水庫(kù)邊坡加固處理方案設(shè)計(jì)

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(1.廣西河池水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院, 廣西 河池 547000； 2.廣西云龍招標(biāo)有限公司， 南寧 547000)

水庫(kù)邊坡加固處理方案設(shè)計(jì)

韋永貢1，方良吾2

(1.廣西河池水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院, 廣西 河池 547000； 2.廣西云龍招標(biāo)有限公司， 南寧 547000)

水庫(kù)邊坡的穩(wěn)定性對(duì)庫(kù)區(qū)安全和電站的使用影響很大。本文根據(jù)下湘水電站工程實(shí)際，結(jié)合引起滑坡的邊坡地質(zhì)狀況，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，說(shuō)明在該庫(kù)區(qū)地質(zhì)狀況下采用“拋填塊石+埋石混凝土墊座+重力擋土墻”對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定加固處理，完全符合加固要求，可供同類(lèi)工程參考。

邊坡穩(wěn)定； 重力式擋土墻； 拋填塊石； 埋石混凝土墊座

邊坡工程的穩(wěn)定性對(duì)水庫(kù)的質(zhì)量和使用壽命有非常大的影響，隨著使用時(shí)間的不斷增加，水庫(kù)邊坡不斷受到地質(zhì)條件的影響，會(huì)出現(xiàn)邊坡滑坡等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了水庫(kù)的穩(wěn)定性和安全性。由此，需要對(duì)水庫(kù)邊坡進(jìn)行加固處理。在加固的過(guò)程中，首先需要對(duì)水庫(kù)邊坡的地質(zhì)條件進(jìn)行分析，然后根據(jù)其地質(zhì)條件制定科學(xué)合理的邊坡加固方案。在選取方案時(shí)，要在保證施工質(zhì)量的前提下，盡可能選擇資金投入少的方案。

1 工程概況

下湘水電站為大環(huán)江梯級(jí)開(kāi)發(fā)的最末一個(gè)梯級(jí)電站，距環(huán)江縣城區(qū)7km。壩址集雨面積3035km2，總庫(kù)容3620×104m3，日調(diào)節(jié)庫(kù)容260萬(wàn)m3，是一個(gè)以發(fā)電為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉的小型水電工程，采用河床式廠房布置形式。電站正常蓄水位193.00m，電站裝機(jī)容量9600kW。

下湘水電站于1998年建成蓄水發(fā)電。當(dāng)大環(huán)江發(fā)生20年一遇洪水時(shí)，壩前水位雍高0.9m，縣城處回水雍高0.4m。下湘水電站特征水位及回水位如下頁(yè)表1所示。

表1 水電站特征水位及回水位

該滑坡位于大環(huán)江右岸環(huán)江二橋上游約80m處，河段內(nèi)河道彎曲。由于河流下切，原始岸坡為20°～40°，岸坡較陡。洪水時(shí)，由于水流在這里減緩，河床及岸坡多沉積沖積物，形成沙心灘及岸坡沖積層。該樁段頂部高程198.4m。2011年發(fā)現(xiàn)該樁段堤岸路發(fā)生縱向?qū)?0cm、深4～40cm的開(kāi)裂，親水平臺(tái)有3條寬10～15cm的縱向裂縫，親水平臺(tái)基本不下沉，僅是局部錯(cuò)動(dòng)外移0.4～3cm；修建的草皮護(hù)坡岸坡有1條斜向從親水平臺(tái)至堤頂平臺(tái)的開(kāi)裂錯(cuò)動(dòng)縫，寬3～30cm，深2～30cm，青石欄桿弧線下沉部分拉裂斷。經(jīng)2011年11月～2012年2月連續(xù)觀測(cè)，護(hù)岸護(hù)坡及江濱路沉陷開(kāi)裂有一定發(fā)展變化，岸坡穩(wěn)定；2012年3月～2012年8月連續(xù)觀測(cè)，該沉陷開(kāi)裂趨向穩(wěn)定。2012年11月環(huán)江大橋維修加固施工時(shí)下游下湘水電站放水至187.00m高程，水位驟降6m，該樁護(hù)岸護(hù)坡及江濱路沉陷開(kāi)裂加劇，開(kāi)裂錯(cuò)動(dòng)縫寬30～50cm，深50～100cm，青石欄桿弧線下沉部分拉裂斷，滑坡前緣位于水位以下，滑坡剪切面尚未貫通，剪切變形尚在不斷發(fā)展過(guò)程中。

2 滑坡的地質(zhì)成因

此次滑坡地質(zhì)層發(fā)育于第四系河流沖積粉質(zhì)黏土層中，包括土質(zhì)滑坡、滑坡體、滑床及滑動(dòng)帶。

滑坡前緣位于庫(kù)水位以下，屬庫(kù)岸滑坡，滑塌體積約18000m3。因各種原因，防洪堤是在原坡面修坡后按1∶2.5坡比回填土石碴。根據(jù)物質(zhì)組成和巖性特征，滑坡體自上而下共分二層：上部為填土，底部為殘積硬塑粉質(zhì)黏土(第④層)或強(qiáng)～弱風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)巖(第⑤、⑥層)，巖層產(chǎn)狀傾向?yàn)?30°，傾角為26°，傾向岸坡。由于巖土層的軟硬結(jié)合，第②層沖積可塑粉質(zhì)黏土與下部第④層殘積硬塑粉質(zhì)黏土及第⑤、⑥層強(qiáng)～中風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)巖形成天然的結(jié)構(gòu)面。施工時(shí)對(duì)上部填土的碾壓振動(dòng)及不停地蓄、放水位，使接觸帶的土層結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，為滑動(dòng)面的形成提供了條件。另外，由于新建河堤，岸坡原有的竹林全部被砍伐，改變了岸坡原有的植被狀態(tài)。

沖積可塑粉質(zhì)黏土層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，局部顆粒較粗，達(dá)到粉土、粉砂級(jí)，施工時(shí)下湘水電站不停地蓄、放水，庫(kù)水位驟降，岸坡產(chǎn)生動(dòng)水壓力，造成下部粉質(zhì)黏土層(夾粉土、粉砂)發(fā)生液化，降低了滑體土的抗剪強(qiáng)度，這是滑坡形成的主要原因。受大型機(jī)械運(yùn)載材料時(shí)往返碾壓振動(dòng)(施工重車(chē)荷載)影響，下部粉質(zhì)黏土層(夾粉土、粉砂)發(fā)生液化，降低了滑體土的抗剪強(qiáng)度，加速了滑坡的形成。

3 邊坡加固處理設(shè)計(jì)

3.1 邊坡加固處理工程措施

a.消除或減輕水的危害，防止庫(kù)水對(duì)滑坡體坡腳的沖刷。在滑坡體前緣拋石、鋪設(shè)石籠以使坡腳的土體免受庫(kù)水沖刷。

b.改變滑坡體外形，設(shè)置抗滑建筑物。對(duì)于因失去支撐而發(fā)生滑坡或使滑坡床變陡的情況，可采用修建支擋工程(抗滑樁、抗滑擋墻)的辦法，增加滑坡的重力平衡條件，使滑體迅速恢復(fù)穩(wěn)定。對(duì)推動(dòng)式滑坡或由于錯(cuò)落轉(zhuǎn)化而成的滑坡，因其具有直陡下緩的滑動(dòng)面，對(duì)后部主滑段的發(fā)展起著決定性的作用，可采用在主滑段減重的措施，減少滑坡推力。在滑體或滑帶土具有卸載膨脹開(kāi)裂特性的情況下，不宜采用減重措施。

3.2 邊坡加固處理方案比選

根據(jù)該工程段的沉陷開(kāi)裂特點(diǎn)及現(xiàn)狀，結(jié)合邊坡加固處理的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范要求，選擇兩個(gè)邊坡加固處理方案進(jìn)行比選。

a.拋填塊石護(hù)腳+C15埋石混凝土墊座+M7.5漿砌石重力式擋土墻加固方案：將沉陷開(kāi)裂滑體卸載，岸坡腳拋填塊石，親水平臺(tái)內(nèi)側(cè)7m處修筑重力式擋土墻，擋墻基礎(chǔ)設(shè)置埋石混凝土墊座方案。該方案將已開(kāi)裂不穩(wěn)定的已建污水管、護(hù)坡、青石欄桿拆除，新建埋石混凝土墊座+重力式擋土墻，墊座基礎(chǔ)置于穩(wěn)定巖石基面上，重建污水管、護(hù)坡、青石欄桿和已遭受破壞的搶險(xiǎn)路面等。

b.抗滑樁加固方案：設(shè)置兩排圓截面直徑1.5m的C15鋼筋混凝土抗滑(孔)樁(人工開(kāi)挖孔樁)，每排孔樁的樁孔間距為4.0m，每根孔樁長(zhǎng)度均為18m，其中土層9m，深入基巖9m。第1排孔樁布置于防洪護(hù)岸搶險(xiǎn)道路(江濱路)青石欄桿外邊的平臺(tái)，樁頂高程持平，為198.40m。第2排孔樁為貼親水平臺(tái)漿砌石擋墻外側(cè)布置，樁頂高程齊平親水平臺(tái)頂，為194.53m?？够?孔)樁樁基巖性主要為灰黑色頁(yè)巖及泥灰?guī)r，拆除已開(kāi)裂破壞的污水管、護(hù)坡、青石欄及搶險(xiǎn)道路(江濱路)，并重建。

表2 邊坡加固處理方案比較

通過(guò)對(duì)表2所列的工程布置、施工條件及工期、運(yùn)行管理、工程投資費(fèi)用進(jìn)行綜合比較，發(fā)現(xiàn)方案1遠(yuǎn)優(yōu)于方案2。因此，選擇方案1為加固處理方案，如下圖所示。

加固處理橫剖面圖

3.3 加固后邊坡穩(wěn)定計(jì)算

3.3.1 穩(wěn)定與應(yīng)力計(jì)算

3.3.1.1 計(jì)算假定

a.擋墻頂195.65m高程至搶險(xiǎn)道路路面高程198.40m(厚度2.75m)，按均勻土層作用于擋土墻，活荷載按10kN/m2計(jì)，則擋墻內(nèi)土層頂按梯形分布荷載最大值為q=72.7kN/m2。

b.擋土墻排水系統(tǒng)是有效的。

c.使用朗肯土壓力理論計(jì)算主動(dòng)土壓力值。

d.不考慮地震荷載(工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度小于0.05g，地震基本烈度小于Ⅵ度)和風(fēng)浪荷載對(duì)擋土墻的作用。

3.3.1.2 荷載組合

正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件下，各種計(jì)算工況的荷載組合詳見(jiàn)表3。

表3 正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件下的荷載組合

該護(hù)岸擋土墻抗滑、抗傾穩(wěn)定計(jì)算和墻底基礎(chǔ)壓應(yīng)力計(jì)算，分別采用堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50286—98)中公式進(jìn)行?？够瑯斗€(wěn)定計(jì)算主要依據(jù)水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范(SL 386—2007)。

計(jì)算工況和計(jì)算條件見(jiàn)表4。該邊坡距下游下湘水電站壩首約7km(不考慮水庫(kù)下游水位及其經(jīng)常性降落)，滑坡前緣部分受下湘水電站庫(kù)水浸泡，屬臨水滑坡。

表4 計(jì)算條件和計(jì)算工況

3.3.2 計(jì)算成果分析

加固處理后穩(wěn)定計(jì)算成果如表5所示。

上述4種計(jì)算工況的控制工況為表4中工況2，由表5可知加固后邊坡穩(wěn)定計(jì)算滿足設(shè)計(jì)安全要求。

表5 邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果

說(shuō)明：混凝土與基面摩擦系數(shù)f=0.50，填土容重γt=19kN/m3，土飽和容重γ=10.8kN/m3，混凝土容重γ=24kN/m3，4 級(jí)堤防正常運(yùn)用條件[K]=1.10，[Kc]=1.45；非正常運(yùn)用條件[K]=1.05，[Kc]=1.35

4 結(jié) 論

a.本邊坡加固處理后經(jīng)受兩個(gè)洪水期多場(chǎng)洪水的考驗(yàn)，加固處理方案可行。

b.卸掉斜坡已滑動(dòng)坡體荷載后，采用拋填塊石護(hù)腳，親水平臺(tái)內(nèi)側(cè)7m處修筑重力式擋土墻，擋墻基礎(chǔ)設(shè)置埋石混凝土墊座方案，安全經(jīng)濟(jì)可靠，是中小型水庫(kù)庫(kù)區(qū)邊坡加固處理較常用的方法。

c.水庫(kù)水位驟降對(duì)庫(kù)區(qū)邊坡影響很大，易發(fā)生塌岸及滑坡，建議水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度盡可能地避免驟降情況。

d.庫(kù)區(qū)岸坡修建防洪堤或防洪護(hù)岸時(shí)，應(yīng)盡可能不破壞原岸坡植被，防止岸坡失去支撐減少了抗滑力而產(chǎn)生滑坡?！?/p>

[1] GB 50286—98 堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

[2] SL 386—2007水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 何艷華,翟志勇,翟廣飛.港口灣水庫(kù)溢洪道邊坡穩(wěn)定性分析[J].西部探礦工程,2006(03).

ProjectDesignforReservoirSlopeReinforcementTreatment

WEI Yong-gong1, FANG Liang-wu2

(1. Guangxi Hechi Hydraulic and Electric Survey and Design Institute, Hechi 547000, China;2. Guangxi Yunlong Tendering Co., Ltd., Nanning 547000, China)

The stability of reservoir slope has great influence on reservoir safety and power plant use. In the paper, based on project actual condition of Xiaxiang hydro-power station, slope geological conditions causing landslide is integrated for analyzing the stability of the side slope. It is obvious that adopting‘block stone throwing and filling + buried stone concrete pedestal+ gravity retaining wall’ under the the geological situation in the reservoir area for stabilizing and reinforcing landslide is in full compliance with reinforcement requirements. The case can be adopted by other similar projects as reference.

slope stability; gravity retaining wall; stone throwing and filling; buried stone concrete pedestal

TV697.3

A

1005-4774(2014)09-0029-04