楊房溝水電站旦波崩坡積體穩(wěn)定及治理措施研究

魏海寧，殷 亮，劉曉宇，李 強

(中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310014)

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楊房溝水電站旦波崩坡積體穩(wěn)定及治理措施研究

魏海寧，殷 亮，劉曉宇，李 強

(中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310014)

楊房溝水電站旦波崩坡積體位于壩址上游約500 m處，變形失穩(wěn)將會給工程帶來不良影響。采用摩根斯坦法和畢肖普法對旦波崩坡積體的穩(wěn)定性進行分析，得出其最不利滑面不滿足穩(wěn)定要求，需進行加固治理。通過經(jīng)濟技術(shù)綜合比較，提出采用錨索抗滑樁+框格梁錨索聯(lián)合加固措施，計算表明此加固措施效果良好；同時提出崩坡積體穩(wěn)定分析及治理的設(shè)計思路。

崩坡積體；摩根斯坦法；畢肖普法；安全系數(shù)，抗滑樁；錨索

1 問題的提出

楊房溝水電站位于四川省涼山州境內(nèi)的雅礱江中游河段上，屬一等大(1)型工程。樞紐主要建筑物由混凝土雙曲拱壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。旦波崩坡積體位于壩址上游約500 m處，崩坡積物厚度10～40 m，總方量約310萬m3。由于該崩坡積體距大壩較近，變形失穩(wěn)將會給工程帶來不良影響，其穩(wěn)定性狀況如何，如何進行有效的處理，是該工程必須解決的技術(shù)問題，因此開展旦波崩坡積體穩(wěn)定性分析及處理措施研究是非常必要的。

本文采用摩根斯坦(Morgenstern-Price)法和畢肖普(Bishop)法對旦波崩坡積體的穩(wěn)定性進行分析，計算不同工況下的穩(wěn)定性安全系數(shù)，并提出崩坡積體治理的分析方法和工程措施。

2 崩坡積體基本特征

崩坡積體沿江近南北展布，東西長約560 m，南北寬約330 m，整體上呈倒置“茶杯”形分布，上小下大，分布面積約16萬m2，總體積約310萬m3(見圖1)。崩坡積體分布在高程2 050.00～2 465.00 m，2 050.00 m高程以下為臨江陡壁。崩坡積體地形前陡后緩，坡度變化范圍10°左右，總體坡度約38°(見圖2)。

崩坡積體總體上分為2大層：混合土碎石層(平均厚18.10 m)和碎石土層(平均厚1.50 m)。目前，崩坡積體整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，未見顯著變形、破壞跡象，也沒有“馬刀樹”、“醉漢林”等現(xiàn)象，但其坡面及基巖面陡，底部有軟弱層分布，地下水活躍，對邊坡穩(wěn)定不利，因此，定性分析該崩坡積體屬于潛在不穩(wěn)定邊坡。

圖1 旦波崩坡積體平面圖

圖2 旦波崩坡積體III-III’工程地質(zhì)剖面圖

3 穩(wěn)定性研究

3.1 計算條件

計算共取3個代表性剖面，I-I’、 II-II’剖面沿與邊坡走向正交的方向選取，邊坡上游部分走向逐漸轉(zhuǎn)向NW向，且覆蓋層厚度沿上游方向逐漸加深，III-III’為可能的滑動方向。

共分5種工況：天然工況、暴雨工況、蓄水工況、蓄水+暴雨工況、蓄水+地震工況。 地下水位狀況：天然工況取實測地下水位線；蓄水工況以天然工況實測水位線為基礎(chǔ)根據(jù)蓄水位進行推測，考慮崩坡積體分布高程較高、坡體較陡，且崩坡積體主體物質(zhì)呈強透水性，蓄水對其中上部地下水位基本無影響，蓄水后地下水位線按坡外水位線以緩傾角向坡內(nèi)延伸，與天然地下水位線相接；暴雨工況由于缺乏系統(tǒng)的地下水位監(jiān)測資料，根據(jù)少量觀測資料，雨季崩坡積體中地下水水位相對抬升，基覆界面以上有地下水徑流作用，本計算對孔隙水壓力進行簡化，考慮崩坡積體形成時間已較長，目前在經(jīng)歷了暴雨工況后依然保持穩(wěn)定，表明其在暴雨工況下的穩(wěn)定系數(shù)至少在1.00～1.05，故碎石層的強度指標用暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.00～1.05來反演，反演計算中暴雨工況按2.00～3.00 m厚度的土體飽水狀態(tài)進行分析，本計算暴雨工況模擬與參數(shù)反演計算一致。

地震計算采用規(guī)范推薦的擬靜力法，其抗震設(shè)防標準采用50 a超越概率10%設(shè)計，相應(yīng)基巖地震動峰值加速度為144.5 gal。擬靜力計算時，地震效應(yīng)折減系數(shù)取0.25，并考慮一定的動態(tài)分布系數(shù)。

根據(jù)DL/T 5353—2006《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》[1]，邊坡設(shè)計安全系數(shù)控制標準見表1。

表1 邊坡設(shè)計安全系數(shù)表

3.2 計算參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場試驗、工程地質(zhì)類比和反演分析強度參數(shù)等方法，經(jīng)綜合考慮，計算采用的崩坡積體物理力學(xué)參數(shù)見表2。

表2 旦波崩坡積體巖土體參數(shù)綜合取值表

3.3 計算結(jié)果

分別對各剖面進行穩(wěn)定計算，各工況下搜索最危險滑面，相應(yīng)安全系數(shù)見表3，控制工況最不利滑面示意見圖3～5。

表3 穩(wěn)定性計算結(jié)果表

續(xù)表3

圖3 I-I′剖面蓄水+暴雨工況最不利滑面示意圖

圖4 II-II′剖面蓄水工況最不利滑面示意圖

圖5 III- III′剖面蓄水工況最不利滑面示意圖

3.4 穩(wěn)定性分析

3個剖面最不利滑面位置基本一致，位于崩坡積體中下部，高程位于2 050.00～2 300.00 m。Ⅰ-Ⅰ′剖面暴雨工況、蓄水工況、蓄水+暴雨工況不滿足穩(wěn)定要求，蓄水+暴雨為控制工況；Ⅱ-Ⅱ′剖面蓄水及蓄水+地震工況不滿足穩(wěn)定要求，蓄水為控制工況；Ⅲ-Ⅲ′剖面僅暴雨工況滿足穩(wěn)定要求，其余工況均不滿足，其中蓄水為控制工況。3個剖面均不滿足穩(wěn)定要求，需要采取有效的治理措施，以保證崩坡積體的安全穩(wěn)定。

4 治理措施分析

根據(jù)旦波崩坡積體的地形、地質(zhì)條件及穩(wěn)定計算結(jié)果及分析，擬定以下幾個處理方案：方案1—錨索抗滑樁+框格梁錨索，方案2—框格梁錨索，方案3—開挖清除。各方案均設(shè)置地表截排水溝、地下排水洞，使之組成立體的排水系統(tǒng)。地表排水主要是沿崩坡積體界線外5～10 m設(shè)置周邊截、排水溝，沿坡體表面每隔80 m布設(shè)橫排水溝，并與周邊截水溝連接起來，組成地表的排水網(wǎng)絡(luò)，將地表水引出坡體范圍之外，以減少地表水下滲和對坡面的淘刷。設(shè)置地下排水洞系統(tǒng)，在正常蓄水位以上，沿崩坡積體底界面以下附近布置2層主排水洞，洞間高差50.00 m。每層主排水洞內(nèi)設(shè)置4條排水支洞，支排水洞伸入崩坡積體底界面內(nèi)，并在支排水洞頂部設(shè)置排水孔等排水設(shè)施。

以上3個方案均可使旦波崩坡積體的穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。方案3需進行大面積開挖，對整個崩坡積體的擾動影響大，棄渣量大，對環(huán)境影響大，因此不宜采用。方案1錨索抗滑樁抗滑能力大、支擋效果好，且對滑體穩(wěn)定性擾動小、施工安全，同時設(shè)樁靈活，并能夠及時增加滑體抗滑力[2]。方案2與方案1投資相當，需布置860根2 000～3 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索，考慮錨索的錨固力損失可能較大，且大量崩坡積體錨索鉆孔施工難度大、進度慢，從長久安全運行及施工方便的角度考慮，該方案1較優(yōu)。經(jīng)過綜合分析比較，推薦采用錨索抗滑樁+框格梁錨索對崩坡積體進行加固。抗滑樁的樁位在斷面上應(yīng)設(shè)在滑坡體較薄、錨固段地基強度較高的地段[3]，因此擬在高程2 102.00 m處設(shè)置1排錨索抗滑樁。

計算表明，為使崩坡積體滿足穩(wěn)定要求，抗滑樁需提供的抗滑力為Ⅰ-Ⅰ′剖面2 300 kN/m，Ⅱ-Ⅱ′剖面2 700 kN/m，Ⅲ-Ⅲ′剖面8 500 kN/m。Ⅲ- Ⅲ′剖面剩余下滑力較大、覆蓋層厚度大，常規(guī)抗滑樁不能滿足受力要求，為控制抗滑樁尺寸規(guī)模，減小下滑力，采用布置9排共135根2 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合加固，此時抗滑樁提供6 000 kN/m的抗滑力即可使滑體滿足穩(wěn)定要求。

因此，在2 102.00 m高程布設(shè)1排預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，Ⅲ-Ⅲ′剖面抗滑樁斷面尺寸4 m×6 m，軸間距7.0 m，樁長48～65 m，樁頂設(shè)4束3 000 kN級的預(yù)應(yīng)力錨索；Ⅰ-Ⅰ′、Ⅱ-Ⅱ′剖面抗滑樁斷面尺寸3 m×5 m，軸間距11.0 m，樁長34～51 m，樁頂設(shè)2束2 500 kN級的預(yù)應(yīng)力錨索。每根樁的入巖深度≥樁總長的1/3。同時Ⅲ-Ⅲ′剖面區(qū)域布置9排2 000 kN錨索，間距4 m×4 m，錨索長度65～70 m。對崩坡積體進行加固后，各剖面穩(wěn)定性均滿足要求，其穩(wěn)定性計算結(jié)果見表4。

表4 崩坡積體加固后穩(wěn)定性計算結(jié)果表

5 結(jié) 論

本文通過運用摩根斯坦法和畢肖普法對旦波崩坡積體的穩(wěn)定性及治理措施進行研究，得出如下結(jié)論：

(1)旦波崩坡積體最不利滑面位于其中下部，高程2 050.00～2 300.00 m，天然、暴雨、蓄水、蓄水+暴雨及蓄水+地震工況不滿足穩(wěn)定性要求，需采取有效的治理措施，以保證其安全穩(wěn)定；

(2)提出了錨索抗滑樁加固方案，特別是對于下滑力較大且覆蓋層較厚的情況，除在樁頂布置錨索外，在樁上部邊坡再增設(shè)錨索，即錨索抗滑樁+錨索聯(lián)合加固，并計算出安全系數(shù)為1.15時需增加9排2 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索，間距4 m×4 m；

(3)同時也得出崩坡積體穩(wěn)定分析及治理的設(shè)計思路，即：分析地形地質(zhì)特點，確定失穩(wěn)模式—全面搜索最不利滑面，確定潛在滑體—綜合地質(zhì)地形特點，選擇經(jīng)濟合理治理措施—計算分析進行驗證。

[1]水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院．DL/T 5353—2006水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范[S]．北京：電力出版社，2007.

[2]鄭穎人，陳祖煜，王恭先,等.邊坡與滑坡工程治理 [M].2版.北京：人民交通出版社，2010:440.

[3]李海光.新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程實例 [M].2版.北京：人民交通出版社，2004:287.

(責(zé)任編輯 姚小槐)

2015-08-11

魏海寧(1984- )，男，工程師，碩士，主要從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。E-mail：wei-hn@ecidi.com

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