南欧江六级电站厂房后边坡施工期监测成果分析
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[摘 要]南欧江六级电站厂房后边坡地质条件复杂，施工期间，多次发生险情，并发生一次导流洞出口塌方，通过安全监测，对边坡变形动态及时监测和预报，避免或减少工程损失，保证了工程施工顺利，根据监测成果分析，为了解厂房后边坡的稳定性，进行安全评价及边坡支护方案的调整提供了重要依据和有力支持。
[关键词]厂房后边坡 施工期 安全监测 成果分析
中图分类号：TU621 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0283-03
1.工程概况
南欧江六级电站位于老挝丰沙里省境内，是南欧江流域由下游自上游开发的第六个梯级电站。工程等别为二等大（2）型工程，电站由复合土工膜堆石坝、溢洪道、放空洞、导流洞及引水发电系统组成。电站以发电为主，总装机容量180MW，死水位490m，正常蓄水位510m，相应库容4.09×108m3，调节库容2.46×108m3，具有季调节性能。
发电厂房为岸边式地面厂房，位于左岸，厂房后边坡岩性由板岩夹变质粉～细砂岩组成，为斜顺向坡，开挖边坡坡度陡于岩性倾角，存在顺层滑动破坏的可能，边坡稳定条件差，而边坡稳定对厂房施工期和运行期的安全至关重要。
厂房后边坡紧靠导流洞出口边坡，导流洞出口边坡在施工过程中，于2013年5月发生塌方，引起导流洞出口和厂房后边坡产生了较大的变形开裂现象，在此之后，根据监测情况，导流洞出口和厂房后边坡为不稳定边坡，必须采取工程处理措施，才能确保边坡安全。根据边坡监测数据和计算结果，采取了削坡减载、预应力锚索、锚拉梁等工程处理措施，与此同时，开展了对边坡稳定性的监测工作。
2. 监测设计
该项工程监测点布置的基本原则是：综合考虑工程岩体受力情况和地质结构特征，并重点布置在最有可能发生滑移，对工程施工及运行安全影响最大的部位。由于厂房后边坡的监测工作是在发生塌方之后进行的，为了监测在清坡、削坡和加固处理过程中边坡的稳定性，监测仪器的埋设是随着边坡开挖支护工程的进展情况而实施。目前边坡已支护完成，整个厂房后边坡监测工作可划分为三个部分，即EL.511m以上边坡、厂房后边坡和导流洞出口边坡。根据工程地形、地质、加固处理措施及监测情况等条件，边坡监测重点以变形、支护效应为主。
1）表面变形监测：在边坡开口线、各级马道上布置了表面变形监测点，采用极坐标法监测边坡表面的水平位移和垂直位移，共布置变形观测墩18个。
2）深部变形监测：深部变形主要采用测斜孔，在525m高程马道布置了3个测斜孔，490m高程马道布置了2个测斜孔。
3）支护效应监测：根据边坡的支护措施，主要对锚索的加固效果进行监测，共布置了13台锚索测力计。
通过上述监测设施对厂房后边坡浅部、深部变形以及支护措施实施后的边坡稳定情况进行持续监测，及时了解厂房后边坡变形的时间、空间分布规律，为边坡的稳定性评价及动态调整支护措施提供了参考依据。
3. 监测成果分析
3.1 EL.511m以上边坡
（1） 表面变形监测
511m高程以上边坡自加固处理以来，边坡变形速率随着加固荷载增加而降低，但位移趋势不变，降雨影响较明显；分析如下：
该边坡自2013年5月开始出现变形，2013年6～8月雨季中，各测点变形有所加速，水平位移平均速率为3.9mm/d，垂直位移平均速率为3.1mm/d，2013年9月初515m、520m高程两排锚拉梁施工后，变形速率有所减缓，2013年9～11月份水平位移平均速率为1.2mm/d，垂直位移平均速率为0.8mm/d，2013年12月13日～16日连续强降雨后，变形速率又进一步增大，水平位移速率增至1.4mm/d，垂直位移速率增至1.2mm/d，2013年12月底526m高程锚拉梁张拉后，该区域边坡变形速率又有所降低，2014年1～3月份水平位移平均速率为0.6mm/d，垂直位移平均速率为0.1mm/d，进入4月份受厂房基坑开挖的影响，边坡变形速率又有所回升，水平位移平均速率为1.5mm/d，垂直位移平均速率为1.3mm/d。该区域边坡水平变形速率接近垂直变形速率，各测点的水平合位移明显大于或接近垂直位移，水平合位移方向大致相同，说明510m高程以上边坡属整体移动，且没有收敛的趋势，如图1所示。
（2） 深部变形监测
利用测斜孔监测边坡内部变形情况，它能及时发现滑动面的出现、确定滑动面的位置和监视滑动面的发展及稳定性等。通过位移深度关系曲线，清晰地反映了测孔岩体内部沿钻孔深度的水平位移，由于边坡处于变形状态，525m高程三个测斜孔均在埋设后几天就出现明显滑动带。
525高程马道CBP-IN-01（R）测斜孔在2013年7月21日开始观测，由相对位移-深度曲线知，CBP-IN-01（R）测斜孔在地表以下7～34m（491～518m高程）存在位移波动；孔口位移变化情况为：2013年9月初515m、520m高程锚拉梁张拉前，孔口顺坡向位移速率较快，为3.27mm/d，张拉后2013年9～11月份位移平均速率为1.12mm/d，12月份为1.75mm/d，2013年年底526m高程锚拉梁施工后，2014年1～3月份位移平均速率为0.36mm/d，进入4月份随着厂房基坑开挖，边坡内部变形速率又有所回升，位移平均速率为1.64mm/d。由累计位移-深度曲线看，孔口至孔深8m范围内各测点位移接近一致（表现为铅直线段），表明该段岩体沿滑动面整体移动。近期测孔顺坡向位移变化速率有所增大，从相对位移-深度曲线看，主要是孔深31.5～33m处位移增大引起。
CBP-IN-02（R）测斜孔在2013年7月20日开始观测，在锚拉梁张拉前，孔口向河床位移平均速率为2.96mm/d，2013年9月张拉后位移速率为0.52mm/d；由相对位移-深度曲线知，CBP-IN-02（R）测斜孔在地表以下11～28m（497～514m高程）存在位移波动；孔深14.5m处位移变化较大，比孔口累计位移量大，与该处的地质条件有关，依据孔内摄像和施工情况，当时钻孔至15m时就出现地下水，13～15m孔壁较破碎，有掉块、空洞现象，说明该处存在软弱构造带。由于该孔变形大，测斜仪探头无法正常下放到孔底，至2013年10月份停止观测。2014年4月在原测孔旁重新钻孔安装一套测斜管，于4月18日起测，由相对位移-深度曲线知，新孔主要位移变化区域在18～38m，位移错动最大部位在孔深26.5m处，目前该孔有顺坡向位移的趋势，孔口顺坡向位移为8.49mm。
CBP-IN-03（R）测斜孔在2013年11月19日开始观测，由相对位移-深度曲线知，CBP-IN-03（R）测斜孔在地表以下7.5～34m（491～517.5m高程）存在位移波动，其中孔深7.5～10m和23～30m为主要位移变化区域，孔深24、29m相对位移分别为6.83/10.05/16.87mm、5.56/7.85/12.50mm（比较时间为：2013.12.25/2014.2.26/2014.4.25），可见位移仍有增大趋势；该孔取芯情况为：0～11.7m为粘土，11.7m见岩石，11.7～35m岩芯破碎，取芯率较低，其中在16.8～21m、21～23m和31～33m岩芯中夹有细砂，26～28m岩芯中存在夹泥层，35～44m岩芯相对完整；实测数据和岩芯对比看，测孔位移主要是岩芯中夹的细砂引起。孔口位移变化情况为：2013年11～12月份位移平均速率为1.37mm/d，2013年年底526m高程锚拉梁施工后，2014年1～3月份位移平均速率为0.37mm/d，进入4月份受厂房基坑开挖的影响，边坡内部变形速率又有所回升，位移平均速率为1.09mm/d。由累计位移-深度曲线看，该测孔仍有顺坡向位移的趋势，从相对位移时间过程线看，目前该孔位移增大主要是孔深23～30m处错动较大引起。
（3） 预应力锚索监测
515m、520m高程两排锚拉梁共设计了42根预应力锚索，设计荷载为1000kN，于2013年9月1日张拉完毕，其中520高程设置了两根监测锚索，CBP-PR-01（R）测点锁定荷载为946.7kN，锁定后荷载一直处于增长的状态，荷载最大达1217.5kN，2013年10月18日锚索荷载突然减小，目前为287.7kN；CBP-PR-02（R）测点锁定荷载为932.9kN，锁定后荷载先缓慢衰减后处于增长状态，荷载最大达1088.3kN，2013年10月16日锚索荷载大幅降低，目前为32.8kN，已处于自由状态。
目前520m高程两台监测锚索基本无锚固效果，荷载快速降低，应是边坡变形影响下，锚索内锚固段松动引起，也表明锚固段岩体相当复杂。从目前情况看，520m高程其余锚索有可能也发生了类似情形，该排锚索对边坡的锚固作用可能已降低。
515m高程监测锚索CBP-PR-03（R）锁定荷载为1024.7kN，目前荷载为869.0kN，预应力损失155.8kN，损失率为15.2%，该锚索锁定后荷载一直处于缓慢衰减的状态。在变形体内的锚索如果锚头锚固在不动或基本不动的岩体上，则因堆积体变形锚索拉长而增加荷载，而该锚索所在部位堆积体产生了变形，锚索荷载在经卸荷后不但不增加，甚至还会减少，造成这种情况可能为：①因钻孔深度不够，锚头没能锚固在不动或基本不动的岩体上，②内锚固段岩体质量差，岩石破碎。
综上分析，判定515、520m 高程锚索对边坡稳定的加固作用基本不大，于2013年12月底在526m高程新增了13锚索，设置了一根监测锚索，该锚索锁定荷载为1141.9kN，目前荷载为1311.8kN，较锁定时增加了169.8kN，荷载变化曲线见图3；该测点自2014年3月下旬起荷载增速较快，为4.4kN/d，目前荷载量已接近锚索过载量，在边坡变形持续下，可能会发生锚索拉断情况。该锚索在锁定后30天内荷载有所衰减（74.2kN），之后缓慢增加，该锚索荷载衰减原因与地质情况和施工有关，由于边坡堆积体属弹塑性材料，存在空隙，监测锚索张拉时使岩土体压缩，但当应力释放时所产生的变形不能够完全恢复，同时张拉周围锚索时，引起受荷区进一步压缩变形，使得先前已张拉监测锚索预应力产生进一步损失，说明该区域岩土体较松散。
3.2 厂房后边坡
（1） 表面变形监测
470m高程CBP-TP-03测点于2013年5月18日建立，该测点从起测至9月下旬水平位移变化速率较快，为1.9mm/d，2013年9月下旬454～470m高程两排锚索张拉后，该测点位移得到了有效抑制，变化速率接近于零，处于稳定状态，2014年2月中旬引水支管开挖，受施工影响，促使该测点位移变化速率又有所回升，其水平位移变化速率为2.1mm/d，垂直位移变化速率为0.8mm/d。470m高程CBP-TP-10（R）、CBP-TP-03（XZ）和490m高程CBP-TP-07（R）测点的变化规律和CBP-TP-03测点一致，目前其水平位移平均变化速率为1.9mm/d，垂直位移平均变化速率为0.9mm/d。这四个测点位于厂房1#、2#引水支管上方，其主位移方向基本一致，表明该区域位移属整体移动。
470m高程马道下游侧、厂房安装间上方的CBP-TP-11（R）测点位移变化量不大，水平合位移为31.6mm，垂直位移为7.6mm。
（2） 深部变形监测
490m高程CBP-IN-04（R）测斜孔在2013年11月21日开始观测，由相对位移-深度曲线知（图2-10），该测斜孔在孔深3.5处有一错动带，最大错位为20.39mm（2014年2月23日），现该错动带基本处于稳定，目前孔深19.5～22.5m（467.5～470.5m高程）存在的位移波动，是主要位移变化区域，孔深20.5、22m相对位移分别为-2.04/-7.63/-9.59mm、2.12/6.71/12.54mm（比较时间为：2013.12.25/2014.2.26/2014.4.25）。孔口位移变化情况为：2013年11～12月份位移平均速率为0.51mm/d，2014年1～3月份位移平均速率为0.09mm/d，进入4月份随着厂房基坑开挖，边坡内部变形速率又有所回升，位移平均速率为0.35mm/d。由累计位移-深度曲线看，该测孔仍有顺坡向位移的趋势，从相对位移时间过程线看，目前该孔位移增大主要是孔深19.5～22.5m处错动增大引起。
（3） 预应力锚索监测
厂房后边坡470m～490m高程张拉了34根锚索，设计荷载为1000kN，其中安装了两台锚索测力计，张拉锁定后荷载缓慢衰减，4个月后达平稳并维持小幅波动状态，预应力损失率最大为5.3%。454m～470m高程边坡张拉了54根锚索，设计荷载为1800kN，安装了四台锚索测力计，锁定后荷载处于缓慢衰减的状态，损失率最大为7.4%。该部位锚索测力计荷载没有因边坡松弛变形而出现荷载增加，应是锚索张拉后运行时间短未受力引起。
3.3 导流洞出口边坡
（1） 表面变形监测
490m高程CBP-TP-08（R）测点位移较显著，目前其水平合位移为70.0mm，垂直位移为16.7mm。490m高程CBP-TP-09（R）和470m高程CBP-TP-12（R）测点位移量较小。
（2） 深部位移监测
490m高程CBP-IN-05（R）测斜孔于2013年11月24日起测，该孔钻孔取芯情况为：0～2.4m为粘土，2.4～11m岩芯破碎，11～13m岩芯完整，13～17m岩芯较破碎，17～20m岩芯较完整。截止12月16日孔口向河床位移为18.03mm，向下游位移为25.00mm，合位移30.82mm，由图4知，该孔在地表以下11.5m深处出现位移突变，并形成一个0.5m厚的错动带，顺坡向最大错动位移为11.27mm（2013年12月16日），由于错动面（孔深11.5m）的相对位移逐渐增大（图5），致使测斜仪探头在错动面处被卡住，已无法正常到达孔底观测。
2014年2月23日在原孔附近重新钻孔安装一套测斜管，由相对位移-深度曲线知，该测斜孔在孔深3.0m、11.5m处存在错动带，且有增大的趋势，孔深3.0、11.5m相对位移分别为0.06/2.28/4.55mm、0.14/2.12/3.15mm（比较时间为：2014.2.26/2014.3.26/2014.4.25）。原测孔和新测孔反映的位移情况基本一致，由累计位移-深度曲线看，新孔仍有顺坡向位移的趋势，从相对位移-深度曲线知，目前该孔位移增大主要是孔深3.0和11.5m处错动带位移增大引起。
3.4 预应力锚索监测
导流洞出口边坡484m高程于2013年11月2日安装一台监测锚索（CBP-PR-04（R）），锁定荷载为1020.7kN，目前荷载为1230.0kN，由图6知，锁定初期荷载呈衰减状态，10天后荷载呈增长趋势，增速较快（为5.2kN/d），期间进行导流洞出洞口开挖，2013年12月底开挖结束后，锚索荷载增长趋缓，为0.6kN/d，虽增速趋缓，但荷载量值较大，已达到设计荷载的1.23倍，已接近极限荷载，安全储备不多。
4 .结论
（1）从监测成果看，EL.511m以上边坡表面变形和深部变形没有呈现收敛的趋势，水平和垂直位移仍处于缓慢增加的趋势，深部变形区域在孔深24～33m（492～501m高程）范围，虽经三排锚拉梁加固，但变形未得到彻底抑制。
（2）515m、520m高程三台监测锚索的预应力变化情况说明锚固段岩体相当复杂；526m高程监测锚索荷载已超过设计荷载1.31倍，且还有增大的趋势，锚索有拉断的可能，表明当前局部锚固力存在一定程度的不足，需研究新的工程处理措施。
（3）受厂房基坑和引水支管开挖影响，厂房后边坡位移变化速率较大，且收敛趋势不明显；深部变形部位高程在19.5～22.5m（467.5～470.5m高程）范围，且有增大的趋势；说明厂房后边坡仍处在变形状态。而厂房后边坡锚索荷载整体呈稳定或卸荷的状态，荷载变化未反映出边坡变形规律，其变化趋势如何有待于进一步监测。
（5）导流洞出口边坡在洞口施工期间，测斜孔和锚索荷载变化较大，洞口衬砌后，变形趋于收敛，但锚索荷载量值较大，已达到设计荷载的1.23倍，接近极限荷载，安全储备不多。
（5）导流洞出口和厂房后边坡整体稳定性较差，考虑到降雨对边坡变形影响较大，建议采取合适的排水措施，降低地下水位。
（6）厂房基坑开挖对边坡稳定影响较大，应加快开挖进度，及时支护基坑边坡，尽早浇筑底板混凝土。
（7）在厂房后边坡重点部位同时进行表面变形、深部变形及锚索监测表明，采用3种监测手段所取得的变形值和变形速率基本一致，说明监测成果是可靠的，监测精度满足安全预报和反馈设计的要求。
参考文献
[1] 二滩水电开发有限责任公司.岩土工程安全监测手册[M].北京：中国水利水电出版社，1999.
作者简介
袁艺，男，1984年6月出生，湖南益阳人，本科，助理工程师，主要从事大坝及工程安全监测工作。