坡月水庫重力壩岸坡壩段側(cè)向穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算分析

藍(lán)曉君

（廣西水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

[關(guān)鍵字] 側(cè)向抗滑穩(wěn)定；并縫灌漿；剛體極限平衡法；坡月水庫

1 工程概況

廣西巴馬縣坡月水庫工程是以向下游村鎮(zhèn)供水為主要任務(wù)，兼顧灌溉的綜合利用水庫。工程規(guī)劃總供水人口約2.89萬人。此外，兼供壩址下游坡月村能自流引水灌溉的沿線農(nóng)田，總灌溉面積為340畝。水庫正常蓄水位為385.5 m，設(shè)計(jì)洪水位為387.13 m，校核洪水位為387.56 m，有效庫容161 萬m3，工程為?。?）型水庫，工程等級為Ⅳ等。大壩為混凝土重力壩，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 a 一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 a 一遇，消能防沖建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a 一遇。廣西巴馬縣坡月水庫工程樞紐建筑物主要由大壩、取水系統(tǒng)、輸水設(shè)施等建筑物組成。工程樞紐主要包括河床溢流壩段和左、右岸非溢流壩段、放水塔、輸水管線、水庫管理房、閘閥管理房等建筑物。壩頂高程為389.5 m，最大壩高64.5 m，壩頂軸線長176.0 m。

廣西巴馬縣坡月水庫工程于2018 年4 月正式開工建設(shè)，2021年1月基本建成，2021年6月通過竣工驗(yàn)收。工程建成至今，各建筑物運(yùn)行安全，未出現(xiàn)工程安全問題。

2 混凝土重力壩布置

2.1 擋水建筑物布置

擋水建筑物包括左、右岸非溢流壩段，總長150.5 m，壩頂高程389.5 m，最大壩高64.5 m。

左岸非溢流壩段采用混凝土重力壩，分為5 個壩塊，自左往右依次為1#～5#壩塊，總長為75.5 m。壩頂寬5.0 m，壩底最大寬度54.875 m。左岸非溢流壩段建基面高程387.5～325.0 m，341.0 m高程以上的壩基部分落在中-厚層狀砂巖夾薄層狀頁巖及薄-中厚層狀泥質(zhì)砂巖夾薄層狀頁巖強(qiáng)風(fēng)化下部～弱風(fēng)化中部基巖上，341.0 m 高程以下的壩基基本上落在中-厚層狀砂巖夾薄層狀頁巖微風(fēng)化中部基巖上。

右岸非溢流壩段采用混凝土重力壩，分為5 個壩塊，自左往右依次為8#～12#壩塊，總長為75 m。其結(jié)構(gòu)形式與左岸非溢流壩段相同。右岸非溢流壩段建基面高程387.5～325.0 m，376.0 m 高程以上的壩基部分落在薄層狀頁巖夾少量泥質(zhì)砂巖及中-厚層狀砂巖夾薄層狀頁巖強(qiáng)風(fēng)化下部～弱風(fēng)化中部基巖，376.0 m高程以下的壩基基本上落在中-厚層狀砂巖夾薄層狀頁巖、薄-中厚層狀泥質(zhì)砂巖夾薄層狀頁巖及薄層狀頁巖夾少量泥質(zhì)砂巖微風(fēng)化基巖上。

2.2 泄水建筑物布置

泄水溢流壩段布置在河床中部，分為2個壩塊，自左往右依次為6#、7#壩塊，總長為25.5 m。堰頂高程385.5 m，最大堰高63.5 m，堰底寬55.371 m。河床段溢流壩塊基礎(chǔ)高程為321.5～325.0 m，基本落在中-厚層狀砂巖夾薄層狀頁巖微風(fēng)化～弱風(fēng)化中部。

3 岸坡壩段側(cè)向抗滑穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，較陡的岸坡壩段，應(yīng)計(jì)算其側(cè)向抗滑穩(wěn)定。因此，施工詳圖階段對1#～5#壩段、9#～12#壩段進(jìn)行了三向荷載作用下的側(cè)向抗滑穩(wěn)定計(jì)算。

針對各壩塊壩基巖體力學(xué)參數(shù)不同的實(shí)際情況，對1#～5#壩塊、9#～12#壩塊均進(jìn)行了側(cè)向抗滑穩(wěn)定計(jì)算。復(fù)核計(jì)算參考文獻(xiàn)[1]，采用剛體極限平衡法計(jì)算。同時，參考《水工設(shè)計(jì)手冊》第一版第五節(jié)壩基處理設(shè)計(jì)，計(jì)算對多平臺進(jìn)行簡化，將平臺全部平移至基底面，保持開挖坡度不變進(jìn)行計(jì)算。假定斜坡上壩塊為滑動體，位于水平建基面的壩塊為阻滑體；考慮滑動體和阻滑體之間的相互作用，分別令滑動體和阻滑體這兩塊處于極限平衡狀態(tài)，采用等安全系數(shù)法，求出滑動體和阻滑體間的內(nèi)力R，再求出整個滑移體的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)?；瑒芋w簡圖見圖1。

圖1 滑動體簡圖

假定1-2-3-4 與9-10-11-12 之間的塊體為滑動體（包括面3-4-11-12 上部的巖體），5-6-7-8 與9-10-11-12之間的塊體為阻滑體，考慮滑動體和阻滑體之間的相互作用，在兩者分界面（9-10-11-12）引入一個與水平面成ψ角（偏安全計(jì)算，ψ取0）的內(nèi)力，分別令滑動體和阻滑體這兩塊處于極限平衡狀態(tài)，采用重力壩雙斜面深層抗滑穩(wěn)定等安全系數(shù)法的分析思路，分別列出上述兩個塊體的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K1和K2的計(jì)算式，令K1=K2，求出內(nèi)力R，再將其帶入原計(jì)算式，即可求出整個滑移體的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。側(cè)向的穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算受力簡圖見圖2。

圖2 計(jì)算受力簡圖

剛體極限平衡法采用《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL319-2018）中的抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算，計(jì)算公式與順?biāo)鞣较虻目够€(wěn)定計(jì)算相同。對于折面階梯狀建基面的重力壩岸坡壩段，空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前計(jì)算方法大致分為2種：一種是認(rèn)為岸坡壩段產(chǎn)生滑動的條件是將臺階部分的混凝土或基巖剪斷，與斜坡部分的建基面貫通形成滑動面，按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算抗滑穩(wěn)定；另一種是引入條分法和重力壩深層抗滑穩(wěn)定分析方法，將壩體視為由若干剛性條塊組成，考慮滑動條塊和阻滑條塊的相互作用按抗剪斷公式計(jì)算抗滑穩(wěn)定。復(fù)核計(jì)算采用第二種方法進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算假定：①不考慮壩上下游壩腳的小平臺，直接按上下游壩坡放坡至基底面；②同一高程，基底面簡化成一個平面，即連接壩踵和壩趾兩點(diǎn)即為基底面。復(fù)核計(jì)算簡化模型見圖3。

圖3 復(fù)核計(jì)算簡化模型

大壩岸坡壩段側(cè)向抗滑穩(wěn)定復(fù)核按正常工況、設(shè)計(jì)工況、校核工況和完建工況分別進(jìn)行計(jì)算。原體型計(jì)算的1#～5#壩塊以及9#～12#壩塊的側(cè)向抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算成果見表1。

表1 岸坡壩段各壩塊側(cè)向抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算成果表

《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 319-2018）抗滑穩(wěn)定要求：正常工況和設(shè)計(jì)工況抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于3.0，校核工況和完建工況抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于2.5。由表1 可知，1#和12#壩塊和4 種工況下側(cè)向穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求；3#壩塊、9#～11#壩塊正常工況、設(shè)計(jì)工況和校核工況側(cè)向穩(wěn)定均不滿足規(guī)范要求，完建工況側(cè)向滿足規(guī)范要求；2#壩塊、4#壩塊、5#壩塊正常工況、設(shè)計(jì)工況不滿足規(guī)范要求，校核工況和完建工況滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)復(fù)核成果，需要對岸坡壩段進(jìn)行處理。如果加大大壩體型，雖然會增加抗滑力，但同時會增加沿斜坡的側(cè)向滑動力，不能解決壩體側(cè)向抗滑穩(wěn)定不滿足的問題，且工程由于工期緊張，已完成了建基面的開挖，不具備二次開挖的條件。因此對大壩一定高程以下的橫縫做灌漿處理，形成整體受力狀態(tài)，保持壩體側(cè)向穩(wěn)定，以滿足大壩整體抗滑穩(wěn)定要求。

4 結(jié)語

由于岸坡壩段的側(cè)向穩(wěn)定不容易滿足要求，應(yīng)在設(shè)計(jì)前期進(jìn)行充分考慮，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，岸坡壩段開挖臺階寬度一般不小于壩段寬度的1/3岸坡，可以適當(dāng)調(diào)整橫縫間距，減小壩段寬度或平行壩軸線方向開挖足夠的臺階式平臺，平臺的本身應(yīng)考慮基巖構(gòu)造節(jié)理的產(chǎn)狀，以保證壩段的側(cè)向穩(wěn)定。原則上，岸坡壩段應(yīng)做到獨(dú)立保持側(cè)向穩(wěn)定，而不依靠相鄰壩段的側(cè)向支承，難以做到時，也可對橫縫做灌漿處理，形成整體受力狀態(tài)，保持壩體的側(cè)向穩(wěn)定。