水利水電工程邊坡級別確定技術(shù)標準體系構(gòu)建

黨雪梅 孫勝利

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司,鄭州 450003)

1 邊坡設(shè)計現(xiàn)狀和級別確定技術(shù)標準體系構(gòu)建必要性

水利水電工程邊坡安全與工程安全、工程區(qū)和下游人民生命財產(chǎn)安全以及對環(huán)境的影響,有著密切的關(guān)系,是整個水利水電工程安全中最重要的環(huán)節(jié)之一。

但長期以來,水利水電工程邊坡設(shè)計實踐過程中一直沒有統(tǒng)一的技術(shù)標準,邊坡設(shè)計處于一種無序的、隨意的泛經(jīng)驗狀態(tài)。

邊坡設(shè)計過于偏于保守或過于偏于危險的情況出現(xiàn)。前者造成不必要的資金浪費,后者造成不少邊坡破壞失事,不僅嚴重影響了建筑物的正常使用,而且給人類的正?；顒訕?gòu)成極大的威脅,某些邊坡破壞造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失也是令人觸目驚心的。

根據(jù)水利水電工程建設(shè)的需要,亟需制定一套完整的邊坡設(shè)計技術(shù)標準,規(guī)范水利水電工程邊坡設(shè)計。

而在整個邊坡設(shè)計技術(shù)標準體系中,構(gòu)建邊坡級別確定技術(shù)標準體系是宏觀控制邊坡安全的重要工作,也是宏觀控制邊坡安全度首先要解決的重大技術(shù)標準問題。

2 體系構(gòu)建的基本原則、思路和考慮的主要因素

2.1 基本原則

水利水電工程邊坡是工程的組成部分之一,因此構(gòu)建的級別確定技術(shù)標準體系的原則就是應(yīng)該與水利水電工程的建筑物級別協(xié)調(diào)一致,與當前的國民經(jīng)濟發(fā)展水平一致。

從另一方面而言,水工建筑物的級別確定方法在相關(guān)設(shè)計規(guī)范已經(jīng)規(guī)定,推廣應(yīng)用了幾十年,被廣大設(shè)計者所熟悉掌握。因此另起爐灶制定一套完全不同體系,既無必要也不可行。

2.2 基本思路

眾所周知,水利水電工程建設(shè)涉及到的邊坡類型多種多樣,與工程安全的關(guān)系也十分復雜,對工程安全影響程度也不同。為了構(gòu)建邊坡級別確定技術(shù)標準體系,有必要對各類邊坡進行梳理、歸納。從便于構(gòu)建技術(shù)標準體系的角度分析邊坡,可以歸納為與水工建筑物直接或間接相關(guān)、與工程場區(qū)修建的其他建筑物相關(guān)、獨立邊坡三大類。按照這種分類確定了構(gòu)建技術(shù)標準體系的基本思路為:以與水工建筑物相協(xié)調(diào)、兼顧國民經(jīng)濟發(fā)展水平、設(shè)計中便于執(zhí)行和操作為原則,以邊坡與水工建筑物相關(guān)關(guān)系為主線,以邊坡對建筑物安全的影響程度為依據(jù),構(gòu)建了較為完整的水利水電工程邊坡級別確定的技術(shù)標準體系。

2.3 考慮的主要因素

構(gòu)建邊坡級別確定技術(shù)標準體系需要考慮技術(shù)因素和構(gòu)建完整協(xié)調(diào)的邊坡設(shè)計技術(shù)標準體系構(gòu)建兩大類因素。

對技術(shù)因素進行歸納,主要有以下7大主要因素:邊坡安全對建筑物安全和正常運用的影響程度,邊坡安全對人身和財產(chǎn)安全的影響程度,邊坡失事后的損失大小,邊坡規(guī)模大小,邊坡所處位置、是臨時邊坡還是永久邊坡,社會和環(huán)境因素。雖然級別確定是相對獨立的技術(shù)標準體系,但仍然屬于整個邊坡設(shè)計技術(shù)標準體系的一部分,所以需要考慮與其他組成部分相互協(xié)調(diào)匹配,這是構(gòu)建該技術(shù)標準體系所必須考慮的,如穩(wěn)定安全系數(shù)標準也需要按級別確定。

3 邊坡級別確定技術(shù)標準體系構(gòu)建

3.1 構(gòu)建方法

按照上述確定邊坡的基本思路,采用以下方法構(gòu)建邊坡級別確定技術(shù)標準體系。

(1)邊坡級別等級數(shù)量確定。

(2)定義可能的最高級別和最低級別。

(3)對于與水工建筑物相關(guān)邊坡,按照邊坡失事對建筑物的影響程度構(gòu)建基本的邊坡級別確定體系,并對最常見的典型情況給予明確規(guī)定,以充分體現(xiàn)邊坡級別確定技術(shù)標準體系的思想。

(4)參照基本的級別確定技術(shù)標準體系,對與工程場區(qū)其他建筑物、構(gòu)筑物相關(guān)的邊坡進行規(guī)定。

(5)參照基本的級別確定技術(shù)標準體系,對所謂的獨立邊坡級別確定進行規(guī)定。

所有上述邊坡級別確定過程中,都要對以往的工程實踐積累的經(jīng)驗進行梳理、歸納和總結(jié),以得到合理的結(jié)論。

3.2 邊坡級別等級的劃分

多年來水工建筑物一直是劃分為5個級別,歷年的等級規(guī)范也是這樣規(guī)定的,已經(jīng)為廣大設(shè)計人員熟悉和掌握。按照上述與水工建筑物協(xié)調(diào)一致的原則來確定邊坡的級別,邊坡也應(yīng)該分為5個等級。邊坡級別劃分為五個級別有以下優(yōu)點。

(1)劃分為五個級別與水工建筑物級別劃分一致,便于參照制定本規(guī)范條文,對規(guī)范條文的可操作性易于評估。

(2)符合廣大設(shè)計人員的習慣,便于規(guī)范條文的正確執(zhí)行。

(3)依據(jù)邊坡等級分級確定的穩(wěn)定安全系數(shù)標準,按五個級別確定,與建筑物相匹配,便于在制定規(guī)范條文和將來的邊坡設(shè)計的條文執(zhí)行中,與水工建筑物的穩(wěn)定安全系數(shù)橫向比較,評價其合理性。

3.3 體系構(gòu)建

3.3.1 與水工建筑物相關(guān)邊坡確定

按照 “以邊坡與水工建筑物相關(guān)關(guān)系為主線,以邊坡對建筑物安全的影響程度為依據(jù)”的基本思路,形成正確而合理地對應(yīng)關(guān)系。

與水工建筑物不相關(guān)的邊坡,參照這個思路另行確定。

體系構(gòu)建首先需要定義最高級別和最低級別如何確定。

根據(jù)對一些設(shè)計規(guī)范的考察,考慮到多年來行業(yè)內(nèi)約定俗成的習慣,并通過對各中水工建筑物與邊坡的關(guān)系,擬將邊坡失事后對水工建筑物的影響程度大致劃分為 “嚴重”、“較嚴重”、“不嚴重”和“較輕”等四種情況。

與水工建筑物相關(guān)的邊坡級別的確定方法,從基本思路入手,圍繞相關(guān)建筑物的級別、邊坡的級別數(shù)量、邊坡失事對建筑物的四種危害程度進行研究論證,基本理清與相關(guān)建筑物之間的相互關(guān)系,形成邊坡級別確定方法的框架和初步確定方法。為較清晰地表達邊坡級別確定方法的框架和初步確定方法,將上述研究成果進行歸納并仍采用表格形式表示如下。

表1 與水工建筑物級別相關(guān)邊坡的級別確定方法表

在進行具體的邊坡級別確定時,主要是分析邊坡失事對相關(guān)建筑物的影響程度,四種影響程度的劃定如下。

(1)嚴重:相關(guān)建筑物完全破壞或功能完全喪失。

(2)較嚴重:相關(guān)建筑物遭到較大的破壞或功能受到比較大的影響,需進行專門的除險加固后才能投入正常運用。

(3)不嚴重:相關(guān)建筑物遭到一些破壞或功能受到一些影響,及時修復后仍能使用。

(4)較輕:相關(guān)建筑物僅受到很小的影響或間接地受到影響。

3.3.2 與其他建筑物和構(gòu)筑物相關(guān)邊坡的級別確定

這類邊坡的級別確定的基本思路與上述邊坡是相同的,需要合理把握的是相關(guān)專業(yè)的規(guī)范規(guī)定與水利水電工程的特殊要求的協(xié)調(diào)。

3.3.3 獨立邊坡

這類邊坡級別的確定需要進行專門的論證。

水利水電工程邊坡級別確定技術(shù)標準體系可以用圖1表示。

圖1 邊坡級別確定技術(shù)標準體系框圖

4 技術(shù)特點

作為技術(shù)標準體系,該成果具有技術(shù)合理性和標準的完整性、可操作性等特點。主要表現(xiàn)在以下幾方面。

(1)與水工建筑物分級一致分為5個等級,符合行業(yè)多年來的分級慣例。便于設(shè)計者在確定邊坡等級時,與心目中的水工建筑物的安全度對照,合理把握邊坡的安全度。

(2)邊坡級別最高與相關(guān)建筑物相同,最低為5級。與某一級別水工建筑物相關(guān)的邊坡,根據(jù)對其安全的影響程度不同,可以定為不同的級別,構(gòu)成了完整系統(tǒng)的技術(shù)標準體系。

(3)邊坡對水工建筑物安全的四種影響程度均給予了明確的定義,技術(shù)嚴密且可操作性強,便于設(shè)計者掌握。

5 結(jié) 語

長期以來,水利水電工程邊坡設(shè)計沒有統(tǒng)一的技術(shù)標準,使得邊坡設(shè)計長期處于一種無序的泛經(jīng)驗狀態(tài),忽視邊坡問題或過度設(shè)計的情況時有發(fā)生,在安全風險與投資風險之間經(jīng)常存在巨大的矛盾。構(gòu)建的邊坡級別確定技術(shù)標準體系從源頭上將邊坡設(shè)計納入了有序的軌道。這一邊坡級別確定技術(shù)標準體系給出的邊坡級別確定方法已經(jīng)納入《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(SL386-2007)。

正確應(yīng)用這一技術(shù)標準體系的思路是全面理解其內(nèi)涵,準確把握工程安全和經(jīng)濟投入的度,客觀分析邊坡安全在整體工程安全的地位,才能合理確定邊坡級別。