郑会春 罗 毅 翟才旺
（水工设计处）

(摘要)1号沟的回填加固处理在后河水库工程处理措施中起着举足轻重的作用，本文重点论述了1号沟混凝土回填稳定分析、1号沟的锚索设计、防渗排水等一系列处理措施，并对1号沟回填在后河水库大坝整体稳定分析中所起的作用进行了分析。

(关键词)1号沟 回填混凝土 锚索 张拉锚杆 排水

1 概况

    1号沟位于后河水库大坝右坝肩，其所处区域的地质条件极为复杂。右岸山体三面临空，山体单薄，在670m高程处1号沟上游山体厚32m，坝顶693m高程部位山体厚仅为17m 。坝肩上游有F7大断层、L4裂隙，下游1号沟内由于f11断层影响冲沟发育较深，成为右岸山体滑移的下游临空面，1号沟上游面顺河向的陡倾角大裂隙有L5、L103、L111、L88、L3－2、L18等，4＃间歇面与上述断层裂隙的组合，构成了右岸非常不利的滑动体。右坝肩开挖后，1号沟上游的岩体更加单薄，对坝肩的稳定和变形非常不利，为了保证大坝的稳定安全，经认真研究分析和计算，决定对1号沟采取回填加固处理。

2 1号沟的清坡处理

    1号沟走向345～360°，最大坡高约80m，边坡坡度约1:0.85。为了尽量不减少山体厚度，不增加回填混凝土工程量，1号沟的清坡以人工撬挖为主，不允许爆破，尽量保留原有坝肩岩体，但1号沟底部残留的原施工弃渣全部予以清除。

3  回填混凝土的稳定计算

    结合1号沟回填混凝土的体型设计对混凝土回填进行了稳定计算。采用传统的刚体极限平衡法和水科院开发的基于塑性力学上限定理的边坡稳定分析方法(简称EMU法)进行分析计算。计算考虑了沿原地形线和沿开挖线滑动两种模式，计算结果见表1。

表1 稳定分析成果表

       计算结果表明：两种滑动模式下1#沟回填混凝土均满足稳定要求。

4 加固处理措施：

    1号沟回填混凝土的作用主要是对大坝右坝肩山体单薄，风化严重的问题进行加固处理，目的在于加大右坝肩山体的厚度，增加原有山体的强度，使重力拱坝坝体的一部分推力有效的传到较厚山体中。所采取的措施有：混凝土回填、预应力锚索、张拉锚杆、固结灌浆、排水等措施。

4．1 回填混凝土设计

    1号沟回填混凝土的作用，除了传力外，还有防止强风化岩体进一步风化作用，对于拱推力范围以外的岩体，回填混凝土主要起到包山的作用，由于1号沟内山体体型不规则，设计混凝土体型时，既要考虑混凝土的整体性，还要考虑预应力锚索使混凝土与完整岩体联成整体需要一定的厚度，还要考虑一号沟的交通要求与施工方便和美观的要求，综合以上要素，回填从623m高程基础开始回填，回填顶部与坝顶交通平台相接。左侧与坝体相接，右侧与1号沟下游侧岩体相接。1号沟包山部分混凝土最小厚度为1.5m，考虑交通与施工要求，每5米高程设一层马道，1号沟下游侧沿回填混凝土设有钢楼梯直通坝顶。混凝土标号采用C150、3级配混凝土，设两条宽缝，后期用微膨胀混凝土回填。混凝土表面设有一层Φ16温度筋限制开裂。1号沟回填混凝土平面图见图1

4．2 锚索设计

    由于1号沟内受f11、f1及多条大裂隙切割的影响，岩体风化严重，且深入岩体较深，若将风化岩体全部挖除，开挖工程量较大，相应回填混凝土的工程量也较大。一般锚杆很难使回填混凝土与深部完好岩体联成整体，因此采取了预应力锚索加张拉锚杆的形式使回填混凝土、风化岩体、深部完整岩体联成一体。
    (1)锚索的布置：锚索在布置上要力求均匀布置，使混凝土与风化岩体受力均匀，尽量避免出现应力集中现象。由于在650m高程山体内布置有缓倾角混凝土硐塞，在锚索设计时，锚索造孔要绝对避开混凝土硐塞，以免对硐塞产生破坏。在深度上要保证能够深入到完整岩体内一定的锚固长度。根据地形的不同，设计了两种锚索规格，即1000KN和1500KN，锚索的长度从21米到35米不等。
    (2)锚索体的设计：锚索用钢绞线采用高强度低松弛钢绞线，材质应符合GB/T5224-1995 7丝钢绞线标准，公称强度1860Mpa，公称直径15.2mm，最大负荷259KN，0.2%屈服荷载220KN。1000KN锚索由7股7Φ5高强钢丝组成，每索设计吨位1000KN，锁定吨位1100KN。1500KN锚索10股7Φ5高强钢丝组成，每索设计吨位1500KN，锁定吨位1650KN。锚索采用全长粘结式，锚具采用OVM型，1000KN采用OVM15-9，1500KN采用OVM15-12。张拉千斤顶采用YCW250型。
    (3)造孔：1000KN锚索钻孔直径为140mm，1500KN锚索钻孔直径为155mm。孔径不准小于设计值，要求钻孔深度比锚索设计长度深0.40m。由于地质或施工等原因，需要调整孔位时，应会同设计人员拟定新孔位，锚孔定位的高程、方位和倾角必须符合设计要求。开孔时必须经严格校验。全孔孔斜误差不得大于0.8%，要求用测斜仪量测。在钻孔过程中，如发现有踏孔现象或因节理裂隙发育岩石破碎时，则需要进行孔壁固结灌浆。灌浆前，用0.5～0.8Mpa的高压风对钻孔进行清孔，清孔完毕后方可灌浆。灌浆分段进行，段长不得大于8m，灌浆压力控制在0.3～0.5Mpa之间，灌浆停止后24小时即可进行扫孔，在逐渐提高灌浆压力的过程中，注意观测钻孔周边混凝土有无抬动情况，确保岩体稳定和安全。
    (4)锚索张拉：内锚固段灌浆强度达85%以上，锚墩混凝土强度达到30Mpa后方可进行张拉，锚索张拉力分级施加，每级张拉荷载如下：1000KN锚索(初始荷载200KN---400KN---800KN---1100KN锁定)，1500KN锚索(初始荷载300KN---600KN---1200KN---1650KN锁定)，每级加载后持荷5min，最后一级持荷20min锁定。
    (5)张拉段灌浆：补偿张拉锁定后，即可进行张拉段灌浆。灌浆采用水泥浆，标号525#早强硅酸盐水泥，水泥浆的抗压强度不低于C35。浆液水灰比为0.38：0.45，灌浆压力为0.2Mpa～0.5Mpa。
    (6)封孔：外锚头锁定后，截去多余部分钢绞线，外包水泥砂浆封护绞线头。

4．3 固结灌浆

    为了提高风化岩体的强度指标和完整性，对1号沟表面的风化岩体进行了固结灌浆处理，固结灌浆孔深入岩体内8m，间距3m，对几条大裂隙的固结灌浆深度加大到15m，固结灌浆与混凝土上升同步进行，每上升3m打一排固结灌浆孔。

4．4 张拉锚杆设计

    为了保证基岩与回填混凝土连接紧密，混凝土与基岩受力均匀，更好的发挥锚索的作用，在砼与基岩之间设置了Φ32、间距2.0m、长度12m的张拉锚杆以提高回填混凝土和岩体连接的整体性。

4．5 防渗与排水

    为了切断1号沟f11断层的渗漏通道，上游防渗帷幕深过了1号沟7～8m，在4#间歇面硐塞设计时，将最上游的1#硐塞向山体内申过了1号沟，与其上的防渗帷幕连成封闭系统，底部深入到4#间歇面以下3m，并在1号沟帷幕线的上下游各加设了一排帷幕灌浆孔，以加强此处的防渗效果。
    由于1号沟的回填，切断了原1号沟岩体的自排通道，因此，在回填混凝土内设置了深入岩体10～15m的排水孔，以保证山体内的渗水向外排出。

5 1号沟的回填效果分析

    为了分析1号沟回填混凝土及贴坡的作用，在黄河勘测规划设计研究院有限公司委托清华大学进行的三维有限元计算中，将回填混凝土与岩体进行了两种工况的对比计算，即回填和不回填。
    计算结果表明，回填混凝土使下游坡面的σ₁和σ₃明显加大，在下游坡面附近，回填混凝土使σ_n明显提高，通过对坝建基面上σ_z的比较，回填混凝土使坝址处的σ_z加大，使建基面的σ_z的分布均匀化；通过两工况边缘位移σ_x的比较，回填混凝土使650m高程以上的坡面位移及上游坝面位移明显减少，愈是向上，位移减少愈多，而以坝顶位移的减少为最多。因此1号沟回填混凝土及贴坡混凝土能够改善坝体建基面垂直应力σz的分布。使下游面的受力明显加大，即提高下游面的σ₁、σ₃及σ_n，能明显减少坝体的变形，坝顶位移的减少最为明显。这种效果的取得是由于原风化岩层厚度较大，弹性模量较低造成的，只要能够保证混凝土和保留岩体的紧密连接，本项加固措施就是有效的。由于计算中未对锚索和锚杆进行模拟，但计算条件是在岩体与回填混凝土连接紧密的条件下，因此，设计采取的预应力锚索和张拉锚杆措施是必需的，如果计算将锚索和锚杆模拟到计算中去，其效果会更好，结果还表明混凝土的贴坡除了使σ_N有所加大外，对提高坝肩岩体的安全系数K也是很显著的。

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