长河坝电站右岸高边坡开挖线外安全防护设计与施工

樊 鹏，王 宁

（中国水利水电第五工程局，四川 成都 610066）

1 工程概况

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，为大渡河开发的第10级电站，枢纽工程建筑物主要由砾石土心墙坝、泄洪系统、引水发电系统组成，总装机2600MW，主要建筑物为一等大（1）工程。

右岸坝肩边坡工程为高边坡施工，边坡开挖设计开口线高程为EL.1735m，边坡最大开挖高度250m。其中 EL.1485～1520m 开挖坡比 1∶0.9，EL.1520～1697m 开挖坡比 1∶0.7，坝顶 EL.1697m以上永久开挖边坡1∶0.5，在EL.1727m高程设一条马道，马道宽3.0m。右岸坝肩边坡支护包括锚杆、锚筋、锚筋束、预应力锚索施工、喷混凝土喷护，以及排水孔施工。根据招标图纸，预应力锚索主要布置在坝顶（高程EL.1697m）以上边坡上，锚筋分布在中部混凝土板基础面上，其它部位为锚杆。坝顶以上混凝土喷护厚度为15cm，以下为8cm，岩体较破碎的排水孔内放入塑料盲沟。

右岸边坡设计开挖线1735m以上至2085m范围内边坡存在大量坡积体，随时可能发生局部塌滑及掉块现象，为了确保施工期及电站运行期的安全，本工程采用了主、被动网对开挖范围之外的高边坡进行联合防护。

2 防护的必要性

右岸边坡山体高达600～700m，坡度由下至上在60°～90°范围内变化，坡面地形呈凸出山脊，三面临空，地貌结构十分复杂，凸凹不平，局部区域出现了弹跳平台或坡度拐点。岩石裸露，几乎无植被，多处出现浅表层卸荷拉裂岩体。大自然的作用使山体不断滋生许多潜在危石，山体的中上部位表层显得十分破碎，时有掉块发生。

通过进场后对现场地形察勘，右岸边坡设计开挖线1735m以上至2085m高程范围内，均不同程度存在坡积体，在下部开挖爆破施工过程中，随后可能因爆破振动发生塌滑，为了确保电站施工期及运行期安全，右岸边坡设计开挖范围之外的边坡需进行必要的安全防护。

3 右岸边坡防护设计

根据现场实地勘察，右岸边坡设计开挖范围之外尚存在不稳定边坡面积达30000m2，表层坡积体处于临界稳定状态，因此边坡防护方案以尽量减少边坡扰动，采取以防为主，局部危石清撬为辅的原则。经综合考虑后，最终确定边坡不稳定坡面采用主动网进行覆盖，并在下方设置一道被动网。

3.1 主动柔性防护安全系统设计

针对不同的边坡病害区，根据力学原理，以及“局部受力、整体承载”的理念，得出主动柔性防护系统的具体方案。

取危石质量 m=1000kg，密度 ρ=2.7g/cm3，体积V=0.6m×0.6m×1.02m。

危石受到阻止下滑的静摩擦力为：

式中 F阻为危石受到的最大下滑阻力，包括山体对危石的阻力和钢绳网对危石的阻力；m为危石的质量，θ为坡度；μ1为危石与山体的静摩擦系数；μ2为柔性钢绳网与危石的摩擦系数；P为柔性纲绳网对危石的法向压力。

将 μ1=1，μ2=1，P=4kN，S=1m2，θ=60°代入上式得：

F阻=13kN；

F下=mgsinθ=8.66kN（F下为危石的下滑分力）。

根据以上计算及工程实际情况，选定型号为“FSS-JG-250-G”加强型主动柔性防护系统。加强型FSS-JG-250-G与普通型FSS-JG-300-G相比，钢绳网更密，强度更好，锚杆数量增加，整体抗拔力增大，这是基于山体病害严重（山体高、陡峭，而且十分破碎）来确定的。因此，采用FSS-JG-250-G最为可靠。

该处山体岩层破碎，堆积层厚达2～3m，清方只能清除表面部分危石，由于山势十分险峻，采用潜空钻和大功率空压机来满足钻孔深度是难以实现的，只能采用手风钻钻孔，但钻孔深度都难以保证。为此针对本工程实际情况，专门组织技术工程人员现场研究认为：在堆积层采用长2m锚杆的“整体”基础较为可行。通过混凝土渗注，使基础与周边粘接成整体以达到锚杆抗拔力设计要求。

防护系统的上沿锚杆采用深度为3m的双排式锚杆。

3.2 被动柔性防护安全系统设计

（1）被动系统能级的确定

选择多大的能级系统主要根据边坡高度、危石大小、地形地貌和“子弹效应”的影响等综合因素来测算的，同时应适当增大“保险系数”。

首要考虑的是来自边坡高处危石带来的威胁，1792m高程处的被动防护系统至上部主动防护系统落差约100m。取上部高处质量为 540kg的危石作为研究对象，危石体积V=0.2×1×1=0.2m3，危石密度 ρ=2700kg/m3，危石落差取 h=100m，坡面对危石的动摩擦系数μ=0.7；山体坡度α=60°，具体状况见图 1。

计算公式：E势=mgh

图1 危石平动动能计算简图

E=ET+EA(ET=MV2/2，EA=1/2Iω2)

ET=E/1.2（经验公式）

计算结果：ET=342.9kJ

根据计算结果,危石的平动动能为342.9kJ，选择能级500kJ的FSS-PD-500型被动柔性安全防护系统。

（2）被动系统高度和安装位置的确定

为了实现有效拦截，确定系统的高度是非常重要的，系统的高度与能级无关，但与危石弹跳的速度和弹跳的角度有关。

弹跳高度 H=V2sin2θ/2g （θ为坡度 45°～60°）

V≤(2gh)1/2（h为危石落差）

由此可见，为了避免危石在弹跳时翻越拦截系统，系统应安装在地形平坦区靠山上方的斜坡部位，原则上选择在落石动量小、弹跳高度低的位置，安置在危石抛物线轨迹起始部位。结合工程实践经验，被动防护系统高度确定为5m。

4 方案实施

右岸边坡开挖线之外主要的防护范围分布在1792～2085m高程，垂直高差达600m之多，且防护面积大，范围广，安全防护网施工存在很大难度。

4.1 施工难点

（1）柔性防护网施工区域地势高、山体陡、道路难。从S211省道至防护区垂直高差约550m。由于该段山体极陡，施工道路很难修建，目前项目部已经修建的部分临时施工道路为机械路，车辆无法行走。高程EL.1700m往上再无法修筑机械路，只能修筑人行道至各施工现场，根据本方案的工程量计算，防护网所需材料总重约300t（防护网约40多t，水泥沙石约250多t），大部分材料需人工搬运至各施工场地。为了保证施工期材料的供应，在施工期专门成立物资保障队伍，专门进行施工及生产物资的转运工作，大大增加了施工费用。

（2）由于施工道路多数为人行道。施工人员生活保障难度极大，施工人员居住在S211省道附近，则无法保证施工时的时间利用率，如果居住在EL.1992m高程，生活问题很突出，为了解决生活问题，必须利用大量人力往上背运生活物资及生活用水。

（3）施工安装期间对周边安全的影响。因修建施工便道及危石清撬、柔性防护安装对周边安全都将产生影响，因此处于防护工程正下方的中铁十九局施工营地及临建设施是否需要搬迁；上游的中水十四局及中水七局的临时设施是否需要搬迁；在施工区EL.1850m左右有一条通讯光缆是否需要改线；施工区下方项目部水电等临建设施是否需拆除；施工期间S211省道是否需要实行交通管制等都待考虑。

4.2 主动防护系统施工方法及技术要求

纵横交错的φ16纵向支撑绳和φ16横向支撑绳构成4.5m的正方形模式与2～3m长的锚杆相联结，每个4.5m×4.5m网格内铺设一张4.0m×4.0m的DO/08/250型钢绳网，每张钢绳网与四周支撑绳间用缝合绳缝合联结并进行预张拉，该预张拉工艺能使系统对坡面施以一定的方向预紧压力，从而提高表层岩土体的稳定性，阻止崩塌落石的发生，同时，在钢绳网下铺设小网孔的SO/2.2/50型格栅网，以阻止小尺寸岩块的塌落；

4.3 被动防护系统施工方法及技术要求

按设计并结合现场地形对钢柱和锚杆基础进行测量定位，现场放线长度应比设计系统长度增加约3%～8%,对地形起伏较大。系统布置难沿同一等高线呈直线布置时取上限（8%）；对地形较平整规则，系统布置能基本上在同一高线沿直线布置时取下线（3%）。在此基础上,柱间距可以为设计间距20%的缩短或加宽调整范围。对覆盖层不厚的地方，当开挖至基岩而尚未达到设计深度时，则在基坑内的锚孔位置处钻凿锚杆孔，待锚杆插入基岩并注浆后才灌注上部基础混凝土。

5 结语

长河坝电站右岸边坡开挖线范围之外的安全防护网施工项目在2008年2月3日开始施工，截至5月10日全部完成。“5·12”地震，主被动联合防护效果明显，震后，仅几处有20～30cm崩落并被被动网拦住，而其他未防护边坡出现大量的滚石，阻断了道路，防护网成功使用并达到了预期效果。本项目共施工主动网防护施工面积达17000m2，被动网防护面积为1050m2，防护范围大、施工难度高，在类似工程施工中具有一定的推广及借鉴意义。