柔性防护网施工技术在锦屏一级水电站超高边坡防护体系中的应用

第1页柔性防护网施工技术在锦屏一级水电站超高边坡防护体系中的应用曾思凯王勇中国水电七局成都水电建设工程有限公司,四川成都摘要：柔性防护网是自然高边坡支护施工中常用的且十分重要的安全防护设施，这项工作的优劣将直接影响工程的安全、经济、进度、效率等。主被动柔性安全防护网目前已广泛地应用在铁路，高速公路及地质灾害边坡防治项目之中，作为水电站自然边坡防护近年来已逐步采用，安装简便易行，安全防护可靠。现以2009年四川锦屏一级水电站大坝左岸雾化区边坡施工为例，浅述一下我们的应用。关键词：自然超高边坡层间安全防护局部危岩防护主、被动网施工1、工程概述与工程地质简述锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县和盐源县交界处的雅砻江大河湾干流河段上，是雅砻江下游从卡拉至河口河段水电规划梯级开发的龙头水库，距河口358km，距西昌市直线距离约75km。本工程采用坝式开发，主要任务是发电。水库正常蓄水位1880m，死水位1800m，正常蓄水位以下库容77.65亿m3，调节库容49.1亿m3，属年调节水库。电站装机6台，单机容量600MW。工程枢纽建筑物主要由混凝土双曲拱坝（包括水垫塘和二道坝）、右岸泄洪洞、右岸引水发电系统及地面出线场等组成。等级为Ⅰ等工程，主要水工建筑物为1级。坝顶高程1885m，建基面高程1580m，最大坝高305m。雾化区两岸边坡陡峻，左岸为反向坡，1820～1900m高程以下坡度55°～70°，局部有倒悬岩体，岩体松弛卸荷、变形拉裂现象严重，断层发育，地质条件复杂；右岸为顺向坡，发育有顺层的层间挤压错动带、绿片岩等不利结构面，在坝0+100～0+280m段，高程1820m以下存在120m高倒悬岩体，雾化区两岸边坡稳定程度不高。从对雾化区及水垫塘、二道坝工期分析，雾化区与下部基坑施工、上部雾化区A标施工同时作业，上下交叉作业现象不可避免，安全风险极大。同时，雾化区上、下处理高度达200～300m，自身也存在交叉作业的现象。因此，必须做好边坡层间及局部危岩的安全防护。有效预防边坡滚石及局部危岩体崩塌，边坡层间安全防护及局部危岩体防护将是上述工作的首要条件。而柔性防护网施工技术的应用，使得边坡支护期间的安全风险得到了最大程度的释放。2、柔性防护分类及系统特点：从施工功能不同分为主动防护和被动防护。2.1主动防护系统：主动防护系统是以钢丝绳网为主的各类柔性网覆盖包裹在所需防护斜坡或岩石上，以限制坡面岩石土体的风化剥落或破坏以及为岩崩塌（加固作用），或将落石控制于一定范围内运动（围护作用）。该系统的第2页特点：具有高柔性，高防护强度，易铺展性。适应任何坡面地形，安装程序标准化、系统化。系统采用模切化安装方式，工期短，施工费用低。系统材料的特殊制造工艺和高防腐防锈技术，决定了系统的超高寿命。系统能将施工单位环境的影响降到最低点，其防护区域可以充分的保护土体、岩石的稳固，便于人工绿化，有利于环保。主动防护网结构配置：钢丝绳网、钢丝绳锚杆、支撑绳、缝合绳、钢丝格栅网。目前国内主动防护网的型号有：GAR1、GAR2、GPS1、GPS2。2.2被动防护系统：被动防护是由钢丝绳网、环形网、（需拦截小块落石时附加一层铁丝格栅）、固定系统（锚杆、拉锚绳、基座和支撑绳）减压环和钢柱四个主要部分构成。钢柱和钢丝绳网连接组合构成一个整体，对所防护的区域形成面防护，从而阻止崩塌岩石土体的下坠，起到边坡防护作用。被动防护系统的特点：系统的柔性防护和拦截强度足以吸收和分散传递石的冲击动能，减压环的设计和采用使系统的冲力得到进一步提高。系统的部件全部采用标准化的工厂生产，现场施工。除小量的以锚杆安装为主体的基础施工外，主要为积木式安装。使施工人员与机器设备减少，安装达到简便易行，从而缩短工期。被动防护结构配置：钢柱、支撑绳、拉锚绳、缝合绳、减压环目前国内被动防护网的型号有：RX-025、RX-050、RX-075RXI-025、RXI-050、RXI-075、RXI-100、RXI-150、RXI-200等。环型网防护网：环型网系统是被动防护系统的一个特殊的分支，它具有比普通被动防护系统强度更高的特点。同样适用于建筑设施旁有缓冲地带的高山峻岭，把岩崩、飞石、雪崩、泥石流拦截在建筑设施之外，避开灾害对建筑设施的毁坏。本工程采用的是（1）GPS2型主动防护网；（2）被动防护网：①GF-H-100型被动防护网（高7m）；②RX-075型被动防护网（高4m）。3、主动防护网施工方法第3页图3-1左岸雾化区主动网施工代表性断面图3.1钢绳锚杆施工一般规定①挖锚杆坑前，应根据设计要求和底层岩性，定出坑位，并做出标记，锚杆的间排距为3.0×3.0m；②钢绳锚杆的钻孔轴线为垂直于坡面；③钢绳锚杆孔深L=2m、3m（标准配置）；④孔深应比设计锚杆长度大50～100mm；⑤钢绳锚杆孔的钻孔孔径为φ42mm；⑥预埋锚杆前，应做好下列检查工作：A、钢绳锚杆原材料型号、规格、品种，锚杆各部件质量及技术性能应符合设计要求；B、钢绳锚杆孔位、孔径、孔深及布置形式应符合设计要求；C、孔内积水和岩粉应吹洗干净。⑦设备选型钢绳锚杆钻孔设备拟采用：YT28手风钻。钻材：φ42mm一字型合金钻头。3.2预埋钢绳锚杆钢绳锚杆的原材料及砂浆配合比，应遵守下列规定：①锚杆杆体使用前应除油；②宜采用中细砂，粒径不应大于2.5mm；③砂浆配合比：砂浆标号不应低于M20，水泥：砂宜为1：1～1：2（重量比），水灰比宜为0.45～0.5。④砂浆应拌和均匀，随拌随用，一次拌和的砂浆应在初凝前用完，并严防石块、杂物混入。钢绳锚杆注浆作业应遵守下列规定：A、注浆时采用人工注浆；B、杆体插入孔内长度不应小于设计规定的95%。锚杆安装后，不得随意敲击，待凝24h后方可进行下道工序施工。3.3支撑绳安装横向支撑钢丝绳的选用：铁丝格栅用铁丝除特殊设计时以设计为准外，应满足下列规定：（1）钢丝绳材质强度不宜低于1770Mpa的高强度钢芯钢丝绳；（2）钢丝绳公称直径选用12mm、16mm；（3）必须采用镀锌量大于70g/m2的热镀锌钢丝绳网；（4）钢丝绳质量性能应符合国家标准《钢丝绳》（GB/T8918-1996）的要求。安装纵横向支撑绳，张拉紧后两端各用2～4个（支撑绳长度小于15m时为2个，大于30m时为4个，其间为3个）绳卡与锚杆外露环套固定连接。第4页图3-2支撑绳安装示意图3.4格栅网安装从上向下铺挂格栅网，格栅网间重叠宽度不小于5cm，两张格栅网间的缝合以及格栅网与支撑绳间用φ1.5mm铁丝进行扎结，当坡度小于45°时，扎结点间距不得大于2m，当坡度大于45°时，扎结点间距不得大于1m（有条件时本工序可在前一工序前完成即将格栅网置于支撑绳之下）；从上向下铺设钢绳网并缝合，缝合绳为φ8mm钢绳，每张钢绳网均用一根长约31m（或27m）的缝合绳与四周支撑绳进行缝合并预张拉，缝合绳两端各用两个绳卡与网绳进行固定联结。格栅底部应沿斜坡向上敷设0.5m左右，并为使下支撑绳与地面间不留缝隙，用一些石块将格栅底部压住。3.5钢丝绳网的安装钢绳网编制用钢丝绳及其安装缝合用缝合绳的选用除特殊设计时以设计为准外，一般均应满足下列规定：（1）材质强度不应低于1770Mpa的6×7+IWS结构类型的高强度钢芯钢丝绳；（2）钢丝绳公称直径8mm；（3）必须采用镀锌量大于70g/m2的热镀锌钢丝绳；（4）钢丝绳质量和性能应满足国家标准《钢丝绳》（GB/T8918-1996）；（5）钢绳网采用菱形网孔编制方式，网孔尺寸采用300×300mm规格，单张网块尺寸设计为采用4×4m规格。施工前，应认真检查和处理防护作业区的危石，施工机具应布置在安全地带。钢丝绳网的就位方法宜根据现场施工场地、机具（起吊滑轮组、钢丝绳、粗麻绳、葫芦、梯子等）、人力条件以及经验和习惯而定，一般宜采用以下方法：①用一根起吊绳（钢丝绳或专门准备的粗麻绳）穿过钢丝绳上缘第三排左右网孔，一端固定在临近钢柱的顶端，另一端穿过悬挂固定于上支撑绳上的起吊滑轮组并使尾端垂落到地面附近；②拉动起吊绳尾端，直到钢丝绳网上缘上升到上支撑绳水平为止，再用绳卡将网与上支撑绳暂时进行松动联结，同时也可将网与下支撑绳暂时联结以确保缝合时的更为安全，此后起吊绳可以松开抽出；③重复上述步骤直到全部钢丝绳网暂时挂到上支撑绳上为止，并侧向移动钢丝绳网使其位于正确位第5页置；将缝合绳按单张网周边长的1.3倍截短，并在其中点作上标志；钢丝绳的缝合：从上向下铺设钢丝绳网并缝合，缝合绳为φ8mm钢绳，每张钢绳网均用一根长约31m（或27m）的缝合绳与四周支撑绳进行缝合并预张拉，缝合绳两端各用两个绳卡与网绳进行固定联结。图3-3主动防护网标准布置及缝合示意图4、被动防护网施工方法4.1被动防护网左岸雾化区自然边坡EL1670m高程被动防护网长度约400m，防护网型号GF-H-100型被动网,高度9.5m，（其细部结构见附图）；左岸雾化区自然边坡EL1740m高程被动防护网长度约350m，防护网型号RX-075型被动网,高度4m；左岸雾化区自然边坡EL1829m高程被动防护网长度约100m，防护网型号RX-075型被动网,高度4m，（其细部结构见附图）；左岸雾化区自然边坡EL1790m高程被动防护网长度约310m，防护网型号GF-H-100型被动网,高度7.0m；右岸雾化区自然边坡EL1785m高程被动防护网长度约220m，防护网型号RX-075型型被动网,高度4.0m；（其细部结构见附图）；右岸雾化区自然边坡EL1640m高程被动防护网长度约70m，防护网型号GF-H-100型被动网,高度7.0m；其与坡面的安装夹角详见附图，被动防护网钢柱基础位置采用TOPCON-7002L全站仪测量定位。第6页图4-1被动防护网系统断面示意图4.2钢柱基础开挖钢柱基础开挖地质情况进行开挖，柱基础按照施工规范要求10m间距进行布置。当基础所在位置为覆盖层，且覆盖层厚度不小于混凝土基础深度时采用在确保锚固深度的前提下，可以加大混凝土基础尺寸。当基础位置处地层为基岩裸露或覆盖层很薄时，直接钻凿锚杆孔，其锚杆尺寸方位与附图相同。钢桩混凝土基础地脚螺栓锚杆孔径不小于φ42mm，基础顶面用薄层C20细石混凝土或M20水泥砂浆抹平，拉锚绳锚杆孔径不小于φ42mm。当基础位置处于地层为厚度小于混凝土基础深度的覆盖层时，覆盖层部分用混凝土置换，下部直接钻凿锚杆孔，形成复合基础。混凝土基础采用人工开挖，原则上禁止爆破作业。混凝土基础顶面与拦石网系统走向中心线处地面齐平。钢桩混凝土基础侧壁外露高度超过30cm时，需采用C20钢筋混凝土，钢筋笼采用φ16mm螺纹钢筋制作，钢筋保护层厚度不小于20mm；对地面以下的埋入式钢柱基础和各拉锚绳锚杆基础为C20素混凝土。4.3锚杆孔的灌注（1）锚杆孔采用YT-28手风钻造孔，锚杆开孔应按施工图纸布置的钻孔位置进行。注浆锚杆的钻孔孔径应大于锚杆直径，若采用“先注浆后安装锚杆”的程序施工，钻头直径应大于锚杆直径15mm以上；若采用“先安装锚杆后注浆”的程序施工，钻头直径应大于锚杆直径25mm以上；孔底注浆时，钻头直径比锚杆直径大40mm以上。（2）锚杆孔深度必须达到施工图纸的规定并应满足下述规定：水泥砂浆锚杆孔深允许偏差为±50mm；孔内岩粉和积水必须清除干净。（3）灌注应采用水泥砂浆，水泥砂浆应采用强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥和中细砂，粒径第7页一般不大于2.5mm，使用前应过筛。（4）砂浆配合比：砂浆标号不应低于M20，水泥：砂宜为1：1～1.2（重量比），水灰比宜为0.45～0.5。（5）灌注采用人工注浆。4.4基座安装基座混凝土达到24h～48h后，将基座套入地脚螺栓并用螺母拧紧，基座固定，再采用板手通过固定螺栓将钢柱固定于基座上。4.5钢柱及上拉锚绳安装（1）钢柱型号采用（22B热轧普通工字钢），拉锚绳采用φ16mm钢绳，减压环采用GS-8001型减压环。（2）将钢柱顺坡向上放置并使钢柱底部位于基座处；（3）将上拉锚绳的挂环挂于钢柱柱顶挂座上,然后将拉锚绳的另一端与对应的上拉锚杆环套连接