何濤林，朱瑞晨（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州310014）

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洛古水電站消力池右岸邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)

何濤林，朱瑞晨
（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州310014）

［摘要］洛古水電站消力池處河谷狹窄，右岸為深厚崩坡積體，為了既滿(mǎn)足泄洪消能要求，又保證邊坡安全，經(jīng)方案比較，采用抗滑樁方案對(duì)崩坡積體進(jìn)行支護(hù)；工程運(yùn)行實(shí)踐表明該方案支護(hù)效果良好。

［關(guān)鍵詞］洛古水電站；消力池；崩坡積體；邊坡支護(hù)；抗滑樁;四川

1　工程概況

洛古水電站位于四川省昭覺(jué)縣洛古鄉(xiāng)，距昭覺(jué)縣城約18 km，為西溪河流域兩庫(kù)五級(jí)電站中的第二級(jí)，是一座以發(fā)電為主的混合式電站。電站正常蓄水位2 043 m，相應(yīng)庫(kù)容3 730萬(wàn)m3；電站裝機(jī)2臺(tái)55 MW水輪發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量為110 MW，保證出力16.304 MW，年發(fā)電量4.662億kW·h。洛古水電站工程為三等中型工程，樞紐主要建筑物由攔河大壩、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠(chǎng)房及開(kāi)關(guān)站等組成，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)。

攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為100年，相應(yīng)洪峰流量為2 110 m3/s；校核洪水重現(xiàn)期為1000年，相應(yīng)洪峰流量為3 590 m3/s。大壩壩頂高程2 046 m，最大壩高82 m，壩頂長(zhǎng)221 m，由2個(gè)溢流壩段和7個(gè)擋水壩段組成。溢流壩段共設(shè)3個(gè)表孔和2個(gè)底孔，采用“X”型寬尾墩+臺(tái)階溢流面+消力池的綜合消能方式。

洛古大壩消力池位于溢流壩段下游，長(zhǎng)67 m，凈寬43 m，底板頂高程1970 m，厚3 m，兩側(cè)邊墻高度22.5 m。根據(jù)大壩樞紐布置及消力池區(qū)域地形、地質(zhì)條件，將消力池布置在原河床略偏向左岸位置。因消力池右岸崩坡積體深厚且分布范圍廣，消力池基礎(chǔ)開(kāi)挖會(huì)導(dǎo)致右岸崩坡積體的坡腳抗滑體被挖除，對(duì)右岸崩坡積體邊坡的穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。為了保證施工期的邊坡安全，需要對(duì)消力池右岸邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行復(fù)核，并采取必要的工程措施。

2　消力池區(qū)域地質(zhì)條件

消力池區(qū)域河谷深切呈“V”字型，兩岸地形基本對(duì)稱(chēng)，以斜坡地形為主，坡高均在200 m以上。左岸坡度為35°~38°，地表基巖裸露，為弱風(fēng)化玄武巖，淺表卸荷裂隙發(fā)育。右岸邊坡2 046 m高程以下坡度約為36°，2 046 m高程以上坡度為36°~ 42°，地表廣泛分布崩坡積碎石土，厚度為17.3~ 31.57 m，以坡腳部位最厚。崩坡積層表部為0~5 m厚的碎塊石、孤石夾粉粘粒，碎塊石塊徑以2~15 cm為主，雜亂分布，松散，局部架空；崩坡積層下部為碎塊石夾粉粘土，碎塊石塊徑以1~10 cm為主，稍密~中密狀，局部具架空結(jié)構(gòu)；底部基覆界線(xiàn)土厚度0~50 cm不等，主要成份以礫石夾粉粘料為主，中密~密實(shí)狀，礫石以1~5 cm為主；崩坡積層下伏基巖為弱風(fēng)化玄武巖，基巖面較陡，一般為40°~48°。河床高程1977~1980 m，表面卵礫石覆蓋層厚度為8~20 m，下伏基巖為弱風(fēng)化玄武巖，基巖面高程為1 966~1 975 m。

右岸地下水主要為孔隙性潛水和基巖裂隙水，孔隙性潛水分布于河床及崩坡積體中，接受大氣降水和基巖裂隙水補(bǔ)給，基巖裂隙水水位埋深27.7~51.4 m。

首部樞紐區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，主要建筑物設(shè)計(jì)烈度為Ⅶ度。

消力池右岸崩坡積體、巖體物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　崩坡積體穩(wěn)定分析參數(shù)建議值

3　消力池右岸邊坡穩(wěn)定性分析

3.1計(jì)算參數(shù)及計(jì)算工況

計(jì)算時(shí)考慮崩坡積體的分層情況，不同的分層材料選取相應(yīng)的參數(shù)，具體見(jiàn)表1。

消力池基礎(chǔ)開(kāi)挖安排在枯水期并且施工時(shí)間相對(duì)較短，所以重點(diǎn)考慮施工期短暫狀況(施工工況)。消力池屬于4級(jí)建筑物，根據(jù)DL/T5353-2006《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》，確定其邊坡為3級(jí)邊坡，短暫狀況下最小安全系數(shù)必須滿(mǎn)足1.05~1.10，參考其它邊坡治理工程，確定消力池右岸邊坡安全系數(shù)為FS=1.05。

3.2天然邊坡穩(wěn)定分析

天然邊坡典型斷面見(jiàn)圖1。根據(jù)試驗(yàn)所得各層材料的物理力學(xué)參數(shù)建議值，采用河海大學(xué)HH-slope程序摩根斯坦法，分別對(duì)沿基覆界面和沿坡積體內(nèi)部?jī)煞N滑動(dòng)模式進(jìn)行計(jì)算，其中沿基覆界面滑動(dòng)模式，剪出面約在坡腳1 980 m高程位置，安全系數(shù)為1.11；沿坡積體內(nèi)部滑動(dòng)模式，安全系數(shù)為1.17。兩種模式均滿(mǎn)足規(guī)范要求。因此，天然邊坡是穩(wěn)定的，不會(huì)沿基覆界面或內(nèi)部土體產(chǎn)生滑動(dòng)。

3.3開(kāi)挖后邊坡穩(wěn)定分析

消力池基礎(chǔ)開(kāi)挖導(dǎo)致坡腳抗滑區(qū)被挖除，沿基覆界面的安全系數(shù)降為0.87，沿坡積體內(nèi)部安全系數(shù)沒(méi)有變化，還是1.17，說(shuō)明在基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)邊坡將沿基覆面失穩(wěn)，需進(jìn)行支護(hù)處理。

4　消力池右岸邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)

4.1剩余下滑力計(jì)算

坡體失穩(wěn)時(shí)的滑動(dòng)面為復(fù)合折線(xiàn)，剩余下滑力采用推力傳遞法計(jì)算，公式如下：

式中：Ti——第 i個(gè)條塊剩余下滑力，kN/m；ψ——推力傳遞系數(shù)；K——滑坡推力計(jì)算安全系數(shù)；Pi——第i個(gè)條塊沿滑動(dòng)面分力，kN/m；Ri——第i個(gè)條塊阻滑力，kN/m；剩余下滑力計(jì)算曲線(xiàn)見(jiàn)圖1和圖2。由圖3可知，要滿(mǎn)足1.05的安全系數(shù)，需要提供4 054 kN/m的加固力。

圖1　K=0.87時(shí)條塊間剩余下滑力曲線(xiàn)

圖2　K=1.05時(shí)條塊間剩余下滑力曲線(xiàn)

4.2支護(hù)方案選擇

根據(jù)一般的工程經(jīng)驗(yàn)，滑坡治理主要從3個(gè)方面考慮：開(kāi)挖減載、治水或加固。消力池右岸邊坡原始坡比1∶1.4，坡高超過(guò)200 m以上，采用開(kāi)挖方案顯然不合理也不經(jīng)濟(jì)，而地下水又不是引起坡體失穩(wěn)的主要原因，治水方案也不解決根本問(wèn)題，所以只有采取加固措施。常用的加固措施有：抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索、抗剪洞和支擋結(jié)構(gòu)。本工程對(duì)抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索方案進(jìn)行了比較。

4.2.1預(yù)應(yīng)力錨索方案

經(jīng)計(jì)算，為保證施工期邊坡穩(wěn)定，需從2 034 m高程開(kāi)始，每10 m設(shè)一級(jí)馬道，共4級(jí)，除第一級(jí)坡比為1∶0.8外，其余坡比均為1:1，坡面上布置10排1 500 kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索，縱向間距5 m，錨索長(zhǎng)度20~35 m，錨索之間為混凝土框格梁。

4.2.2抗滑樁方案

根據(jù)剩余下滑力曲線(xiàn)，經(jīng)計(jì)算，在坡腳1 980 m高程內(nèi)側(cè)布置一排共8根抗滑樁，樁體斷面尺寸為3×5 m。樁中心線(xiàn)間距為6 m，最大樁深17~22 m，樁底深入弱風(fēng)化基巖6~7 m。

4.2.3方案比較

1）從右岸邊坡特征及計(jì)算結(jié)果看，抗滑樁和錨索方案均為可行方案。

2）錨索方案需開(kāi)挖40 m以上的高邊坡，對(duì)邊坡擾動(dòng)較大，且開(kāi)挖坡比1∶1，陡于自然坡比，在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格遵守“先護(hù)后挖”的原則，即在上一級(jí)邊坡支護(hù)完成后才能進(jìn)行下一級(jí)邊坡的開(kāi)挖，對(duì)工序管理要求較嚴(yán)，施工周期相對(duì)較長(zhǎng)。

抗滑樁采用人工挖孔灌注樁，在原河床坡腳部位清理出工作平臺(tái)后即可開(kāi)始施工，采用二序施工。

3）在消力池基礎(chǔ)開(kāi)挖完成后，錨索方案消力池右邊墻內(nèi)側(cè)二次回填工程量較大，墻體需考慮回填土荷載，結(jié)構(gòu)體形較大；而抗滑樁方案可以考慮邊墻與抗滑樁聯(lián)合受力，有利于減小邊墻尺寸。

4）從工程量及經(jīng)濟(jì)性比較，抗滑樁方案比錨索方案節(jié)省投資。

綜上所述，從施工安全、施工管理、施工工期以及經(jīng)濟(jì)性等各方面比較分析，抗滑樁方案優(yōu)于錨索方案，所以采用抗滑樁方案作為選定的邊坡支護(hù)方案。圖3和4為抗滑樁平面位置圖和典型剖面圖。

圖3　抗滑樁平面位置圖（單位：m）

5　邊坡監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

為了在施工期及運(yùn)行期對(duì)邊坡進(jìn)行觀(guān)測(cè)，了解邊坡的變形情況，在右岸邊坡布置了1個(gè)多點(diǎn)位移計(jì)和3個(gè)測(cè)斜孔。多點(diǎn)位移計(jì)為2點(diǎn)式，孔深25 m。測(cè)斜孔為豎直孔，布置在抗滑樁內(nèi)側(cè)，孔口高程1 992 m，孔深30 m。為觀(guān)測(cè)抗滑樁運(yùn)行情況，在樁身內(nèi)布置鋼筋測(cè)力計(jì)。

圖4　抗滑樁典型剖面圖（單位：m）

6　小結(jié)

1）根據(jù)工程區(qū)地形和地質(zhì)條件，在滿(mǎn)足水流歸槽條件的前提下，將消力池布置在原河床中心線(xiàn)略偏左岸位置，雖使左岸巖質(zhì)邊坡的開(kāi)挖量有所增加，但減少了右岸深厚崩坡積體的開(kāi)挖范圍，降低了工程難度。

2）右岸崩坡積體自然休止角為35~37.7°，與邊坡坡度相接近，處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，雨季或人為擾動(dòng)時(shí)表層有崩落或小規(guī)模坍塌現(xiàn)象，開(kāi)挖對(duì)邊坡穩(wěn)定影響較大，不宜采用開(kāi)挖方式，如果一定要采用開(kāi)挖方式，必須遵守“先護(hù)后挖”的原則，即在上一級(jí)邊坡支護(hù)完成后才能進(jìn)行下一級(jí)邊坡的開(kāi)挖，這對(duì)施工管理要求較嚴(yán)。

3）抗滑樁設(shè)計(jì)要求滑動(dòng)面以下基巖能提供可靠的錨固力，工程右岸崩坡積體下伏基巖面較陡，傾角為40°~48°，且基巖內(nèi)陡傾角卸荷裂隙順坡發(fā)育，不適合在邊坡上布置抗滑樁，而河床部位地形平坦，下伏基巖為弱風(fēng)化玄武巖，完整性好，無(wú)強(qiáng)卸荷巖體分布，適合布置抗滑樁。

4）洛古水電站于2009年6月投產(chǎn)發(fā)電。施工期及運(yùn)行期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，消力池右岸邊坡運(yùn)行穩(wěn)定，表明抗滑樁方案支護(hù)效果良好，可為類(lèi)似工程提供參考。

［參考文獻(xiàn)］

［1］DL/T 5353-2006，水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］TB10025-2006，鐵路路基支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［中圖分類(lèi)號(hào)］TV74

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）03－0003－03

[收稿日期]2015-12-22