水庫工程邊坡加固設(shè)計研究
——以重慶市南岸經(jīng)開區(qū)長江防洪護(hù)岸整治工程為例

陳婧

（重慶博通水利信息網(wǎng)絡(luò)有限公司 重慶 400000）

前言

混凝土水庫工程是我國一項(xiàng)民生工程，隨著人們對水庫工程研究的不斷深入，近幾年，我國水庫工程變得更加完善。水庫工程建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的過程中，在實(shí)際建設(shè)過程中，其整體質(zhì)量會多方面因素的影響，其中邊坡加固質(zhì)量是最為重要的一項(xiàng)影響因素。因此，下面針對邊坡加固設(shè)計進(jìn)行研究，希望文中內(nèi)容對相關(guān)工作人員能夠有所幫助。

1 水庫工程概況

重慶市南岸經(jīng)開區(qū)長江防洪護(hù)岸綜合整治工程（一期）位于長江銅鑼?shí){下游段，三峽水庫庫尾回水變動區(qū)，在經(jīng)開區(qū)廣陽島內(nèi)河右岸，上游距渝中區(qū)朝天門約21km，工程上起于苦溪河匯入長江出口處，下止于東港碼頭，漁溪河將工程河段一分為二，設(shè)計堤腳線總長7.503km。水工建筑物主要由護(hù)岸工程、堤防工程、自然岸坡、滑坡治理、下河公路、穿堤管箱涵和連接道路等工程組成。其中滑坡治理涉及老山頂滑坡、高坎子滑坡和沙塝滑坡，本次主要介紹老山頂滑坡的成因和治理。

2 地質(zhì)災(zāi)害的形成

2.1 滑坡地形地貌

老山頂滑坡位于南岸區(qū)迎龍鎮(zhèn)馬頸村老山頂西坡，靠長江一側(cè)的岸坡，該處滑坡于1998年連續(xù)暴雨后發(fā)生滑動，導(dǎo)致滑坡后緣產(chǎn)生拉裂槽。拉裂槽長約80m，槽寬1.5～2.0m，槽內(nèi)多充填塊石、碎石及粘土。

老山頂滑體所處地形為長江右岸斜坡上，滑坡后緣及其以上山體地形較陡，屬長石砂巖與泥巖互層的單斜順向坡地形，地形坡度一般大于30°，中部滑坡區(qū)由于農(nóng)業(yè)耕種部分呈緩坡地形，坡面主要為第四系松散體堆積，地形坡度一般為10～30°，滑坡前緣和滑坡后緣坡度略大于滑坡中部。

2.2 滑坡變形破壞模式

在江水的作用下，滑坡前緣的巖土體不斷被沖刷和掏空，形成臨空面，邊坡巖體沿外傾陡傾角裂隙出現(xiàn)應(yīng)力釋放而使得巖體的結(jié)合程度降低，裂隙在長期風(fēng)化作用下進(jìn)一步拓展，由于巖體為順向坡，在裂隙的膨脹力和重力作用下，臨空的表層巖體出現(xiàn)危巖和崩塌，坡體內(nèi)的巖塊出現(xiàn)局部應(yīng)力集中。在砂泥巖組合的情況下，表層砂巖體最易出現(xiàn)失穩(wěn)。而泥巖巖體內(nèi)裂隙不連續(xù)，大多閉合，有隔水阻水作用，使得大暴雨（尤其是連續(xù)降雨）時砂巖體內(nèi)裂隙水易于富集。在暴雨的作用下，滑體及滑床內(nèi)地下水逕流活動不斷加劇，追蹤優(yōu)勢裂隙面和透水帶，砂巖內(nèi)的軟弱結(jié)構(gòu)面（滑帶）巖土體迅速軟化，抗剪強(qiáng)度迅速降低，而后緣裂隙靜水壓力迅速上升，由于前緣臨空，后緣較大的靜水壓力，導(dǎo)致整個滑體滑移。滑坡的變形模式主要為前沿牽引后緣推移式滑移。

3 水庫工程邊坡加固處理設(shè)計

3.1 治理方案的選擇

經(jīng)本次勘察復(fù)核，滑坡前緣位于擬建堤軸線樁號經(jīng)3+076.000～經(jīng)3+273.000m（23-23剖面前后），高程169.00m左右，滑坡后壁崖頂高程230m左右，其下為滑坡后緣拉裂槽；滑體順江寬約197m，縱長70～85m，面積約 1.2萬 m2，滑體厚度 5.4～27.6m（CK15），平均厚度約 15.4m，滑體體積約18.5萬m3，為一中型、中層基巖滑坡。

擬定滑坡治理采取削坡減載、削坡減載+抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索三個方案。三方案中削坡減載施工難度最小，施工工期最短，工程投資最省，工程占地最多，但工程占地面積最大，開挖棄渣量最多；預(yù)應(yīng)力錨索開挖棄渣量最少，工程占地最少，但工程投資最大，施工難度最大，后期預(yù)應(yīng)力松弛導(dǎo)致邊坡支護(hù)可靠性降低；削坡減載+抗滑樁各比較指標(biāo)介于其余兩方案之間。

經(jīng)綜合比較后，確定老山頂滑坡治理采取削坡減載+抗滑樁方案。

3.2 治理方案的計算

3.2.1 計算依據(jù)及方法

計算依據(jù)：《地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計規(guī)范》（DB50/5029-2004）及區(qū)內(nèi)地震基本烈度，結(jié)合本工程規(guī)模、等級等實(shí)際情況，不考慮地震作用。計算參數(shù)以地質(zhì)提供的建議值為準(zhǔn)。

計算方法和原理：根據(jù)地質(zhì)描述，本工程滑坡沿軟弱結(jié)構(gòu)面（滑帶）滑動，故計算方法選取“不平衡推力傳遞法”：

3.2.2 設(shè)計工況

工況一：正常運(yùn)行條件：

（1）設(shè)計洪水位。

（2）設(shè)計洪水位的經(jīng)常性降落（計算考慮設(shè)計洪水位驟降1.0m/d）。

工況二：非常運(yùn)行條件：

（1）施工期（含竣工期）的臨水側(cè)堤坡。

（2）設(shè)計洪水位的非常性降落（計算考慮設(shè)計洪水位驟降3.0m/d）。

（3）暴雨。

3.2.3 計算結(jié)果

（1）剩余下滑力計算

通過對滑坡斷面進(jìn)行分析，選取22#、23#剖面作為典型斷面進(jìn)行計算。

通過對滑坡表層土進(jìn)行削坡減載整治后，確定在滿足規(guī)范要求的安全系數(shù)條件下，暴雨工況時典型斷面剩余下滑力最大，計算結(jié)果如表1、2所示。

表1 22#剖面剩余下滑力計算成果表

根據(jù)地質(zhì)描述及建議，考慮抗滑樁位置在距離地質(zhì)推測基巖剪出口線5m處，抗滑樁位置的最大剩余下滑力為Ei=451kN/m（22#剖面）、Ei=409kN/m（23#剖面）。

（2）抗滑樁的計算長度和嵌巖深度

通過對《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中表5.3.1，《地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計規(guī)范》中3.4.2.3、3.4.1.6、3.4.2.4，《三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計技術(shù)要求》中4.3.3.4、4.3.3.6進(jìn)行綜合分析計算后，針對本工程的地基巖性確定了以下布樁原則：

表2 23#剖面剩余下滑力計算成果表

①抗滑樁樁底支承采用鉸支端。

②嵌巖深度設(shè)計原則：根據(jù)計算及相關(guān)規(guī)范,本工程嵌入滑移面以下弱風(fēng)化基巖深度不小于樁總長的1/3。

經(jīng)計算地基橫向承載能力特征值為1600kPa，均大于樁基計算的土體反力，說明樁的嵌入深度滿足要求，最終設(shè)計嵌巖深度為樁總長的1/3。

（3）抗滑樁內(nèi)力及配筋計算

①抗滑樁內(nèi)力計算

根據(jù)上述樁體布置和設(shè)計荷載，滑面以上樁體按懸臂梁進(jìn)行計算，滑面以下樁體按地基的彈性抗力（采用K法）進(jìn)行內(nèi)力計算，其中地基彈性抗力系數(shù)根據(jù)地勘資料選取：

表3 抗滑樁嵌固段巖體地基彈性抗力系數(shù)

a.土反力計算

p=k△

k=αhn

式中：p——滑坡面以下樁的彈性土抗力（kPa）；

k——彈性土抗力系數(shù)；

△——滑坡面以下樁的位移（m）；

a、n——計算系數(shù)；采用K法，n=0，a=K；

h——滑坡面以下任意點(diǎn)到滑坡面的豎向距離（m）。

b.計算方程

[[Kz]+[KT]+KT0]]{δ}={P}

式中：[Kz]——抗滑樁的彈性剛度矩陣；

[KT]——滑坡面以下土體的彈性剛度矩陣；

[KT0]——滑坡面以下土體的初始彈性剛度矩陣；

{δ}——抗滑樁的位移矩陣；

{p}——抗滑樁的荷載矩陣。

②抗滑樁配筋計算

a.圓樁配筋（按均勻配筋計算）

αt=1.25-2α

ei=e0-eα

式中：N——截面軸向力設(shè)計值（kN）；

e0——軸向壓力對截面重心的偏心距（mm）；eα——附加偏心距（mm）；

A——圓形截面面積（mm2）；

As——全部縱向鋼筋截面面積（mm2）；

r——圓形截面的半徑（m）；

γs——縱向鋼筋重心所在圓周的半徑（m）；

α——縱向受拉普通鋼筋截面面積與全部縱向普通鋼筋截面面積的比值；

α1——對應(yīng)于受壓區(qū)混凝土截面面積的圓心角（rad）與2Π的比值；

αt——受壓區(qū)混凝土矩形應(yīng)力圖的應(yīng)力值與混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值的比值；

fc——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值（N/mm2）；

fy——普通鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值（N/mm2）。

b.抗剪截面配筋計算

將樁的圓形截面簡化成內(nèi)接正方形后（b=1.76r，h0=1.6r），按矩形截面抗剪計算。本工程不考慮地震的作用，按非抗震設(shè)計：

箍筋配筋率ρsv應(yīng)符合下列規(guī)定：

式中：V——截面作用的剪力設(shè)計值（kN）；

fyv——箍筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值（N/mm2）；

αcv——斜截面混凝土受剪承載力系數(shù)；

ft——混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計值（N/mm2）；

Av——抗剪箍筋面積（mm2）；

s——箍筋間距（mm）。

（4）計算成果及治理方案

表4 典型斷面抗滑樁計算成果

經(jīng)計算，滑坡整治方案確定為：在高程190.0m處設(shè)置寬度約為23.0m寬的減載平臺，后緣采用1∶1.5放坡開挖，每10.0m設(shè)置寬度為2.0m寬的馬道，滑體坡面采用格構(gòu)草皮護(hù)坡的型式護(hù)坡，格構(gòu)截面尺寸為0.3m×0.5m（B×H），對上部泥巖進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨0.1m厚C20混凝土，掛網(wǎng)鋼筋直徑為6.5mm，間排距為0.2m，并對封閉泥巖坡面設(shè)置間排距為2.0m，長度為5.0m，鋼筋直徑25的系統(tǒng)水泥砂漿錨桿；距離地質(zhì)推測基巖剪出口線5m處設(shè)置直徑為2.0m的C35鋼筋混凝土，樁間距為4.0m，共49根抗滑樁，平均樁長為16.0m，嵌入滑移面以下弱風(fēng)化基巖深度不小于樁總長的1/3。坡頂設(shè)置梯形截水溝，采用C15混凝土澆注。

4 結(jié)束語

通過對水庫邊坡加固過程中采用的設(shè)計方案以及邊坡治理的研究，得到幾點(diǎn)體會：

（1）水庫在實(shí)際運(yùn)行過程中，水庫水位發(fā)生非常性降落，必將會對水庫運(yùn)行造成影響，情況嚴(yán)重時，甚至?xí)鸹?、坍塌等安全事故，造成人員傷亡及巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由此可見，在水庫運(yùn)行期間，針對水路的運(yùn)行的調(diào)度，在非必要情況下，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)非常性驟降現(xiàn)象發(fā)生。

（2）在水庫區(qū)內(nèi)修建防洪護(hù)岸時，在條件允許的情況下，應(yīng)盡量保證當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境不遭受破壞，保持生態(tài)平衡。

（3）水庫工程邊坡加固設(shè)計過程中，在確保加固方案可以滿足邊坡質(zhì)量的要求下，應(yīng)優(yōu)先采取最經(jīng)濟(jì)的方案，提高工程的整體效益。

水庫工程建設(shè)后期應(yīng)用過程中涉及到的內(nèi)容較多，邊坡加固是其中最為重要的一項(xiàng)內(nèi)容，對工程后續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性造成一定的影響。因此，進(jìn)行水庫邊坡加固過程中，要分析導(dǎo)致邊坡發(fā)生滑坡的原因，充分結(jié)合水庫工程的具體情況，綜合考慮經(jīng)濟(jì)條件和施工方案，最終選擇一個最佳的邊坡加固方案。

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