邊坡抗滑穩(wěn)定計算及支護(hù)方案比選

王 力

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550002）

上尖坡水電站位于蒙江的左源支流漣江下游羅甸縣境內(nèi)，距貴陽市164 km，距羅甸縣城69 km，是漣江梯級開發(fā)第4級的水電站，上游為團(tuán)坡電站，下游為蒙江干流雙河口電站。項(xiàng)目施工規(guī)模較大，所耗費(fèi)的時間也比較長，涉及到許多方面的問題，本文將主要從邊坡抗滑穩(wěn)定計算與支護(hù)這兩個角度，對相關(guān)問題闡述。

1 工程邊坡抗滑穩(wěn)定性計算

根據(jù)工程地形地質(zhì)現(xiàn)狀，選取2個代表地質(zhì)剖面作為邊坡穩(wěn)定計算剖面，分別大壩上游、大壩下游剖面?，F(xiàn)對這兩個區(qū)域的穩(wěn)定性進(jìn)行詳細(xì)研究，基本組合：自重（干容重）+抗滑力/特殊組合：自重（飽和容重）+抗滑力。

1.1 設(shè)計工況

持久設(shè)計工況：正常運(yùn)用工況，采用基本組合設(shè)計；

短暫設(shè)計工況：運(yùn)行期下雨。

1.2 各剖面滑體穩(wěn)定示意圖

剖面簡圖如圖1所示。

圖1 剖面簡圖示意圖

地質(zhì)剖面如圖2、圖3所示。

圖2 地質(zhì)剖面示意圖

圖3 地質(zhì)剖面示意圖

1.3 滑體滑動模式

各剖面滑體滑動模式均為單滑面，見表1。

表1 滑體滑動模式表

1.4 計算采用方法

按單米寬巖體單滑面模式，采用二維剛體極限平衡計算，按下列公式計算：

式中：f’為滑動面的摩擦系數(shù)；c’為滑動面凝聚力（MPa）；L 為滑動面長度（m）；G為滑塊重力（kN）；β為滑動面傾角；K為邊坡的安全系數(shù)；持久設(shè)計工況計算結(jié)果見表2。

短暫設(shè)計工況計算結(jié)果見表3。

表2 持久設(shè)計工況安全系數(shù)表（支護(hù)前，f'=0.22，c'=0.005MPa）

表3短暫設(shè)計工況安全系數(shù)表（支護(hù)前，f'=0.22，c'=0.005MPa）

根據(jù)上述計算，各計算剖面滑體安全系數(shù)都不滿足穩(wěn)定要求，必須加固或減載。

2 邊坡抗滑穩(wěn)定性加固方案比較

方案一：大壩上游邊坡削坡減載，將大溶隙面以上的巖體挖除，開挖表面掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)。掛網(wǎng)鋼筋φ6.5@200×200，噴10 cm厚C20混凝土。

抗剪平洞斷面為城門洞型，洞寬3 m，高5.5 m，洞內(nèi)配置抗剪鋼筋，并用C30混凝土回填。因?yàn)轫樔芟秾哟蚨?，施工難度較大，一次支護(hù)考慮16號工字鋼支撐、掛網(wǎng)噴錨全洞段支護(hù)，鋼支撐間距0.5 m，φ25錨桿長2.5 m，間距2 m，掛網(wǎng)鋼筋φ6.5@200×200，噴10 cm厚C20混凝土?？辜羝蕉磧?nèi)布置抗剪鋼筋和分布鋼筋，洞頂范圍布置回填灌漿管，用C30混凝土回填密實(shí)形成抗剪洞塞后作回填灌漿[1]。

方案二：635m高程抗剪平洞各設(shè)3條錨固洞，凈距10m，620.5m高程抗剪平洞各設(shè)2條錨固洞，凈距10 m，共計5條錨固洞。

錨固洞長27.58m～40m，斷面型式均為城門洞型，寬3m，高5.5 m。錨固洞與水平面呈20度交角斜向下方，穿入泥化夾層NJ1以下6～7 m。錨固洞在順層溶隙面以上部位圍巖較差，施工難度較大，該段一次支護(hù)考慮16號工字鋼支撐、掛網(wǎng)噴錨全洞段支護(hù)，鋼支撐間距0.5 m，φ25錨桿長2.5 m，間距2 m，掛網(wǎng)鋼筋φ6.5@200×200，噴10 cm厚C20混凝土。洞底段圍巖較好，僅作隨機(jī)支護(hù)[2]。開挖完成后全洞段作固結(jié)灌漿，孔深3 m，間距3 m。錨固洞內(nèi)布置抗彎矩鋼筋和分布鋼筋。洞頂范圍布置回填灌漿管，用C30混凝土回填密實(shí)形成錨固洞后作回填灌漿?；靥罟酀{壓力初擬0.5MPa，固結(jié)灌漿壓力初擬0.2MPa。

方案三：人工挖孔抗滑樁共設(shè)14根樁，總長395m，

樁長22m～31m，樁身為C30鋼筋混凝土。樁身斷面尺寸為2m×3m。630m高程以下大溶隙為空腔，用C20細(xì)石混凝土回填至密實(shí)。開挖坡面用6m長φ25砂漿錨桿掛網(wǎng)噴錨支護(hù)[3]。

圖4 方案三平、剖面示意圖

綜合工程地形地質(zhì)現(xiàn)狀，大壩上游、大壩下游剖面的抗滑穩(wěn)定性加固效果，方案三最符合實(shí)際需求。大壩上游面邊坡削坡減載所需增加的開挖量約10000 m3，經(jīng)過計算，削坡減載后邊坡只需布置表面短錨桿掛網(wǎng)噴混凝土即可保證邊坡穩(wěn)定，費(fèi)用約為52萬元。若采用人工挖孔樁支護(hù)，需要在621.5 m高程布置1排共計5根抗滑樁，費(fèi)用約為107萬元。削坡減載更為經(jīng)濟(jì)。因此，大壩上游側(cè)邊坡采用削坡減載，將大溶隙面上部的巖體挖除，開挖邊坡表面用掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)。表層支護(hù)和深層支護(hù)直接工程費(fèi)估算約為700萬元。

3 人工挖孔抗滑樁演算分析

大壩上游邊坡削坡減載后，留下了大溶隙以下的基巖。其下垂直厚度4~17m位置發(fā)育NJ1泥化夾層，傾角約29°，傾向河床方向[4]。大溶隙與NJ1泥化夾層之間的巖塊有可能在中部沿水平方向剪出坡破壞。從縱剖面圖上看，選擇EL636m和EL621.5m兩個高程作為典型斷面復(fù)核邊坡穩(wěn)定。按單米寬度計算，潛在滑動面為NJ1泥化夾層面。根據(jù)地質(zhì)參數(shù)，S1滑塊的底滑面泥化夾層 615 m 高程以上 f’=0.22，c’=0.005 MPa，S2滑塊的底滑面為完整基巖面，f’=0.8，c’=0.6 MPa。按此參數(shù)計算，S1滑塊沿斜坡面的剩余下滑力F1=3649 kN。將剩余下滑力F1加載到S2滑塊上，沿水平面剪斷面基巖滑出的安全系數(shù)K=5.6，抗滑穩(wěn)定滿足要求。由上述計算結(jié)果可知，上游邊坡減載后，不會沿邊坡中部剪出破壞，所以，大壩上游邊坡采用削坡減載后只作表面支護(hù)，不作深層支護(hù)是安全的。

按單米寬度計算，潛在滑動面為大溶隙面，滑動模式為單滑面滑動。根據(jù)地質(zhì)參數(shù)，大溶隙面606～630 m高程70%為空腔，人工回填細(xì)石混凝土后 f’=0.3，c’=0.05 MPa，630 m 高程以上為全泥型一般情況下f’=0.22，c’=0.005 MPa，連續(xù)暴雨時 f’=0.18，c’=0 MPa。

大溶隙回填混凝土受施工條件限制，只能回填抗滑樁附近及以下的空腔，更遠(yuǎn)的部位無法回填，如圖5所示。

按上述參數(shù)以2-2’剖面計算結(jié)果見表4。

圖5 大壩下游側(cè)滑動參數(shù)計算簡圖

表4

剖面的連續(xù)大雨工況為控制工況，每樁承擔(dān)的最大下滑力為13654 kN。按邊坡出口樁體計算，大壩下游側(cè)抗滑樁的受荷段長度平均取為7m。

因此，滑動面參數(shù)采用加權(quán)平均數(shù)，經(jīng)計算，支護(hù)后加權(quán)平均參數(shù)一般情況下 f’=0.248，c’=0.021 MPa，連續(xù)暴雨時 f’=0.222，c’=0.018MPa。樁中心間距 8m，每個剖面上 3 根樁，即每3根樁承擔(dān)8m寬邊坡條帶下滑力[5]。

4 結(jié)語

邊坡抗滑穩(wěn)定計算與邊坡支護(hù)，是水電工程項(xiàng)目建設(shè)過程中十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。結(jié)合工程地形地質(zhì)現(xiàn)狀，選取代表地質(zhì)剖面，詳細(xì)分析邊坡穩(wěn)定性，掌握各剖面滑體穩(wěn)定示意圖、滑體滑動模式等方面的不足之處，選取邊坡抗滑穩(wěn)定性加固方案，比較表面掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)，高程抗剪平洞錨固洞的設(shè)置，以及人工挖孔抗滑樁的優(yōu)缺點(diǎn)，最后選取人工挖孔抗滑樁支護(hù)方案，具有較好的加固效果，提升邊坡抗滑穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果，希望可以為后續(xù)工作的開展提供參考。

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[2]陶連金，沈小輝，王開源，魏云杰，王文沛.某大型高速公路滑坡穩(wěn)定性分析及錨樁加固的模擬研究 [J].工程地質(zhì)學(xué)報，2012，(02):259-265.

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