土工格柵加筋在兩河口水電站場地平整設計中的應用

張偉鋒，李俊祥，王旭龍，曹駕云

(1.中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，成都 610072;2.中國建筑西南設計研究院有限公司，成都 610042;3.青島旭域土工材料股份有限公司，青島 266111)

1 工程概述

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，為雅礱江中、下游的“龍頭”水庫，為一等大 (1)型工程，擋水建筑物為礫石土心墻堆石壩，最大壩高295m，電站裝機約300萬kW。

兩河口水電站工程區(qū)內(nèi)山高、坡陡，可直接利用的施工場地極度匱乏，大部分施工場地需通過場地平整形成。場地平整的工程措施一般為漿砌石或混凝土擋土墻等傳統(tǒng)的支擋結(jié)構(gòu)和土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的支擋結(jié)構(gòu)受高度及基礎承載力的制約較大，有時候難以滿足場地平整的要求，而土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，相對傳統(tǒng)類型的支擋結(jié)構(gòu)具有施工方法簡單、施工工期短、適應地基變形能力強、邊坡系數(shù)大、造價較低等優(yōu)點，特殊情況下能解決傳統(tǒng)支擋結(jié)構(gòu)無法或難以解決的工程問題。

2 土工格柵加筋技術

現(xiàn)代加筋土的概念由卡薩歌蘭德 (Casagrande)提出，結(jié)構(gòu)形式由法國工程師維德爾 (H.Vidal)在20世紀60年代提出，在20世紀70年代采用土工合成材料之后得到了更大發(fā)展。經(jīng)過幾十年的發(fā)展和推廣，加筋土技術在我國已廣泛應用在鐵路、公路、機場、水利水電、港口等領域。

2.1 土工格柵加筋技術原理

土工格柵具有較高的抗拉強度，若將其埋置在土體中，不僅可以擴散土體的應力，增加模量，還可以傳遞拉應力，限制土體的側(cè)向變形，同時還能使土體和其間的摩阻力大幅度增加，從而增加整個土體的強度。因此，在土體中加入土工格柵，可通過摩擦力將其抗拉強度以及土體的抗壓強度等優(yōu)點結(jié)合起來，大大提高土體的整體穩(wěn)定性，克服了土體整體性差、連續(xù)性差等缺點，減小了崩塌和滑坡的可能性。

2.2 土工格柵加筋技術特點

相對于傳統(tǒng)形式的支擋結(jié)構(gòu)，土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)主要有以下幾個方面的優(yōu)勢:

(1)為柔性結(jié)構(gòu)，整體性好，對地基的適應變形能力強，對地基承載力要求相對較低，基礎處理工程量小。

(2)土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)邊坡系數(shù)大，可減少放坡的占地，節(jié)約用地，同時可增加坡頂場地的有效使用面積。

(3)工程造價較低。傳統(tǒng)的支擋結(jié)構(gòu)為剛性結(jié)構(gòu)，對基礎的要求較高，基礎處理費用較高。土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)為柔性結(jié)構(gòu)，對基礎的要求低，基礎處理的費用相對較低。

(4)土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)坡面可進行綠化，美化環(huán)境。

(5)施工方法簡單，施工方便、工期短，施工程序主要是土工格柵鋪設和回填料的碾壓，不需要特殊的施工機械和專業(yè)技術人員，操作簡單，施工速度快，工期相對較短，施工質(zhì)量易于控制。

(6)有利于工程的長期、安全使用。隨著土工格柵材料的不斷優(yōu)化，土工格柵材料的抗老化性、抗腐蝕性等均有較大改善。在裸露條件下可以達到30～50年的使用壽命，在埋藏的條件下使用壽命可以達到120年以上，將其埋置在土體之中作為長期受應力作用的加筋材料，能很好地發(fā)揮其性能，提高加筋體整體強度、長期穩(wěn)定性、安全性。

結(jié)果表明，在19例肺氣虛寒型AR患者外周血中，ROR-γt mRNA 表達明顯高于對照組（*P＜0.05），而Foxp3 mRNA表達顯著低于對照組（**P＜0.01）。ROR-γt/Foxp3 mRNA水平顯著高于對照組（**P＜0.01），差異具有顯著的統(tǒng)計學意義，見圖3。

3 兩河口水電站物資倉庫場地平整設計

3.1 場平方案選擇

物資倉庫場地位于壩址左岸下游約11.0km處，距下游業(yè)主營地約2.0km，地形相對較緩，場地平整主要滿足物資倉庫布置的要求。

為了滿足物資儲存以及進出場車輛通行要求，場地寬度不宜低于45m。采用堆渣形成施工場地，渣體邊坡為1∶1.75，渣體頂部可形成的施工場地寬度約31.5m，場地面積18000m2，場地寬度和面積均不能滿足物資倉庫的布置要求。若采用傳統(tǒng)的支擋結(jié)構(gòu)，擋土墻的高度約16m，高度太高，基礎處理量大，工程造價高，不宜選取。在渣體邊坡中加土工格柵，調(diào)整邊坡系數(shù)為1∶0.8，渣體頂部可形成的施工場地寬度約47.5m，場地面積26200m2，場地寬度和面積均能滿足物資倉庫的布置要求。典型剖面見圖1。

在土體中加入土工格柵不僅能形成滿足物資倉庫布置要求的施工場地，而且增強了場地承載力，可通過摩擦力將土工格柵的抗拉強度以及土體的抗壓強度等優(yōu)點結(jié)合起來，大幅度提高土體的整體穩(wěn)定性。

圖1 土工格柵邊坡和自然堆放邊坡場地典型剖面

3.2 土工格柵加筋邊坡方案設計

3.2.1 方案設計

通過場平方案比較、分析，兩河口水電站物資倉庫場地平整邊坡采用土工格柵加筋形式，場地平整的面積可以滿足物資倉庫的要求，主要設計成果如下。

場地平整邊坡坡腳采用漿砌石擋墻護腳，主要防止坡腳受雅礱江水流的沖刷，擋墻為重力式，高度5～8m。

場地邊坡采用加筋格柵包裹式結(jié)構(gòu)，邊坡高度約20m，邊坡系數(shù)為1:0.8，場地頂高程2625.00m，在2615.00m高程設2.0m寬的馬道。邊坡加筋材料采用單向拉伸高密度聚乙烯土工格柵，邊坡土工格柵加筋材料分三個區(qū)域:從場地頂高程至坡腳分別為11層間距為60cm、長度為10m的TGDG90型土工格柵;6層間距為60cm、長度為13m的TGDG90型土工格柵;13～24層間距為60cm、長度為13m的TGDG130型土工格柵。

根據(jù)土工格柵加筋邊坡的設計要求，土工格柵區(qū)域內(nèi)的填土壓實系數(shù)不小于0.94。

為了確保邊坡的穩(wěn)定，及時排出渣體內(nèi)的滲水，在土工格柵區(qū)域和渣體區(qū)域間設置30cm厚碎石排水層，排水層底部接坡腳擋墻的排水孔 (見圖2)。

為了響應兩河口水電站建綠色工程的號召，物資倉庫場地邊坡表面采用土工格柵反包環(huán)保土袋的形式，在土袋內(nèi)裝入帶草籽的種植土，綠化環(huán)境 (見圖3)。

圖2 土工格柵加筋邊坡 (單位:cm)

圖3 土工格柵加筋邊坡反包環(huán)保土袋示意圖 (單位:cm)

3.2.2 邊坡穩(wěn)定分析

邊坡穩(wěn)定計算采用FHWA法，屬于極限平衡法范疇。HFWA方法先假設土體中無拉筋，用土壓力理論計算側(cè)向土壓力，然后再將拉筋置于土體中來抵抗土壓力，加筋土體根據(jù)潛在破裂面，分為非錨固區(qū)和錨固區(qū)，非錨固區(qū)筋材傳遞拉力，錨固區(qū)筋材承擔錨固力。

加筋邊坡的驗算采用Bishop條分法進行加筋體外部、內(nèi)部及深層圓弧穩(wěn)定分析。采用傳統(tǒng)的未加筋邊坡穩(wěn)定分析方法找出邊坡的最危險滑動面，并分別考慮滑動面經(jīng)過邊坡中部、坡腳及深層地基的情況。根據(jù)未加筋邊坡的最危險滑動面，將拉筋拉力的抗滑作用計入穩(wěn)定計算中 (見圖4)。

圖4 邊坡圓弧滑動穩(wěn)定分析

兩河口水電站物資倉庫場地邊坡高度約20m，分兩級布置，每級高度約10m，邊坡系數(shù)為1∶0.8，場地頂部加均布荷載40kPa，另外考慮工程區(qū)所在地地震基本烈度為Ⅶ度，水平地震加速度取值0.14g。地震狀態(tài)下邊坡圓弧滑動安全系數(shù)計算結(jié)果見圖5。

圖5 地震狀態(tài)下邊坡圓弧滑動安全系數(shù)計算

物資倉庫場地邊坡為施工場地邊坡，參考《水電水利工程邊坡設計規(guī)范》中邊坡的類別及級別劃分，為A類Ⅲ級邊坡，偶然狀況下的安全系數(shù)為1.0。物資倉庫施工場地邊坡在地震烈度Ⅶ度的工況下，穩(wěn)定系數(shù)為1.38，滿足邊坡安全系數(shù)的要求。邊坡滑動破裂面分析見圖6。

圖6 邊坡圓弧滑動破裂面分析

4 結(jié)語

目前，水電工程大多位于高山峽谷、少數(shù)民族地區(qū)，河谷兩岸山高、坡陡，大部分緩坡地為耕地或居民區(qū)，征地難度大。在這種自然場地條件較差的情況下，為了滿足工程建設需要的施工場地，不得不采取工程措施平整施工場地以滿足工程建設的需要。

土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)重力式漿砌石擋墻和混凝土擋墻相比，主要有以下優(yōu)勢:①土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)為柔性結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)能更好地適應地基變形;②土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)邊坡可以做得高且陡，能有效節(jié)約用地和回填料;③工程造價低;④土工格柵包裹式加筋結(jié)構(gòu)，可以在其坡面上采取綠化環(huán)境措施，充分響應“綠色水電”的號召;⑤土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)施工方便、快捷，施工工期短;⑥土工格柵加筋材料可以保證加筋土工程的長期穩(wěn)定性、安全性。

［1］SL/T 225—98水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范［S］.北京:中國水利出版社，1998．

［2］楊廣慶．土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)理論及工程應用［M］．北京:科學出版社，2010．