Nam Khan 2水電站廠房后邊坡變形體監(jiān)測及處理方案探討

王　抗，　劉 慧 芳，　吳 智 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都　610072)

Nam Khan 2水電站廠房后邊坡變形體監(jiān)測及處理方案探討

王抗，劉 慧 芳，吳 智 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都610072)

摘要：Nam Khan 2水電站廠房后邊坡高程400 m以上巖體為變形巖體，開挖前處于穩(wěn)定狀態(tài)。施工過程中，對巖體狀態(tài)實(shí)施了實(shí)時(shí)監(jiān)測，出現(xiàn)裂縫后采取了框格梁+錨索加固方案，取得了較好的成效。

關(guān)鍵詞：Nam Khan 2水電站；廠房邊坡；錨索；框格梁；變形體監(jiān)測

1概述

Nam Khan 2水電站位于老撾瑯勃拉邦市東南方向約30 km的Nam Khan河與湄公河匯合口上游68 km處，為二等大(2)型工程。壩址以上流域面積為5 167 km2，壩址多年平均流量67 m3/s。水庫正常蓄水位高程475 m，相 應(yīng) 總 庫 容

6.862億m3，死水位高程465 m，調(diào)節(jié)庫容2.291億m3，電站裝機(jī)容量為130 MW。

樞紐主要建筑物由混凝土面板堆石壩、右岸副壩及溢洪道、右岸放空洞、右岸引水系統(tǒng)和岸邊地面廠房等建筑物組成。

地面廠房主要由主廠房(主機(jī)間、右端安裝間)、上游副廠房、上游主變室及GIS開關(guān)站、下游尾水平臺、尾水渠及進(jìn)廠交通洞等建筑物組成。

2地質(zhì)情況

Nam Khan 2水電站廠房后邊巖體坡為變形巖體，平面投影面積約7萬m2。據(jù)鉆孔揭露，變形巖體夾泥破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，性狀較正常風(fēng)化的強(qiáng)風(fēng)化帶略差，巖層面產(chǎn)狀由上游的N30°～50°E/SE∠30°～40°逐漸過渡到下游邊界一帶的N20°～40°E/SE∠50°～70°，樞紐區(qū)正常巖層產(chǎn)狀為N0°～30°E/NW∠70°～90°，變形體巖層走向與樞紐區(qū)正常巖體巖層走向有一定夾角，傾向(傾上游)剛好相反，傾角變緩。變形巖體平均深度為30 m左右，靠近變形巖體中部最深可達(dá)51 m，變形巖體方量約為210萬m3。天然狀態(tài)下，廠房后邊坡變形巖體處于整體穩(wěn)定狀態(tài)，廠房基坑開挖后，將造成變形巖體前緣切腳，進(jìn)而可能導(dǎo)致變形巖體變形失穩(wěn)。為了便于廠房后邊坡的處理并減少對該變形體的影響，設(shè)計(jì)人員將廠房布置于變形巖體下游邊界附近。

3廠房后邊坡開挖情況

Nam Khan 2水電站項(xiàng)目于2011年3月26日開工，2012年2月1日廠房開始開挖； 2012年6月正值雨季，廠房后邊坡高程460～480 m處出現(xiàn)垮塌和變形，工程在清除垮塌和變形部分后按原設(shè)計(jì)重新支護(hù)。為進(jìn)一步了解廠房后邊坡“變形體”的具體深度及邊界條件，在廠房后邊坡高程410 m鉆設(shè)了探洞；2012年7月27日，探洞發(fā)生垮塌，垮塌長度為5 m，遂于當(dāng)日停止了探洞施工；自2012年8月起，廠房后邊坡監(jiān)測各測點(diǎn)變形數(shù)據(jù)呈增大趨勢，遂立即增加了監(jiān)測頻率，并于2012年9月13日召開了三方(監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工)會(huì)議對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后一致決定將廠房靠上游側(cè)高程480 m平臺外側(cè)邊坡頂部邊坡削緩，并將高程460 m以下靠上游側(cè)邊坡開挖坡比放緩，將高程460 m以下邊坡馬道由20 m高調(diào)整為15 m。另外，將廠房靠溢洪道側(cè)高程460 m以下的突出椎體挖除，并將開挖坡比放緩成1∶1.5。2012年10月11日，廠房后邊坡出現(xiàn)了較大裂縫，2012年11月17日， 廠房框格梁、錨索開始施工，2013年2月5日，廠房框格梁、錨索施工全部完成。

4監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.1廠房后邊坡表面監(jiān)測

為了監(jiān)測廠房后邊坡開挖過程中邊坡表層的變形情況，2012年6月19日，開始在廠房后邊坡高程480 m馬道布置了2個(gè)表面變形監(jiān)測點(diǎn)ISCF1-1，ISCF2-1；高程460 m高程馬道布置了2個(gè)表面變形監(jiān)測點(diǎn)ISCF1-2、ISCF2-2；在廠房后邊坡上游自然邊坡布置了5個(gè)表面變形監(jiān)測點(diǎn)ISCF3-1、ISCF3-2、ISCF3-3、ISCF4-1、ISCF4-2，如圖1所示。

根據(jù)《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(DL/ T5178-2003)第七章之變形監(jiān)測規(guī)定，兩期位移變化量應(yīng)小于±5 mm，兩期沉降變化量應(yīng)小于±3 mm。

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，ISCF1-1、ISCF2-2發(fā)生了較大的水平位移及沉降變化，水平位移量分別為17.4 mm、34.8 mm，方向?yàn)檫吰聝A向及河流流向的矢量方向；沉降量分別為-15.2 mm、-45.4 mm，超過了規(guī)范要求。

4.2巖體深層監(jiān)測

為了監(jiān)測廠房后邊坡巖體深層的變形，在廠房后邊坡高程461 m埋設(shè)了多點(diǎn)位移計(jì)用以監(jiān)測巖體的豎向變形，埋設(shè)測斜管監(jiān)測巖體的徑向變形。

多點(diǎn)位移計(jì)MCF1-1自2012年8月19日至2012年10月9日的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示C2(17 m)、C3(8 m)、C4(2 m)測點(diǎn)發(fā)生了變化，方向與邊坡傾向相同，C2測點(diǎn)自起測時(shí)一直成增大趨勢，最大變形量為16.65 mm、C3測點(diǎn)自2012年9月22日開始發(fā)生變化，最大變形量為8.34 mm、C4測點(diǎn)自2012年9月23日開始發(fā)生變化，最大變形量為1.4 mm。

多點(diǎn)位移計(jì)MCF2-1自2012年8月23日至2012年10月11日的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示C2、C3、C4測點(diǎn)發(fā)生了變化，方向與邊坡傾向相同，C2測點(diǎn)自起測時(shí)一直成增大趨勢，最大變形量為16.65 mm、C3測點(diǎn)自2012年9月22日開始發(fā)生變化，最大變形量為8.34 mm、C4測點(diǎn)自2012年9月23日開始發(fā)生變化，最大變形量為1.4 mm。

4.3測斜孔

測斜孔監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：INCF1-1在12 m以上朝著與邊坡傾向相同的方向發(fā)生了變形，2012年9月9日至2012年9月14日之間的數(shù)據(jù)發(fā)生了突變，突變量約4 mm；觀測至2012年10月10日，最大變形量為16.14 mm。INCF2-1在22 m方向朝著與邊坡傾向相反的方向發(fā)生了變形，2012年9月4日至2012年9月7日觀測的數(shù)據(jù)發(fā)生了突變，突變量約3 mm，觀測至2012年9月13日最大變形量為11.5 mm。

由2012年8月至10月廠房后邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，廠房后邊坡在這段時(shí)間內(nèi)累計(jì)變形量超過了規(guī)范要求，雖然采取了削坡減負(fù)、放緩坡度、降低馬道高度等措施，但未取得明顯效果，2014年10月11日，廠房邊坡出現(xiàn)了較大裂縫。針對這種狀況，經(jīng)三方討論、計(jì)算后，決定采取框格梁+錨索方案進(jìn)行加固。

5處理方案

5.1框格梁施工

5.1.1錨桿施工

錨桿采用“先插桿后注漿”的施工方法，鉆孔采用手風(fēng)鉆造孔，清孔采用高壓風(fēng)或高壓風(fēng)水槍聯(lián)合沖洗孔內(nèi)的巖粉和積水，錨桿在鋼筋場制作后運(yùn)至施工現(xiàn)場，采用人工安裝錨桿，注漿采用錨桿注漿機(jī)邊拌和、邊注漿。水泥砂漿的施工配合比嚴(yán)格按工程師批準(zhǔn)的配合比執(zhí)行。

5.1.2框格梁澆筑

鋼筋在加工場加工成型后由8 t平板車運(yùn)至現(xiàn)場，人工綁扎焊接，趾板混凝土模板主要采用木模板，混凝土澆筑采用8 m3混凝土攪拌車運(yùn)至現(xiàn)場，主要采用溜槽入倉?；炷寥雮}后，人工及時(shí)平倉，采用φ2 in(1 in=2.54 cm)軟管振動(dòng)棒振搗。振動(dòng)棒應(yīng)垂直插入，振搗間距不應(yīng)大于振動(dòng)棒激振力范圍的1.5倍，采取“快插慢拔”的方式進(jìn)行振搗；振搗時(shí)，振搗器應(yīng)插入下層混凝土5 cm左右，距離邊模板10 cm左右?；炷两K凝后，及時(shí)采用鋪蓋麻布片(采用細(xì)鐵線連接成片)等方法進(jìn)行遮蓋，人工灑水養(yǎng)護(hù)，以保持混凝土表面濕潤，連續(xù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于28 d或至被覆蓋為止。

5.2錨索施工

廠房后邊坡錨索分為A型及B型，A型錨索長30 m，B型錨索長25 m。錨索分布如下：A區(qū)及B區(qū)為高程460 m以上斷層影響帶及邊坡較破碎區(qū)域，上游側(cè)錨索應(yīng)延伸至斷層影響帶上游較完整基巖大于2 m處；C區(qū)為高程445～460 m斷層影響帶。

5.2.1鉆孔

錨索孔造孔施工所采用的鉆機(jī)為地質(zhì)鉆機(jī)，終孔孔徑為130 mm，采用金剛石鉆頭。為提高工效，必要時(shí)采用了風(fēng)動(dòng)鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)。錨索孔深度以內(nèi)錨固段進(jìn)入弱風(fēng)化巖體為原則，設(shè)計(jì)深度根據(jù)現(xiàn)場鉆孔取芯復(fù)核。鉆孔時(shí)對25%的錨索孔進(jìn)行了取芯，取芯孔按錨索豎向排間隔跳開布置。為確定錨索孔內(nèi)錨固段深度及巖體質(zhì)量，所有錨索孔內(nèi)錨固段均需取芯，以便為錨索孔質(zhì)量缺陷處理提供依據(jù)。

5.2.2預(yù)應(yīng)力錨索的加工與組裝

1 000 kN級預(yù)應(yīng)力錨索由7根φ15.2的帶皮鋼絞線組裝而成。組裝前，對鋼絞線進(jìn)行了質(zhì)量檢查、下料，將檢查合格的鋼絞線按“孔深+外錨墩高+千斤頂工作長度+工具錨高+0.3 m”的長度截?cái)?、理順放齊，將φ20的聚乙烯注漿軟管與錨索并排放置。內(nèi)錨固段注漿管伸入到距孔底0.2 m，回漿管穿過止?jié){環(huán)0.2 m；將二次張拉段注漿管末端伸入到止?jié){環(huán)處，回漿管預(yù)埋在錨墩內(nèi)伸入錨索孔并在錨墩外留出口。鋼絞線包圍著注漿管捆扎，要求注漿管能上下活動(dòng)在張拉段與內(nèi)錨固段的交接處并用鉛絲捆牢。在內(nèi)錨固段，每隔1 m布置一架線環(huán)，架線環(huán)之間應(yīng)用鉛絲捆緊；端頭裝上導(dǎo)向帽，使整個(gè)內(nèi)錨固段呈棗核狀。在張拉段每隔2 m布置一隔離架。組裝好的錨索應(yīng)大體上呈一直線，為此，要求在固定架線環(huán)和隔離架時(shí)，扭直鋼絞線的自然彎曲，所有鋼絞線不得互相交叉。

5.2.3預(yù)應(yīng)力錨索的安放

錨索推送在牢固的腳手架上進(jìn)行。為防止機(jī)械起吊而損壞鋼絞線或致使注漿管破裂，采用人工運(yùn)輸和安裝。

5.2.4預(yù)應(yīng)力錨索內(nèi)錨固段注漿及外錨墩澆筑

為防止堵管，水泥和砂漿均應(yīng)過篩。篩孔孔徑為2.5～3 mm。注漿量按鉆孔體積準(zhǔn)備或通過試驗(yàn)確定。

內(nèi)錨固段砂漿強(qiáng)度等級為M40，水 灰 比 為

0.45～0.5，要求漿液3 h后的泌水率小于2%且具有微膨脹性。注漿壓力一般為0.3～0.5 MPa，待內(nèi)錨固段注滿漿后(一次回漿管持續(xù)返漿且返漿濃度與進(jìn)漿濃度相同)進(jìn)行屏漿，屏漿壓力宜為0.3～0.4 MPa，屏漿時(shí)間為20～30 min。孔口混凝土外錨墩澆筑前，應(yīng)先清除孔口周圍的碎石及泥土，固定好定位鋼管，使之與錨索的方向一致，然后立模、澆筑。

在外錨墩澆筑完成后的12～18 h內(nèi)開始養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14 d。

5.2.5錨索張拉

先進(jìn)行單股鋼絞線的預(yù)緊。單股鋼絞線的最大預(yù)緊應(yīng)力取錨索設(shè)計(jì)張拉力的10%，且錨索各單元體的預(yù)緊應(yīng)力值應(yīng)一致。

待全部單根鋼絞線預(yù)緊后進(jìn)行整體張拉。錨索張拉時(shí)，加載速率要平緩，該速率每分鐘不超過設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的10%，卸載速率每分鐘不超過設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的20%。錨索張拉荷載要分級、逐步施加，不能一次加至鎖定荷載。

5.2.6張拉段注漿

將錨索超張拉鎖定后，即可進(jìn)行張拉段的注漿，張拉段注漿采用的砂漿強(qiáng)度等級為M35(其余與內(nèi)錨固段注漿用砂漿要求相同)，灌漿前應(yīng)沖洗孔道，排干孔內(nèi)積水。

張拉段注漿可采用注漿管孔底注漿(注漿管伸到止?jié){環(huán)處)、回漿管孔口返漿法施工，最大壓力不超過0.5 MPa，注漿直至二次回漿管返漿且返漿濃度與進(jìn)漿濃度相同。注滿漿后應(yīng)按照內(nèi)錨固段注漿要求進(jìn)行屏漿。

張拉段注漿時(shí)，二次進(jìn)漿管插入到止?jié){環(huán)處，要求以漿排水，不擾動(dòng)漿液。

5.2.7對孔口的防護(hù)處理

張拉錨定后，應(yīng)對孔口部位的錨索及外錨頭進(jìn)行保護(hù)。

錨索張拉及張拉段注漿結(jié)束后，應(yīng)對錨墩外的鋼絞線刷油進(jìn)行防銹保護(hù)，并根據(jù)邊坡變形情況確定是否進(jìn)行二次張拉。

當(dāng)邊坡變形情況較穩(wěn)定并確定不需要進(jìn)行二次張拉時(shí)，可對外錨墩外多余的鋼絞線實(shí)施剪斷(留20 cm)并澆筑封錨混凝土。澆筑前，應(yīng)對外錨墩混凝土進(jìn)行鑿毛、沖洗、濕養(yǎng)處理，同時(shí)應(yīng)對錨板及預(yù)留的鋼絞線洗刷干凈。

6邊坡處理成效

廠房后邊坡錨索施工于2013年2月5日完工。廠房邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2013年11月至2013年12月，廠房后邊坡表面變形觀測點(diǎn)ISCF1-1-N、ISCF1-2-N 、ISCF2-1-N 、ISCF2-2-N最大位移量為4 mm，最大沉降量為2 mm，多點(diǎn)位移計(jì)MCF1-1-N(原MCF1-1破壞后重設(shè)點(diǎn))、MCF2-1測點(diǎn)本期最大變形量為1.1 mm，測斜孔INCF1-1-N、INCF2-1-N(原INCF1-1、INCF2-1破壞后重設(shè)點(diǎn))與邊坡傾向相同方向的變形量為2.24 mm，與河流方向相同的方向變形量為0.58 mm。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：變形符合規(guī)范要求，廠房邊坡已趨于穩(wěn)定。

7結(jié)語

施工期對廠房后邊坡變形巖體實(shí)施的變形監(jiān)測，使項(xiàng)目部及時(shí)掌握了巖體的變形狀況，為變形巖體處理方案的制定提供了依據(jù)。此外，對變形巖體采取的框格梁+錨索處理方案使廠房邊坡趨于穩(wěn)定，為同類邊坡裂縫處理方案的選擇積累了經(jīng)驗(yàn)。

王抗(1974-)，男，四川資陽人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

劉慧芳(1987-)，女，湖南益陽人，助理工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

吳智勇(1981-)，男，四川內(nèi)江人，助理工程師，從事水利水電工程技術(shù)及管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-02-15

文章編號:1001-2184(2015)02-0031-04

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV52'TV522;TV51;TV7;TV547.5

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