构皮滩水电站尾水出口高边坡开挖支护

第２５卷第５期贵州水力发电ＧＵＩＺＨＯＵＷＡＴＥＲＰＯＷＥＲ２０１１年１０月・水工建筑物设计与施工・构皮滩水电站尾水出口高边坡开挖支护龚倩１，曹佳２贵阳５５００８１；（１．中国水利水电第九工程局有限公司，贵州２．中国水利水电第九工程局有限公司构皮滩项目部，贵州余庆５６４４０８）摘要：乌江构皮滩水电站尾水出口开挖最大高度为１３０ｍ左右，为斜交向坡，边坡主要位于Ｏ：。。“一ｏｌ。地层，其中Ｏ：。。“层属中硬～坚硬岩；０３，。层岩性复杂，软硬相间；ｏ：。层属中硬一坚硬岩；ｏｌ。层为软岩或极软岩。尾水渠后边坡属典型的上硬下软结构，且在后边坡地表见有ＦⅢ、Ｆ。科、Ｆ。。Ｆ，硒等规模较大的断层。边坡处于强风化带内，断裂构造较发育，总体稳定性差；尾水塔地基承载力差，存在层间错动及反倾结构面，岩体风化严重：因此，工程高边坡及尾水塔体直立墙稳定问题是本工程的问题之一，经过参建各方的共同努力，本工程高边坡及塔体直立墙处理取得了圆满成功。关键词：水利水电工程施工；开挖支护；出口高边坡；直立墙；构皮滩水电站中图分类号：ＴＶ５５４＋．４；ＴＶ５５４＋．１２文献标志码：Ｂ文章编号：１００７－０１３３（２０１１）０５－－００３４—０４Ｏ引言构皮滩水电站属Ｉ等工程，位于贵州省余庆县为斜交逆向坡，具有典型的上软下硬结构。由于大部分边坡位于强风化带内，根据边坡结构面组合分析，边坡岩体中局部存在由ＮＷ、ＮＷＷ结构面，反倾向结构面及层面或层间错动等组合切割构成不稳定组合块体，可能产生单面滑动破坏，需及时进行支护处理。出口北侧边坡为斜交顺向坡，不利于边坡稳定，边坡岩体中局部存在由ＮＷ、ＮＷＷ结构面与层面或层间错动等，构成不稳定的组合块体，以双面滑动破坏为主。尾水塔地基处于微新状态，其整体承载能力能满足上部建筑物的要求。局部存在层间错动或断层破碎带，且多具软化、泥化现象，性状较差。１号构皮滩口上游１．５ｋｍ的乌江干流上，上游距乌江渡水电站１３７ｋｍ，下游距河口涪陵４５５ｋｍ，控制流域面积４３２５０ｋｍ２，多年平均径流量２２６亿ｍ３。工程开发的主要任务是发电，兼顾航运、防洪及其他综合利用。水库总库容６４．５１亿ｍ３，调节库容３１．５４亿ｍ３，正常蓄水位为６３０ｍ。电站装机５台，每台装机容量为６００Ｍｗ，总装机容量为３亿ｋＷ・ｈ，是贵州省和乌江干流最大的水电站。构皮滩水电站枢纽布置于深切峡谷河段，存在比较突出的土质及岩质工程高边坡稳定问题。１０００ｋＩＷ，保证出力为７５１．８ＭＷ，年发电量为９６．６７尾水塔直立墙主要由ｏ；。组岩石组成；２号尾水塔直立墙靠１号尾水塔侧为ｏ；。组，靠３号尾水塔侧上部为ｏ：。组，下部为ｏ；。组；３号尾水塔直立墙周围均由ｏ；。组岩石组成。尾水塔地基存在的主要地质问题有：（１）地基承载力。尾水塔地基岩体主要位于尾水出口高边坡地质特性构皮滩水电站地下厂房尾水出口边坡开挖包括ｍ１号公路以上及以下两部分，开挖最大高度１３０左右，为斜交向坡。边坡主要位于Ｏ：。。“～ｏｌ。地层，其中Ｏ：。。“层属中硬～坚硬岩；０３１。层岩性复ｏｊ。层，南侧局部位于ｏ：。层。ｏ；。层岩性复杂，钙、泥质粉砂岩强度较低，单轴湿抗压强度试验值一般为６．７～１５．８ＭＰａ；钙质细砂岩及灰岩强度较高，杂，软硬相间；ｏ；。层属中硬～坚硬岩；ｏｌ。层为软岩或极软岩。尾水边坡属典型的上硬下软结构，且在边坡出露有Ｆ。，，、Ｆ。弘、Ｆ。。，、Ｆ。％等规模较大的断层。１号公路以上主要是覆盖层开挖，开挖坡比为１：０．７５、ｌ：０．９、１：１．５；１号公路以下主要为土方开挖和石方开挖，开挖坡比为１：１。尾水出口边坡开挖工程量约１４０万ｍ３。试验值一般为３８．９～４４．７ＭＰａ。钻孔综合测井表明，地基岩体波速一般为３５００～４５００ｍ／ｓ，岩体完整性中等一较好。钙质细砂岩及灰岩承载力较高，钙、泥质粉砂岩则相对较低，在上部荷载作用下可能产生不均匀变形。收稿日期：２０１１－０３—１２；修回日期：２０１１－０８—３０作者简介：龚倩（１９７６－－），女，贵州省遵义市人，工程师，从事水利水电工程质量控制和施工管理工作。１号公路以上边坡段开挖支护位于尾水塔洞脸边坡上方，边坡最大开挖高度约７０ｍ。边坡南侧・３４・万方数据龚倩，等：构皮滩水电站尾水出口高边坡开挖支护（２）层间错动及反倾结构面。出Ｅｌ区ｏ；。层中层问错动较发育，少数宽度较大，且大多具软化、泥化，性状较差，其对边坡岩体稳定不利，同时层间错动带的存在对尾水塔变形稳定亦不利；尾水出口洞脸边坡中ＮＷ、ＮＷＷ结构面较发育，同时还发育有反倾向的不利结构面，ＮＷ、ＮＷＷ结构面、反倾向结构面与层面或层间错动组合可构成边坡不稳定块体，对边坡稳定不利。（３）岩体风化。ｏ：。层近地表岩体风化较强，强、弱风化层厚度达２５～３０Ｉｎ，风化带内岩体完整性较差，结构面强度低，对边坡整体稳定不利。２尾水出口高边坡开挖支护施工工艺２．１尾水出口高边坡开挖支护尾水出口边坡开挖支护施工工艺流程见图Ｉ。图１构皮滩水电站尾水出口高边坡施工工艺流程框图２．１．Ｉ土方明挖施工准备工作完成后测出实际地形地貌并放出设计开挖边线，定出边坡的开挖范围，并用人工清除开挖区内的所有植被及杂物，开挖线以外做好截万方数据２０１１年第５期水沟与排水沟，给施工引排水创造条件。大面积土方开挖所采用的挖掘机及装载机由场内施工道路进入开挖区，挖掘机或装载机直接挖装，２５ｔ自卸汽车出渣。出口边坡及沟槽土方用挖掘机直接挖装，人工配合进行坡面修整成型及基础处理。２．１．２石方明挖石方开挖前用装载机或挖掘机平整出作业平台面，并用石灰定出开挖界线，然后用人工配合挖掘机清除石方开挖作业面，由测量放样定出孔位后再进行钻孔爆破。尾水出口每级马道设计高度在２０Ｉｎ左右，为保证边坡稳定，不宜采用大面积开挖，现场施工均采用每级马道预留Ｉ．５～２．０ＩＴＩ保护层、分层分块进行开挖，即每级马道先整体开挖至设计面以上Ｉ．５～２．０ｎｌ，然后按分层分块进行保护层开挖。保护层开挖用手风钻钻孔，浅孔小药量光面爆破，以减少爆破震动对边坡的影响，保证边坡开挖质量。爆破后使用ＰＣ２０挖机按每块长度不大于３０ｍ、高度控制在３～４ｍ将坡面修整成型后进行喷混凝土和锚杆支护，支护完毕并确保安全后方能进行下一层的开挖。整体稳定性差的坡面采用光面爆破，光爆孔线装药密度为１５０—２００ｇ／ｍ；在开挖厚度较厚的地段，周边采用预裂爆破，预裂孔线装药密度为３００ｇ／ｍ；主爆区开挖放炮平均单耗为０．５ｋｇ／ｍ３左右，其开挖布孔见图２，开挖爆破参数见表１。尾水出口的石方明挖主要集中在尾水渠和尾水塔部位，开挖造孔主要采用潜孔钻并辅以汽腿式手风钻与岩石电钻进行。主爆区开挖利用手风钻配合潜孑Ｌ钻进行，保护层开挖利用手风钻造孔，预裂孔利用岩石电钻或潜孑Ｌ钻造孔。出渣主要采用反铲挖掘机配合２５ｔ自卸汽车运至弃渣场。２．１．３喷锚支护开挖完成后进行喷锚支护施工，其中喷混凝土采用湿喷，喷射顺序自下而上，一次喷射厚度按《锚杆喷射混凝土支护技术规范》ＧＢ５００８６－－２００１的规定选用；分层喷射时，后一层在前一层混凝土终凝１ｈ后进行。尾水出口边坡喷混凝土支护与开挖、锚杆施工同时跟进，锚杆施工采用先注浆后安锚杆和中空白进式锚杆进行施工，特殊地质段先锚后喷。２．１．４锚筋桩施工喷混凝土和锚杆施工完成后进行锚筋桩施工，锚筋桩钻孔采用ＭＧＹ一８０型锚固钻机西１６５ｈｉｍ冲击钻头钻进，钻进中遇到喀斯特洞穴、塌孔掉块影响时采用地质缺陷固结灌浆处理，锚筋桩钢筋采用・３５・第２５卷第５期贵州水力发电２０１１年１０月蓼弋ｎ。，／垫／、过＼芒㈨１罡㈨ｏＬ■。、ｒ主爆孔／————＿＼可开挖高程（１）布孔平面布置（２）Ａ—Ａ剖面图２构皮滩水电站尾水出口高边坡开挖布孔示意图表１构皮滩水电站尾水出口高边坡开挖爆破参数直螺纹套筒连接，同一截面接头不得超过２个。锚紧和整束分级张拉２个阶段，单股预紧进行２次以筋桩主筋间采用间隔点焊连接成束，人工分段安上。整束张拉张拉力应逐级增大到设计锁定值，稳装，导向帽导向。锚筋桩灌浆采用全孔一次性注压１０～２０ｍｉｎ后锁定。锁定后的４８ｈ内，若锚束浆，配合比为水：水泥：砂＝０．６：１：０．５，水泥采用应力下降到设计值以下时进行补偿张拉。张拉完成标号为４２５普通硅酸盐水泥，灌浆压力为０．２—后，除用于安全监测的锚索外，锚具外的钢绞束除０．３ＭＰａ。留存１５ｅｍ外，其余部分用切割片切除。锚头用环２．１．５贴坡混凝土和锚索施工氧保护层进行保护。外锚具或钢绞束端头浇筑二期锚筋桩施工完成后进行贴坡混凝土施工，接着混凝土封闭保护，混凝土强度等级为Ｃ２５（２８ｄ），进行锚索施工，锚索施工时采用痧１６５ｍｍ冲击钻厚度为２０ｃｍ。头钻孔，钻进时按低转速、低压推进，锚索安装前２．２尾水塔直立墙开挖支护对锚索孔进行固结灌浆处理。锚索孔灌浆采用纯水尾水塔采用独立布置，３条尾水洞出口分别设泥浆进行灌注，所用水泥选用强度等级不低于置１个尾水塔，ｌ号尾水塔与２号尾水塔间距Ｐ・０４２．５的普通硅酸盐水泥，ｗ／ｃ＝０．４，并按水泥５１．４５ｍ，２号尾水塔与３号尾水塔间距４３．８２５ｍ。用量的１％一３％掺人助流膨胀剂及按０．３％比例掺１号、２号尾水塔直立坡开挖宽度２１．５ｍ、底长入三乙醇胺早强剂，水泥浆胶结材料的结石抗压强３１．４ｍ、高２４．３ｍ，３号尾水塔直立坡开挖宽度等级不低于３５ＭＰａ。外锚墩混凝土浇筑采用早１５．７５ｍ、底长２９．４ｍ、高２１．３ｍ。强混凝土浇筑，强度等级为Ｃ３５（７ｄ），混凝土由尾水塔直立墙两侧采用张拉锚杆和槽钢及喷聚拌和楼拌制后用６ｍ３混凝土搅拌车运至现场，人丙烯混凝土作一期支护，张拉锚杆间排距为１．５ｍ工铲人仓内，并按１层厚３０ａｍ分层浇筑。在混凝Ｘ１．５ｍ，锚杆为∞２（２８）ｍｍＬ＝１２ｍ（９ｍ）；正土达到设计张拉强度后进行张拉。张拉分为单股预面洞脸采用系统锚杆、喷聚丙烯混凝土作为一期支・３６・万方数据龚倩，等：构皮滩水电站尾水出口高边坡开挖支护护，同时为确保尾水洞出口洞施工安全，在洞脸设计有３ｍ厚混凝土护墙。尾水塔直立坡开挖最大高度达２４．３ｍ，岩石强度低，存在层间错动或断层破碎带，且多具软化、泥化现象，工程地质条件复杂，整体稳定性差，施工难度很大。为确保尾水塔直立墙开挖支护施工期的安全，针对尾水塔直立墙的实际情况和施工现状，主要采取以下措施：（１）采用周边分层预裂控制爆破，分层高度为ｍ。在施工之前进行预裂爆破试验，并根据现场实际情况及时调整爆破参数。（２）采用浅孔梯段爆破，分层高度为２．５—３ｍ。预裂面爆破孔距预裂面间距为０．５ｍ，孔间距为１ｍ，装药为主爆孔的一半。（３）及时进行一期支护，开挖ｌ层后要及时支护１层。（４）分层分段进行开挖，先施工直立墙两侧面（５）从左至右进行施工，且每个塔体施工分别（６）加强施工期变形观测，及时反馈信息以指导施工。（７）做好水情预报，当可能出现较大洪水时，（８）做好施工记录，加强工程巡视，发现异常每个塔体施工程序：先进行设计边坡外１０～ｍ拉槽、分层开挖支护（３号尾水塔分为３层，１号、２号尾水塔分为４层，先斜面边坡后垂直边直立墙施工流程见图３。——、厂————］ｌ挂网、安装锚杆（含医亘习＋匡！卜开挖爆破Ｉ叫哿霹慧旌聚Ｈ茇鬻翥数学拉锁定图３构皮滩水电站尾水直立墙施－ｒ－ｒ艺流程图（１）直立墙预裂爆破参数。孑Ｌ径：４５ｍｍ（采ｍｍ钻头造孔）；间距：４０ｃｍ；药万方数据２０１１年第５期卷直径：２５ｍｍ（２号岩石硝胺炸药）；线装药密度：对于ｏ；。岩层为８０—１２０ｇ／ｍ，对于ｏ：。岩层为１２０—１５０ｇ／ｍ；不偶合系数：４５／２５＝１．８；孔深：５．５（或６．５）ｍ。（２）直立墙松动爆破参数。孔径：４５ｍｍ（采用手风钻配４２ｍｍ钻头造孔）；间距：１４０ｅｍ（预裂面爆破孔距预裂面间距为０．５ｍ）；排距：１２０ｅｍ；药卷直径：２５ｍｍ（２号岩石硝胺炸药）；单耗：０．２２～０．３ｋｇ／ｍ３（预裂面爆破孔装药为主爆孑Ｌ的一半）；孔深：３（或３．５）ｍ；开挖梯段高度为２．５（或３）ｍ。２．２．２张拉锚杆张拉锚杆主要布置在尾水塔两侧直立边坡上，其主要参数为∞２ｍｍ、Ｌ＝１２ｍ和税８ｍｍ、Ｌ＝９ｍ两种，外露０．２５ｍ，孔径均为７６ｍｍ。张拉锚杆由锚固段、张拉段和外露段（２５ｃｍ）构成。张拉锚杆外端部套丝长度为２５ｃｍ，锚固段用速凝水泥卷灌注，速凝水泥卷的初、终凝时间应在３０—１００ｍｉｎ，４～６ｈ强度应不小于２０ＭＰａ；张拉段用缓凝水泥卷灌注，缓凝水泥卷的初、终凝时间应在７—１６ｈ，２种水泥卷的后期强度均应大２５ＭＰａ。张拉锚杆的外露段用灌注、钢垫板及螺母固定，竖向槽钢之间用等边角钢（５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍ）连接、焊接，角钢间距１．５ｍ。为确保锚杆在孔内居中，沿锚杆长度方向每隔３ｍ用短钢筋焊一支撑点。张拉锚杆的锚固段长度根据试验确定，张拉锁定吨位为５ｔ。当岩体破碎、塌孔严重时采用中空白进式注浆锚杆，锚杆长度和孔径不变，同时适当对边坡进行随机锚杆支护、预灌浆等加固处理。张拉锚杆施工完成后及时进行喷混凝土封闭，喷混凝土应均匀平整，角钢与槽钢之间的缝隙要喷填密实。由于岩石较为破碎，因此直墙段开挖形成以后立即进行喷锚支护，确保边坡稳定才能进行下层的开挖施工，确保喷混凝土的强度、厚度等达到设计要求。结束语经过构皮滩水电站尾水出口高边坡开挖支护施工实践证明，采用预应力锚索、锚杆、锚筋桩、喷混凝土、混凝土护坡对不稳定边坡及直立墙处理工艺和技术是成熟的、可靠的，在类似工程中值得推广应用。（责任编辑：唐成书）・３７・５—６边坡再施工直立墙。滞后半个月。及时对工作面采用封闭措施。情况要及时通知监理工程师、设计代表及业主及时进行研究处理。２０２．２．３喷混凝土坡）、塔体开挖完成后进行塔体基础处理和底板混凝土浇筑、护面墙混凝土浇筑（同时进行管棚施工）、尾水洞岩塞前段分层开挖及支护、塔体（护坡）混凝土浇筑。３２．２．１爆破参数用岩石电钻配４２构皮滩水电站尾水出口高边坡开挖支护

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

龚倩， 曹佳

龚倩(中国水利水电第九工程局有限公司,贵州 贵阳,550081)， 曹佳(中国水利水电第九工程局有限公司构皮滩项目部,贵州余庆,564408)贵州水力发电

Guizhou Water Power2011,25(5)

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