魏海寧,殷 亮,劉曉宇,李 強(qiáng)
(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)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(qiáng)
(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)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(jìn)行分析,得出其最不利滑面不滿足穩(wěn)定要求,需進(jìn)行加固治理。通過經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)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
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(jìn)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(jìn)行分析,計(jì)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。
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
3.1 計(jì)算條件
計(jì)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(shí)測地下水位線;蓄水工況以天然工況實(shí)測水位線為基礎(chǔ)根據(jù)蓄水位進(jìn)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(qiáng)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(jì)算對孔隙水壓力進(jìn)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(qiáng)度指標(biāo)用暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.00~1.05來反演,反演計(jì)算中暴雨工況按2.00~3.00 m厚度的土體飽水狀態(tài)進(jìn)行分析,本計(jì)算暴雨工況模擬與參數(shù)反演計(jì)算一致。
地震計(jì)算采用規(guī)范推薦的擬靜力法,其抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)采用50 a超越概率10%設(shè)計(jì),相應(yīng)基巖地震動峰值加速度為144.5 gal。擬靜力計(jì)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(jì)規(guī)范》[1],邊坡設(shè)計(jì)安全系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)見表1。
表1 邊坡設(shè)計(jì)安全系數(shù)表
3.2 計(jì)算參數(shù)
根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)、工程地質(zhì)類比和反演分析強(qiáng)度參數(shù)等方法,經(jīng)綜合考慮,計(jì)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(jì)算結(jié)果
分別對各剖面進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)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(jì)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。
根據(jù)旦波崩坡積體的地形、地質(zhì)條件及穩(wěn)定計(jì)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(jìn)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(dāng),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(jìn)度慢,從長久安全運(yùn)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(jìn)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(qiáng)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(jì)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(jìn)行加固后,各剖面穩(wěn)定性均滿足要求,其穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表4。
表4 崩坡積體加固后穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表
本文通過運(yùn)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(jìn)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(jì)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(jì)思路,即:分析地形地質(zhì)特點(diǎn),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(diǎn),選擇經(jīng)濟(jì)合理治理措施—計(jì)算分析進(jìn)行驗(yàn)證。
[1]水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.DL/T 5353—2006水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)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(jì)與工程實(shí)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(jì)工作。E-mail:wei-hn@ecidi.com
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