錦屏一級(jí)水電站高邊坡危巖體柔性防護(hù)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐鮮紹毅王波用2.doc

錦屏一級(jí)水電站高邊坡危巖體柔性防護(hù)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐【摘 要】 我國是個(gè)多山的國家，特別是西南部山區(qū)，各種地質(zhì)災(zāi)害時(shí)常發(fā)生，加之各類工程建設(shè)開發(fā)分布廣泛，必然地要帶來大量的坡面地質(zhì)災(zāi)害問題。近年來，建設(shè)綠色環(huán)保的工程受到各界人士高度重視，過去采用的部分技術(shù)措施與環(huán)保和美化要求極不相對(duì)稱，為此，柔性防護(hù)技術(shù)解決了這一難題，確保了既能實(shí)現(xiàn)坡面地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)又能滿足環(huán)保要求的防治措施。本文結(jié)合錦屏一級(jí)水電站泄洪霧化區(qū)邊坡（危巖體）的柔性防護(hù)實(shí)際情況，總結(jié)出SNS邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)在工程中技術(shù)的實(shí)踐?！娟P(guān)鍵詞】 錦屏一級(jí)水電站；高位；危巖體；柔性防護(hù)技術(shù)；實(shí)踐1 前言錦屏一級(jí)水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi)的雅礱江干流上，是雅礱江干流下游河段的控制性水庫梯級(jí)電站，由擋水、泄洪及消能、引水發(fā)電等建筑組成，水庫總庫容為77.6億m3，電站總裝機(jī)為6600MW。泄洪霧化影響區(qū)邊坡包括左岸號(hào)山梁邊坡、水墊塘邊坡、右岸猴子巖坡、泄洪洞出口邊坡及左岸邊坡。根據(jù)各區(qū)域的泄洪霧化影響和地質(zhì)條件，邊坡（包括危巖體）處理主要采用柔性防護(hù)系統(tǒng)處理措施。在工程設(shè)計(jì)中，節(jié)能減排、低碳技術(shù)、低碳生活已成為我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的要求，保護(hù)環(huán)境更是各級(jí)機(jī)構(gòu)、各界人士高度重視，過去大量采用的噴射混凝土、漿砌片石等圬工結(jié)構(gòu)，灰蒙蒙的外觀、對(duì)坡面植被及其生長條件的永久性封閉式毀滅，是與環(huán)保與美化要求極不相對(duì)稱的。而柔性防護(hù)技術(shù)是一種集構(gòu)件設(shè)計(jì)與加工、現(xiàn)場布置與施工安裝系統(tǒng)化技術(shù)，充分利用了高強(qiáng)度鋼絲和鋼絲繩材料的柔性來發(fā)揮“以柔克剛”的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也考慮到地質(zhì)災(zāi)害防治的根本目的是避免地質(zhì)災(zāi)害對(duì)人們生命財(cái)產(chǎn)的危害。2 高邊坡危巖體危害特征2.1 落石落石的主要來源有兩方面：一方面是巖石邊坡上因節(jié)理裂隙切割、差異風(fēng)化或卸荷作用等形成的危巖(石)，在裂隙不斷發(fā)展到一定程度后或在某種外力下突然失穩(wěn)脫離母體。另一方面是崩坡積物中的孤石或浮石，在其下側(cè)土體被逐漸淘失、上游落石碰撞等作用下失去原有平衡而離開原位。人們常說的剝落、掉塊均屬于落石。由于落石災(zāi)害所特有的高速運(yùn)動(dòng)、高沖擊能量、多發(fā)性，在特定區(qū)域發(fā)生的時(shí)間和位置的隨機(jī)性難以預(yù)測(cè)性，及其運(yùn)動(dòng)過程的復(fù)雜性等特證，其可能造成的危害不可低估。2.2 溜坍、塌落是指發(fā)生于土質(zhì)或強(qiáng)風(fēng)化巖石邊坡淺表層、覆蓋層或崩坡積層等強(qiáng)度較低的巖土體的局部變形破壞，其發(fā)生多是由于坡度過陡所致，并常由水的作用誘發(fā)。盡管該類危害規(guī)模范圍小，單次活動(dòng)的破壞性一般也較小，但因其分布范圍廣，是數(shù)量眾多的常見地質(zhì)災(zāi)害形式，在同一邊坡上同一時(shí)期可能多處發(fā)生，其發(fā)生具有向周邊的擴(kuò)展性，若不及時(shí)治理，將惡化邊坡的穩(wěn)定性，誘發(fā)后續(xù)破壞的發(fā)生直至大規(guī)模的滑坡或崩塌。2.3 碎落碎落大多數(shù)都是泥巖類易風(fēng)化巖石的風(fēng)化顆粒在其自重作用下順坡向下運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。這類危害在發(fā)生時(shí)都不會(huì)造成直接危害，但其堆積物數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模后，特別是在暴雨時(shí)會(huì)順坡宣泄而下堵塞坡腳水溝，引起排水不暢。此外，大量的這類邊坡存在砂、泥巖互層現(xiàn)象，泥巖層的這種快速風(fēng)化遷移將會(huì)使邊坡在短期內(nèi)形成差異風(fēng)化巖腔，易引起上部堅(jiān)硬巖層發(fā)生落石或崩塌。2.4 危石彈跳危石在重力或其他外力作用下離開原位，突然從陡坡以墜落、滑動(dòng)、滾動(dòng)結(jié)合彈跳方式順坡向下劇烈快速運(yùn)動(dòng)，在彈跳過程中可能因與基巖面的碰撞再次進(jìn)行裂解，也可能因碰撞后運(yùn)動(dòng)路徑上的其它孤危石而觸發(fā)新的落石，特別是比較緩陡的邊坡，上部落石在經(jīng)過過渡帶后仍存在向坡外的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，從而很容易直接飛越設(shè)置的攔石網(wǎng)，是一種常見的典型動(dòng)力地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。3 常見防治方法及評(píng)價(jià)長期以來，在廣大技術(shù)人員積累了大量經(jīng)驗(yàn)，建立了以加固、護(hù)面、攔擋等為主，以排水、土石體改良、植被綠化等為輔的各種工程防治措施，并尤以漿砌片石和噴射混凝土護(hù)坡、錨固、漿砌片石攔石墻和簡易鋼結(jié)構(gòu)柵欄等最為常見。常見措施的目的是通過防止災(zāi)害活動(dòng)的發(fā)生來避免其各種危害，常見工程措施是采用不同方法來提高潛在變形破壞體的穩(wěn)定性，其理論基礎(chǔ)是通過減小控制破壞的驅(qū)動(dòng)力、或增大抵抗的阻力來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性的提高。從可靠性上講，除非加固結(jié)構(gòu)本身設(shè)計(jì)不合理或抗力不足，否則它是相對(duì)于其他方法來講最為安全可靠的措施，因此，在與其它類型的防治措施相比其經(jīng)濟(jì)相當(dāng)時(shí)，通常應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮該類方法。同樣也正是由于經(jīng)濟(jì)因素，常常使得該類方法難以實(shí)施，因?yàn)樗鼈冇衅渥陨淼倪m用條件，在有些情況下為了創(chuàng)造這些條件的經(jīng)濟(jì)或環(huán)境代價(jià)極高，這也是其他類型防治措施之所以存在的原因所在。4 環(huán)保與美化在工程施工中，人們?cè)絹碓街匾暛h(huán)境保護(hù)，建設(shè)綠色環(huán)保工程是當(dāng)今各界人士共同關(guān)注的問題，在工程建設(shè)中安全第一的觀點(diǎn)不可動(dòng)搖，但環(huán)境保護(hù)與美化也應(yīng)該加強(qiáng)落實(shí)，現(xiàn)實(shí)施工中，多數(shù)防護(hù)措施不得不以破壞環(huán)境和美觀為代價(jià)來保證施工安全。我們?cè)诠こ探ㄔO(shè)的同時(shí)破壞了綠樹青草、天然協(xié)調(diào)的自然環(huán)境，破壞后的重建工作是非常困難甚至根本不可能的，靠人力恢復(fù)的環(huán)境從整體上與周邊環(huán)境是不協(xié)調(diào)的，且維持也是要付出長期代價(jià)。與其他防護(hù)措施相比較而言，柔性防護(hù)系統(tǒng)雖不是直接綠化坡面為目的，但其開放性和對(duì)既有地貌的良好保護(hù)，使得具備植物生長條件的邊坡能夠?qū)崿F(xiàn)植被的自然生長發(fā)育，并保持了進(jìn)行后期人工綠化的既有條件。5 柔性防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)SNS（Safety Netting System）系統(tǒng)是瑞士布魯克集團(tuán)所獨(dú)家擁有的、以高強(qiáng)度柔性網(wǎng)（鋼絲繩網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、高強(qiáng)度鋼絲格柵）作為主要構(gòu)成部分，并以覆蓋（主動(dòng)防護(hù)）和攔截（被動(dòng)防護(hù)）兩大基本類型來防治各類斜坡坡面崩塌落石、風(fēng)化剝落等地質(zhì)災(zāi)害、岸坡沖刷、爆破飛石、墜物等危害的新型柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)。5.1 主動(dòng)防護(hù)原理該系統(tǒng)按主要構(gòu)成分為鋼絲繩網(wǎng)、普通鋼絲格柵（常稱鐵絲格柵）和TECCO高強(qiáng)度鋼絲格柵三類，前兩者通過鋼絲繩錨桿和/或支撐繩固定方式，后者通過鋼筋錨桿和鋼絲繩錨桿（有邊沿支撐繩時(shí)采用）以及必要時(shí)的邊沿支撐繩等固定方式，將作為系統(tǒng)主要構(gòu)成的柔性網(wǎng)覆蓋在有潛在地質(zhì)災(zāi)害的坡面上，從而實(shí)現(xiàn)其防護(hù)目的（如圖1），表1列出了主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的分類特征及其防護(hù)功能或主要適用條件。圖1a為標(biāo)準(zhǔn)主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（包括GAR2、GPS2），常用于坡面崩塌、風(fēng)化剝落、溜坍、溜滑或塌落類地質(zhì)災(zāi)害的加固防護(hù)，其明顯特征是采用系統(tǒng)錨桿固定，并根據(jù)柔性網(wǎng)的不同，分別通過支撐繩和縫合張拉（鋼絲繩網(wǎng)或鐵絲格柵）或預(yù)應(yīng)力錨桿（TECCO-65格柵）來對(duì)柔性網(wǎng)部分實(shí)現(xiàn)預(yù)張拉，從而對(duì)整個(gè)邊坡形成連續(xù)支撐，其預(yù)張拉作業(yè)使系統(tǒng)盡可能緊貼坡面，并形成了抑制局部巖土體移動(dòng)或在發(fā)生局部位移或破壞后將其裹縛（滯留）于原位附近的預(yù)應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)其主動(dòng)防護(hù)（加固）功能。表1 SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)分類型 號(hào)網(wǎng) 型固 定 方 式防 護(hù) 功 能GAR2鋼絲繩網(wǎng)系統(tǒng)鋼絲繩錨桿+支撐繩+縫合繩，孔口凹坑+張拉坡面加固，抑制崩塌和風(fēng)化剝落、溜坍的發(fā)生，限制局部或少量落石運(yùn)動(dòng)范圍GPS2鋼絲繩網(wǎng)+鐵絲格柵同GAR2同GAR2，有小塊危石或土質(zhì)邊坡時(shí)選用該系統(tǒng)在作用原理上類似于噴錨支護(hù)和土釘墻等面層護(hù)坡體系，但因其柔性特征能使系統(tǒng)將局部集中荷載向四周均勻傳遞以充分發(fā)揮整個(gè)系統(tǒng)的防護(hù)能力，即局部受載，整體作用，從而使系統(tǒng)能承受較大的荷載并降低單根錨桿的錨固力要求。此外，由于系統(tǒng)的開放性，地下水可以自由排泄，避免了由于地下水壓力的升高而引起的邊坡失穩(wěn)問題；該系統(tǒng)除對(duì)穩(wěn)定邊坡有一定貢獻(xiàn)外，同時(shí)還能抑制邊坡遭受進(jìn)一步的風(fēng)化剝蝕，且對(duì)坡面形態(tài)特征無特殊要求，不破壞和改變坡面原有地貌形態(tài)和植被生長條件，其開放特征給隨后或今后有條件并需要時(shí)實(shí)施人工坡面綠化保留了必要的條件，綠色植物能夠在其開放的空間上自由生長，植物根系的固土作用與坡面防護(hù)系圖1 SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)示意圖統(tǒng)結(jié)為一體，從而抑制坡面破壞和水土流失，反過來又保護(hù)了地貌和坡面植被，實(shí)現(xiàn)最佳的邊坡防護(hù)和環(huán)境保護(hù)目的。5.1.1 主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的適用范圍表2 主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的適用范圍型 號(hào)適用范圍GAR2無小塊崩落體或小塊崩落體并不存在危害的巖石邊坡、植被發(fā)育較好（或可快速實(shí)施人工綠化）的土石體邊坡加固。GPS2與GAR2基本相同，但并無其條件限制。5.1.2 主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)（1）柔性與整體性。整個(gè)系統(tǒng)的各構(gòu)成部分的連接方式，都盡可能地強(qiáng)調(diào)了其柔性特征，由此而來的好得是各構(gòu)件之間能夠充分地協(xié)同承擔(dān)外來荷載作用，其明顯特征是“局部受力，整理承載”，避免了傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)局部集中受力可能引起的破壞。（2）輕型結(jié)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)都采用了高強(qiáng)度的鋼結(jié)構(gòu)，其比普通圬工建筑材料高得多的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，使得該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的輕型化。（3）開放性系統(tǒng)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的開放性系統(tǒng)，視覺干擾小，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性強(qiáng)，能保持坡面原生植被的生長發(fā)育或可進(jìn)行人工綠化，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害防治與環(huán)境保護(hù)和工程美學(xué)的完美融合，不改變邊坡地下水的原始排泄通道，有利于其自然排泄。（4）適應(yīng)復(fù)雜地形。系統(tǒng)的柔性和積木式結(jié)構(gòu)特征，決定了它能夠極好地適應(yīng)各種復(fù)雜的地形地貌，一般不需要針對(duì)其施工安裝進(jìn)行大量的開挖和清坡，減少了輔助工程量干擾極小，最大程度上保護(hù)了原始地貌和植被環(huán)境。（5）施工快速簡便。充分考慮了山區(qū)作業(yè)環(huán)境的惡劣性，以簡單的輕型化機(jī)具、少量的人工、少量的土石方基礎(chǔ)工程和較低的勞動(dòng)強(qiáng)度等實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的積木式快速安裝。（6）結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化。結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)件的生產(chǎn)都實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，從而使設(shè)計(jì)工作主要簡化為依據(jù)現(xiàn)場條件的選型，并便于質(zhì)量控制。5.2 被動(dòng)防護(hù)原理該系統(tǒng)是一種能攔截和堆存落石的柔性攔石網(wǎng)，圖2、圖3、圖4為此前國內(nèi)應(yīng)用最多的RX-100型（鋼絲繩網(wǎng)）SNS被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其主要技術(shù)基礎(chǔ)背景和功能特點(diǎn)如下：（1）與傳統(tǒng)攔截結(jié)構(gòu)的主要差別在于系統(tǒng)的柔性和強(qiáng)度足以吸收和分散傳遞預(yù)計(jì)的落石沖擊動(dòng)能，即從觀念上一改傳統(tǒng)的剛性或低強(qiáng)度低柔性結(jié)構(gòu)為高強(qiáng)度柔性結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)防護(hù)功能的有效性。（2）在施工上不僅易于安裝，同時(shí)還考慮了在象懸崖這樣的惡劣地形條件下能實(shí)現(xiàn)這種安裝，即用最少量的錨桿和最少量的開挖來實(shí)現(xiàn)最快速簡便的施工安裝。（3）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)形式簡單化，并以兩根鋼柱之間的一跨為單元連續(xù)布置，使其對(duì)各種復(fù)雜地形具有極強(qiáng)的適應(yīng)性。整個(gè)系統(tǒng)由鋼絲繩網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)（需攔截小塊落石時(shí)附加一層鐵絲格柵）、固定系統(tǒng)（錨桿、拉錨繩、基座和支撐繩）、減壓環(huán)和鋼柱四個(gè)主要部分構(gòu)成，系統(tǒng)的柔性主要圖2 RX-100型（鋼絲繩網(wǎng)）SNS被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)立面示意圖圖3 環(huán)形網(wǎng)縫和連接示意圖及系統(tǒng)平面示意圖圖4 系統(tǒng)橫斷面示意圖來自于柔性網(wǎng)、支撐繩和減壓環(huán)等結(jié)構(gòu)，且鋼柱與基座間亦采用可動(dòng)鉸聯(lián)結(jié)以確保整個(gè)系統(tǒng)的柔性匹配。表3 被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)分類類 別型 號(hào)主要構(gòu)成特征防護(hù)能級(jí)/kjRX及RXIRXI-075鋼柱+支撐繩+拉錨系統(tǒng)+環(huán)型網(wǎng)+縫合繩+減壓環(huán)750RXI-100與RXI-075相同1000當(dāng)落石沖擊攔石網(wǎng)時(shí)，其沖擊力通過網(wǎng)的柔性得以首先消散并將剩余荷截從沖擊點(diǎn)向系統(tǒng)周邊逐級(jí)加載，最終傳到錨固基礎(chǔ)和穩(wěn)定地層，且由錨桿及其基礎(chǔ)承受的該最終剩余荷載已達(dá)到很小的程度。5.2.1 被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的適用范圍表4 被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的適用范圍型 號(hào)適用范圍RXI-075攔截可能帶來危害的運(yùn)動(dòng)物體，但防護(hù)能力是有限的（一般最大為7m），它只能攔截在一定空間范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)落石，對(duì)范圍外的完全不能攔截，也只有通過改變?cè)O(shè)置才能使攔截方式成為可能的選擇。RXI-100與RXI-075基本相同。5.2.2 防護(hù)能級(jí)121110 9 8 7 6 5 4 3能量吸收能力柱間距(m)兩鋼柱中軸線間沿坡面走向的距離,它影響著系統(tǒng)的柔性和能量吸收能力,柱間距越大,系統(tǒng)的柔性和能量吸收能力越大,但必須有足夠的空間容許系統(tǒng)較大的變形位移。網(wǎng)的能量減壓環(huán)未啟動(dòng)前柔性網(wǎng)及其支撐繩、縫合繩等柔性構(gòu)件的彈性能吸收能力，該范圍內(nèi)系統(tǒng)無任何損傷或破壞，無需任何維護(hù)。系統(tǒng)能量減壓環(huán)部分啟動(dòng)時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的能量吸收能力,系統(tǒng)無嚴(yán)重?fù)p傷或破壞，維護(hù)工作僅限于更換減壓環(huán)。最大能量整個(gè)系統(tǒng)的最大能量吸收能力,系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷或破壞，但能確保能級(jí)范圍內(nèi)落石的安全攔截，維護(hù)工作是不可避免的。圖5 SNS被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)防護(hù)能量構(gòu)成示意圖6 柔性防護(hù)系統(tǒng)防腐措施在防腐措施中，防腐涂料、鍍鋅、噴呂、樹脂土層、鋅鋁合金鍍層等工藝都是可供柔性防護(hù)系統(tǒng)構(gòu)件所采用的，但在具體選用時(shí)，一般均需考慮經(jīng)濟(jì)性和工藝的簡單性原則。為此，目前常用的鍍鋅工藝成為了柔性防護(hù)系統(tǒng)構(gòu)件防腐的首選措施。7 系統(tǒng)的防腐工作壽命除GPS2和GPS1系統(tǒng)中的普通鋼絲格柵外，鋼絲繩網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)件均按一般野外環(huán)境下30年的防腐工作壽命設(shè)計(jì)，而TECCO格柵系統(tǒng)的構(gòu)件均按一般野外環(huán)境下50年的防腐工作壽命設(shè)計(jì)。普通鋼絲格柵采用熱鍍鋅防腐處理，但因其單絲編織方式，其防腐工作壽命一般不超過10年。8 柔性防護(hù)技術(shù)在錦屏的應(yīng)用實(shí)踐8.1 柔性主動(dòng)防護(hù)應(yīng)用實(shí)踐在錦屏泄洪霧化區(qū)危巖邊坡頻頻發(fā)生滾石事件，對(duì)霧化區(qū)邊坡下部作業(yè)及水墊塘、二道壩施工造成了嚴(yán)重的安全隱患，極大增加了下部施工的安全風(fēng)險(xiǎn)。在隱患排查中發(fā)現(xiàn)了前期未發(fā)現(xiàn)的松散巖體及卸荷松弛巖體，分布面較廣，面積約4.5萬m2, 由于這些區(qū)域無法實(shí)施表層封閉，危石治理非常困難，而局部巖體呈倒懸狀，裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性差，由于該邊坡屬于自然斜坡，自然坡度為6075，上下高差224m，基巖裸露，潛在危石隨處可見，在常見的防護(hù)措施中幾乎無能為力。為此，常用的清除和攔截方案都不得不放棄，而最終采用柔性主動(dòng)防護(hù)加固措施，該措施的最大優(yōu)勢(shì)在于可以不直接在危石上進(jìn)行鉆孔作業(yè)，而將錨桿設(shè)置在周邊的穩(wěn)定基巖上，利用柔性網(wǎng)的連接鋪掛和張緊來實(shí)現(xiàn)“包裹”式加固，從而避免了施工風(fēng)險(xiǎn)。該工程柔性防護(hù)工程量雖然很大，但投資極低，但它的成功應(yīng)用充分體現(xiàn)了柔性防護(hù)技術(shù)在處理復(fù)雜