某電站廠房邊坡設(shè)計(jì)實(shí)例分析

【摘要】工程地處新疆維吾爾自治區(qū)莎車縣境內(nèi)，工程等別為Ⅲ等工程，工程規(guī)模為中型。電站廠房為3級(jí)建筑物；廠房邊坡為Ⅱ級(jí)A類邊坡；工程區(qū)50年超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度為0.2g，對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度。廠房為深開挖地面廠房，廠區(qū)平臺(tái)以上永久邊坡為土質(zhì)邊坡，永久邊坡平均高度為35m，對(duì)永久邊坡進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算并確定邊坡支護(hù)形式。

【關(guān)鍵詞】土質(zhì)邊坡；邊坡支護(hù)；高邊坡；穩(wěn)定計(jì)算

水電工程因工程建筑物的布置要求，具有工程邊坡開挖深、高度高的特殊性。在施工過程中，高邊坡的穩(wěn)定性直接關(guān)系到工程的整體質(zhì)量以及施工進(jìn)度，加強(qiáng)高邊坡的加固和治理工作至關(guān)重要。

1.工程概述

工程地處新疆維吾爾自治區(qū)莎車縣境內(nèi)，工程主要由攔河引水樞紐、輸水建筑物、前池、壓力管道及電站廠房等主要建筑物組成。電站裝機(jī)容量180MW，多年平均年發(fā)電量5.25億kW·h，發(fā)電流量375.6m3/s；工程等別為Ⅲ等工程，工程規(guī)模為中型；電站廠房為3級(jí)建筑物。電站廠房為深開挖地面廠房，總挖深約59m，廠區(qū)地坪以上永久邊坡為土質(zhì)邊坡。永久邊坡平均高度為35m，每10m設(shè)一級(jí)馬道，共設(shè)3級(jí)馬道，馬道寬度2m。

2.基本資料

2.1地形地質(zhì)條件

廠址處為大厚度第四系地層，上部為洪積含土礫石層（Q4al），厚2～12m，結(jié)構(gòu)中密；中部以全新統(tǒng)洪積（Q4pl）低液限粉土為主，具中等濕陷性；底部為中更新統(tǒng)沖積砂卵礫石層（Q2al），結(jié)構(gòu)密實(shí)，有膠結(jié)現(xiàn)象，地下水埋深約31m。廠房基礎(chǔ)挖深59m左右，基礎(chǔ)持力層為中更新統(tǒng)沖積砂卵礫石層，基礎(chǔ)承載力標(biāo)準(zhǔn)值600KPa，地質(zhì)建議開挖邊坡見表1。

2.2氣象資料

流域山區(qū)徑流形成區(qū)域內(nèi)各路水汽難以進(jìn)入，呈現(xiàn)為典型的內(nèi)陸干旱區(qū)氣候。流域內(nèi)暴雨多出現(xiàn)在3月～9月，大多數(shù)暴雨是中小量級(jí)的暴雨，大暴雨不多。由于流域內(nèi)地形復(fù)雜，全流域性的大暴雨較少，一次暴雨的歷時(shí)一般在1d左右。在我國一般規(guī)定為日降水量≥50.0mm者，稱之為暴雨。對(duì)位于干旱地區(qū)的新疆而言，此值過大，為此，新疆氣象局規(guī)定，日降水量≥25.0mm者，稱為暴雨。依據(jù)此規(guī)定，1955～2007年間，位于廠址下游約26km處卡群水文站歷年日降水量≥25.0mm的暴雨場次共6場，位于廠址上游約76km處庫魯克欄干水文站歷年日降水量≥25.0mm的暴雨場次僅1場。根據(jù)卡群水文站資料多年平均降水量為69.98mm，月最大降水量為12.75mm；多年平均蒸發(fā)量為1758.0mm，月最大蒸發(fā)量266.5mm。

3.邊坡設(shè)計(jì)

3.1邊坡結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)推薦廠址位置地形地貌條件，為減小移民占地影響及控制工程投資結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)按現(xiàn)有的廠區(qū)地形、地質(zhì)及施工條件，進(jìn)行開挖邊坡設(shè)計(jì)。廠房開挖形成最大永久邊坡高約35m，最大臨時(shí)邊坡高25.7m，根據(jù)邊坡的實(shí)際情況，臨時(shí)開挖邊坡1：1，永久開挖邊坡為1：1.5。廠房永久邊坡每10m設(shè)一寬2.0m的馬道，永久邊坡共設(shè)3級(jí)馬道。主廠房右側(cè)開挖邊坡見圖1。

3.2邊坡穩(wěn)定計(jì)算

電站廠房建筑物級(jí)別為3級(jí)，廠區(qū)開挖邊坡高度30m以上，根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5353）規(guī)定，確定廠房邊坡等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

計(jì)算采用二維極限平衡法，對(duì)廠房邊坡在持久設(shè)計(jì)工況（正常運(yùn)行情況）、短暫設(shè)計(jì)工況（施工期運(yùn)行情況）、偶然設(shè)計(jì)工況（正常運(yùn)行遭遇Ⅷ度地震情況）下的抗滑穩(wěn)定狀況分別進(jìn)行計(jì)算。邊坡穩(wěn)定分析采用中國水利水電科學(xué)研究院開發(fā)的土質(zhì)邊坡分析軟件STAB2008計(jì)算，計(jì)算方法是畢肖普法。邊坡土層物理力學(xué)指標(biāo)詳見表2，邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果見表3。

3.3邊坡支護(hù)形式

通過穩(wěn)定計(jì)算，廠房邊坡在各工況下均滿足規(guī)范要求，為防止邊坡坡面受損影響工程安全，對(duì)永久邊坡坡面設(shè)置混凝土網(wǎng)格梁防護(hù)設(shè)計(jì)。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，邊坡排水系統(tǒng)由邊坡頂部的截水溝和縱向排水溝以及廠區(qū)平臺(tái)（高程1590.00m）四周坡腳排水溝組成，形成立體排水通道，將水匯集排至尾水渠排水溝，最終排入河床，保證廠房安全，排水溝尺寸為500×500mm。邊坡支護(hù)大樣見圖2。

3.4.邊坡監(jiān)測設(shè)計(jì)

鑒于邊坡工程的復(fù)雜性和地質(zhì)勘查的局限性；以及隨著工程建設(shè)的進(jìn)展，邊坡環(huán)境發(fā)生的變化，對(duì)邊坡進(jìn)行針對(duì)性的安全監(jiān)測是必須的?？紤]本工程地下水位比較低，工程區(qū)降雨少，本工程監(jiān)測設(shè)計(jì)為在廠房邊坡每級(jí)馬道均布4個(gè)變形監(jiān)測點(diǎn)、共12個(gè)、為現(xiàn)澆砼墩200mm×200mm×300mm（長×寬×高），墩頂為預(yù)埋觀測點(diǎn)、定期采用光學(xué)儀器監(jiān)測。

4.結(jié)語

本工程目前剛結(jié)束可研階段審查，隨著后期資料的豐富，應(yīng)進(jìn)一步復(fù)核邊坡穩(wěn)定及加固措施。在工程施工階段應(yīng)做好地下水排水工作，在開挖完成后應(yīng)迅速做好永久坡面防護(hù)、預(yù)埋監(jiān)測觀測點(diǎn)，定期及時(shí)監(jiān)測以防止發(fā)生事故。

參考文獻(xiàn)：

[1] DL/T5353-2006，水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2] 索麗生，劉寧，等.水工設(shè)計(jì)手冊（第2版）第10卷邊坡工程與地質(zhì)災(zāi)害防治[M].北京：中國水利水電出版社，2014.

作者簡介：陳銘（1987年1月-），男，漢族，本科，工程師，湖南長沙人，現(xiàn)主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。