固結孔終孔段灌漿結束后采用孔內封閉純壓灌漿封孔。

各固結灌漿孔的施工程序為：鉆機就位緊固→?91 mm金剛鉆具開孔至深入巖石0.4 m→注射0.5：1濃水泥漿鑲注?89 mm孔口管并待凝3 d→掃孔→?56 mm金剛石鉆頭分段鉆灌（鉆孔—孔壁沖洗—灌漿）直至終孔→注0.5：1濃漿提出灌漿管→孔內封閉純壓灌漿封孔→遷移鉆機。

4.3 預應力錨索

預應力錨固是在外荷載作用前，針對建筑物可能滑動拉裂的破壞方向先施加主動壓力，以提高建筑物的抗滑和防裂能力。YD水庫松動體預應力錨固工程是利用鋼筋混凝土網格地梁，通過預應力錨束把松動體和新鮮基巖牢固地聯結起來，以達到松動體穩定的目的。

其施工程序為：搭建施工平臺→鉆機就位并固定平穩→?130 mm金剛石鉆頭開孔→鑲注?127 mm孔口管→?110 mm金剛石鉆頭鉆至終孔→分段固結灌漿→根據孔深下鋼絞線→編錨→放錨→錨根段注漿→安裝孔口承壓墊板→安裝工作錨具→（14 d）第一次張拉（120 t）→（7 d）補償張拉（130 t）→注漿封孔→切除外錨頭超長部分鋼絞線→錨頭混凝土墩永久防護。松動體錨束為9-?15 mm低松弛預應力鋼絞線組成，直徑?86 mm。錨頭由鋼筋混凝土加OVM系列錨具組成。錨根為粘著式，利用孔底擴孔段內高強度水泥漿體的握裹力嵌固。錨索施工采用52.5普通硅酸鹽水泥，錨根段漿液濃度為0.45：1，自由段為0.5：1。

4.3.1 造孔

松動體錨索孔采用SGZ-Ⅲ型回轉地質鉆機，配?130 mm金剛石鉆頭鉆孔，鉆穿鋼筋混凝土地梁及覆蓋層、強風化破碎巖層后，下?127 mm套管控制導向及護壁。鉆孔結束后，采用自上而下的灌漿工藝及時進行深孔固結灌漿以保護孔壁、加固基巖。固結灌漿待凝3 d進行掃孔、擴孔，孔底擴孔段長4 m。

4.3.2 編束及下錨

依據鉆孔孔深下索，在施工現場平臺編制成束。錨根段由4個隔離環架空錨索，自由段每隔1.5 m用隔離架架空，錨束中心預置可以自由移動的灌漿塑料管。錨束由人工一次放裝就位，就位后及時進行錨根段注漿。

4.3.3 張拉

松動體錨束采用YCW25G型千斤頂配套油泵分索整束張拉。錨根段注漿14 d后進行第一次120 t張拉，再過7 d待錨束預應力基本結束進行130 t超張拉。

4.3.4 防護

錨束完成張拉后，采用純水泥漿封孔對錨束進行防護，錨頭澆筑混凝土進行永久防護。

5 質量控制

松動體加固工程是YD水庫樞紐的重要隱蔽工程，各參建方都十分重視松動體的施工質量，形成以施工單位自檢為主的三級檢查制度。

5.1 擋墻及網格地梁

基礎開挖、整修并經施工方初檢、復檢合格后，由參建各方人員現場檢查驗收，合格后方可進行下一工序，鋼筋綁扎、立模、混凝土澆筑均有施工技術人員、監理人員現場巡回監控，以保證原材料及混凝土澆筑質量。

5.2 固結灌漿

松動體固結灌漿嚴格按施工技術要求及相關規范進行，結合聲波檢測進行質量檢查和評定。固結灌漿壓力控制標準為：孔口第一、二、三段分別為0.30 MPa、0.35 MPa、0.40 MPa，以下各段均為0.50 MPa。

松動體固結灌漿結束后，根據規范、設計文件及施工記錄布檢查孔19個進行聲波檢測，結果如表1所示。

從上表可以看出，除β2效果比設計略差外，β3、β1兩類巖體灌漿后質量均滿足設計要求。由聲波檢測資料統計得出β3、β2、β1三類巖體合格率分別為92.86%、92.86%、95.84%，固結灌漿達到設計目的。

5.3 預應力錨索

松動體預應力錨索施工屬流水作業，上一工序不合格或未經驗收簽證不允許進入下一工序。施工中要求班組做好施工記錄，及時進行資料的整理分析。各種原材料要求施工單位提供廠家的產品合格保證書、機械性能說明書，并進行外觀質量檢查。

鉆孔前，根據施工圖紙定點位，并做標記。鉆孔時嚴格控制開孔角度及鉆孔深度、記錄鉆進速度及巖石情況，為下一序灌漿提供參考依據。鉆孔結束后，清除孔內巖屑和粉塵以提高固結灌漿質量。

鉆孔、固結灌漿、掃孔并壓水后，根據實際孔深、考慮錨具特性及張拉器械等因素現場編索，編索中應做到：①每根鋼絞線完整無損，無裂隙、疤痕和其他缺陷，且表面不能有油污、污垢等。②逐根排列、嚴防交叉、錨根段嚴格控制隔離環間距，以保證錨固效果及張拉中不致紊亂。③鋼絞線在全長范圍內不允許有接頭或連接器。錨索編就并經復檢后一次放裝就位，及時進行錨根段注漿。④錨索張拉采用應力控制、伸長值校核的操作方法分根鎖定、整束張拉，專人操作張拉器，嚴格控制升荷速率、并每5 min測量一次鋼絞線伸長值。⑤錨索補償張拉后及時進行錨索自由段注漿，做好錨座的永久防護。

6 結束語

通過對5根錨索的張力及預應力錨索形成后的應力應變觀測數據分析表明，水庫下閘蓄水后，松動體遇水彈性模量降低，造成錨索預應力損失、張力降低，張力小于設計值，說明松動體處于穩定狀態。通過位移觀測資料反映，各時段相對位移變化在允許值范圍內，相對位移值隨水位升降而改變，表明松動體工作正常。

松動體加固處理后，已經過多年的蓄水檢驗，說明松動體加固處理設計、施工是成功的。松動體地質情況復雜、施工條件差，先后采取多種措施作了兩次處理，對設計、施工質量無明確的檢驗標準。松動體穩定對水庫的正常運行有重要影響，今后要加強觀測，及時進行數據的整理分析，掌握松動體的工作狀況，為類似工程的處理提供參考。

參考文獻

[1] SL 386-2007 水利水電工程邊坡設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2007.

[2] 陳祖煜，汪小剛，楊健，等.巖質邊坡穩定分析-原理.方法.程序[M].中國水利水電出版社，2005.

[3] DL/T 5255-2010 水電水利工程邊坡施工技術規范[S].國家能源局，2011.

[4] SL 62—2020 水工建筑物水泥灌漿施工技術規范[S].北京：中國水利水電出版社，2020.