深圳抽水蓄能電站工程下庫邊坡土釘支護設(shè)計

【摘要】土釘支護是基于新奧法理論發(fā)展起來的邊坡支護技術(shù)，與傳統(tǒng)的砼貼坡?lián)鯄?、堆石護坡、削坡卸載、抗滑樁加固等支護方法相比較，具有經(jīng)濟可靠、結(jié)構(gòu)輕柔、施工設(shè)備簡單、施工占用場地少、對周圍環(huán)境的干擾小等優(yōu)點，特別是持續(xù)、漸變的變形特點，使得土釘實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計和信息化施工，因而深受工程技術(shù)人員的喜愛。本文主要介紹土釘技術(shù)在深圳抽水蓄能電站工程中邊坡土釘設(shè)計的應(yīng)用情況和個人的體會。

【關(guān)鍵詞】下庫邊坡；支護；土釘

中圖分類號：〔TV91〕 文獻標(biāo)識碼：A

1、基本概況

深圳抽水蓄能電站下水庫是利用已建的銅鑼徑水庫進行擴容改建。下水庫正常蓄水位為80.00m，死水位60.00m，調(diào)節(jié)庫容1625.24萬m3，工作水頭20m，調(diào)節(jié)庫容1545萬m3。下庫進出水口位于銅鑼徑水庫庫尾，水流主要來自左側(cè)狹窄的過流斷面，為側(cè)式進出水口。下庫進出水口邊坡較高，高度達33.45m。該坡為土質(zhì)邊坡，受下庫進出水口邊坡施工開挖影響，邊坡地形較零亂，且處在水庫動水區(qū)內(nèi)，自穩(wěn)能力差，根據(jù)抽水蓄能電站水庫水位變化頻繁、變幅較大的特點，同時由于下水庫消落深度（20m）較大，庫面較窄，庫岸邊坡較陡，在驟降工況易引起邊坡失穩(wěn)，局部覆蓋層較厚的部位可能會產(chǎn)生崩坍、淺層滑落等庫岸失穩(wěn)現(xiàn)象，需要驗算不同工況條件下的邊坡穩(wěn)定。

2、地形地質(zhì)條件

深蓄下水庫利用銅鑼徑水庫擴建而成，位于上水庫北面橫坪公路北側(cè)，距上水庫約4.3km，在三洲田水庫下游，響水河流入庫中。銅鑼徑水庫由三條呈“土”字型大沖溝組成，地形總體上呈東南高（山頂高程一般150～250m）、西北低（山頂高程一般100～150m）。庫周沖溝水匯集于庫盆經(jīng)西側(cè)主壩址流出庫外，庫周山坡坡度一般在20～25°，局部達30°，植被茂盛。

邊坡工程地質(zhì)推測如下：

（1）表層為第四系地層（Q）：坡面為坡積土（QDL）覆蓋，厚約1.6～2m，可塑狀；69m高程以下至坡腳57m高程，上部為1m～3m厚人工松散堆積層（QS），土質(zhì)松軟、邊坡面已見多處失穩(wěn)沖溝；坡腳（57m高程）以外為水庫底，表層為沖積（Qal）層，約0.5m～3m，少見淤泥，土質(zhì)軟塑狀。

（2）基巖為花崗巖：全風(fēng)化（Ⅴ）層分布廣泛，埋深約12m～14m，上部可塑、下部硬塑～堅硬狀，但在57m高程庫底部位因長期飽水一定深度內(nèi)呈軟塑狀。

（3）強～弱風(fēng)化基巖，埋深較深，分布廣泛，巖石堅硬。

該坡為土質(zhì)邊坡，受橫坪公路、下庫進出水口邊坡施工開挖影響，邊坡地形較零亂，且處在水庫動水區(qū)內(nèi)，自穩(wěn)能力差，應(yīng)作加回處理。

土樣室內(nèi)試驗結(jié)果，坡積層飽和快剪強度指標(biāo)平均值C=16.3kPa，φ=24.6°，三軸壓縮試驗（固結(jié)不排水剪）總應(yīng)力強度參數(shù)平均值Ccu=20.8kPa，φcu=22.8°，有效應(yīng)力強度參數(shù)平均值C′=17.8kPa，φ′=26.4°；全風(fēng)化帶飽和快剪強度指標(biāo)平均值C=15kPa，φ=27°，三軸壓縮試驗（固結(jié)不排水剪）總應(yīng)力強度參數(shù)平均值Ccu=27.6kPa，φcu=23.2°，有效應(yīng)力強度參數(shù)平均值C′=22.7kPa，φ′=28.3°。庫岸大部分范圍坡角大于土層內(nèi)摩擦角，存在庫水漲落時坡度較陡地段可能會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。

3、邊坡土釘設(shè)計

3.1 土釘支護方案的確定

一般邊坡加固處理主要方法有：砼貼坡?lián)鯄Α⒍咽o坡、削坡卸載、抗滑樁加固、壓重護腳及錨桿土釘支護等方案。由于下水庫邊坡山體雄厚，庫岸山體較陡，用砼貼坡?lián)鯄蚨咽o坡則工程量較大，且堆石護坡坡度較緩，減少有效庫容；抗滑樁加固直接影響到進出水口邊坡底下的隧洞，也不宜考慮；從地質(zhì)提供的土層穩(wěn)定的邊坡坡比為1：2，如果按照1：2的邊坡進行設(shè)計，需要挖除現(xiàn)狀的橫坪一級公路，也不現(xiàn)實。根據(jù)下水庫進出水口地形地質(zhì)條件，初步設(shè)計方案為﹕54.25m～58.00m高程垂直開挖，58.00m～80.00m高程1：1.3開挖，80.00m～87.70m高程1：0.75開挖，采用錨桿土釘面板護坡方案。

3.2 參數(shù)設(shè)計

支護設(shè)計的原則是安全可靠，并根據(jù)施工的過程中得到信息后改進設(shè)計，設(shè)計步驟依次如下：

（1）按經(jīng)驗設(shè)定參數(shù)，初步計算土釘受力最大的拉力。

在使用狀態(tài)下每一土釘中的最大拉力T可用下式求出：

式中：：為孔壁抗拔力，d為鉆孔孔徑，為全風(fēng)化土體與錨固體極限摩阻力，為強風(fēng)化巖體與錨固體極限摩阻力，為土釘在全風(fēng)化土中的有效錨固長度，為土釘在強風(fēng)化巖體中的有效錨固長度，為釘材與砂漿界面有效錨固力，為鉆孔孔徑，為釘材與砂漿界面極限摩阻力，為土釘釘材抗拉力，為鋼筋抗拉強度設(shè)計值。

土釘?shù)脑O(shè)計長度按保證孔壁抗拔力大于土釘釘材抗拉力考慮，則土釘?shù)氖芾休d力設(shè)計值

（4） 內(nèi)部整體穩(wěn)定分析。土釘支護內(nèi)部穩(wěn)定分析采用圓弧滑動面條分法，輸入各層土的物理參數(shù)

、土釘參數(shù)等，臨界滑動面位置由計算機確定。

計算程序：采用武漢大學(xué)SeepV3.0軟件計算滲流，采用陳祖煜編制的土石壩專用程序—“土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析（STAB2005）程序”進行穩(wěn)定計算和理正巖土計算中邊坡穩(wěn)定分析進行對比，采用土釘參數(shù)為：54.25m～58.00m高程采用3m的的20錨桿，間距1.5m，排距1.5m ；58.00m～80.00m高程邊坡采用長6m的的32土釘，間距1.5m，排距1.5m 。采取上述開挖及支護方式后邊坡穩(wěn)定滿足規(guī)范設(shè)計要求。

（5）噴混凝土面層設(shè)計。本工程支護面層采用噴50mm厚C25砼， 然后設(shè)置面板設(shè)置一層14鋼筋網(wǎng)，面板砼厚度250mm，每根土釘設(shè)置短鋼筋與土釘焊接，并包裹在噴砼層內(nèi)。

4、總結(jié)

（1） 對于抽水蓄能電站邊坡在水位驟降時，邊坡處于最危險的狀態(tài)，即系正常蓄水位到死水位的驟降，土體處于飽和狀態(tài)，特別不滿足在地質(zhì)提出的穩(wěn)定邊坡，需要進行各種水位驟降的反復(fù)驗算，合理提出支護方案，同時加強高邊坡的巡視及觀測，做好安全防范措施，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

（2） 土釘支護面板砼適當(dāng)設(shè)置一層鋼筋網(wǎng)，防止面板砼由于溫度過高產(chǎn)生邊坡的裂縫，同時在土釘錨桿的頭部適當(dāng)預(yù)緊力，增強土體穩(wěn)定性。

（3） 在坡頂設(shè)置截水溝，減少雨水對坡面的直接沖刷；邊坡排水孔適當(dāng)增大，保持排水孔的通暢性，可以適當(dāng)增加塑料排水盲溝，形成排水系統(tǒng)管網(wǎng)。

（4） 從土釘計算公式來看，孔壁抗拔力是影響土釘?shù)氖芾休d力最關(guān)鍵的因數(shù)，土釘錨桿應(yīng)盡可能伸入強風(fēng)化巖體，提高土釘?shù)氖芾休d力。

（5） 從國內(nèi)外土釘支護的失敗例子來看，地表水、地下水的不利作用至關(guān)重要，所以應(yīng)作好地表水的攔截和坡面水、地下水的排水工作，并充分考慮地下水的作用對邊坡土的物理力學(xué)性能的不利影響。

參考文獻：

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〔3〕姚禮敏， 譚季麓，土釘技術(shù)在東深供水改造工程深基坑支護中的應(yīng)用〔J〕. 中國農(nóng)村水利水電：北京， 2001.（1）39-40

作者簡介：鐘德培，男，工程師，本科，主要從事水利水電工程設(shè)計工作。