孫海超

（山東省臨沂市水利勘測設(shè)計院，山東 臨沂 276000）

青駝攔河閘除險加固深層抗滑穩(wěn)定分析及處理措施

孫海超

（山東省臨沂市水利勘測設(shè)計院，山東 臨沂 276000）

青駝攔河閘除險加固移址改建，新閘址處有傾向下游的軟弱結(jié)構(gòu)面，雖然沿閘室底面的抗滑穩(wěn)定計算滿足規(guī)范要求，但是深層抗滑穩(wěn)定不滿足要求。參照重力壩深層抗滑穩(wěn)定計算方法，根據(jù)水閘的特殊性，只對ABD滑塊進(jìn)行計算，并提出沿深層軟弱結(jié)構(gòu)面滑動的處理措施——預(yù)應(yīng)力錨桿。預(yù)應(yīng)力錨桿處理水閘沿深層軟弱結(jié)構(gòu)面滑動的力學(xué)模型明確，技術(shù)成熟，施工經(jīng)驗豐富，處理效果明顯。

青駝攔河閘；深層軟弱結(jié)構(gòu)面；抗滑穩(wěn)定；深層抗滑穩(wěn)定；預(yù)應(yīng)力錨桿

1 工程概況

青駝攔河閘位于沂南縣青駝鎮(zhèn)青駝寺以南、潘家莊以北，是一座綜合性水利樞紐工程，屬于大（2）型水閘，經(jīng)水利部建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心核查該閘為四類閘。由于下游S229省道交通橋與原攔河閘緊貼布置，且距離G205國道交通橋較近，原閘址處不滿足攔河閘除險加固布置要求，予以移址改建。

改建攔河閘位于原閘址下游310m （蒙河治理中泓樁號3+506）處，距上游G205國道橋210m。工程由攔河閘、引水閘、橋頭堡、管理單位等組成。改建攔河閘共13孔，單孔凈寬10m，總寬146.80m，順?biāo)鞣较蜷L70m，其中鋪蓋長20m，閘室長15m，消力池長35m。閘室底高程102.1m，底板厚1.2m，建基面高程100.9m，消力池底板高程99.6m，底板厚1.1m，建基面高程98.5m。

2 工程地質(zhì)

閘址地基巖性為砂質(zhì)頁巖，斷層及破碎帶發(fā)育。F1斷裂于鉆孔A17處穿過，破碎帶寬3.0～1.0m，破碎帶內(nèi)為正長斑巖脈及閃長斑巖脈侵入，巖體破碎。F3斷裂于鉆孔A18，A20之間穿過，破碎帶寬0.5～1.0m，破碎帶內(nèi)為碎裂巖。F4斷裂于鉆孔A20，A21之間穿過，破碎帶寬0.1～0.5m，破碎帶內(nèi)為碎裂巖伴有閃長斑巖脈侵入。此外鉆孔A21，A22之間還有一條隱伏斷層。

建基面下持力層為砂質(zhì)頁巖、灰?guī)r夾薄層泥質(zhì)頁巖，泥質(zhì)頁巖層面為相對軟弱巖層。砂質(zhì)頁巖層面摩擦系數(shù)采用0.45，砂質(zhì)頁巖層面抗剪斷摩擦系數(shù)采用0.50，抗剪斷黏聚力采用0.10MPa；泥質(zhì)頁巖層面摩擦系數(shù)采用0.40，抗剪斷摩擦系數(shù)采用0.45，抗剪斷黏聚力采用0.06MPa。巖石產(chǎn)狀為NE44°∠13°。由于巖石傾向下游，傾角平緩，消力池開挖形成臨空面后，易沿層面產(chǎn)生深層滑動，應(yīng)進(jìn)行深層抗滑穩(wěn)定分析。

3 抗滑穩(wěn)定分析

3.1 荷載及其組合

荷載組合分為基本組合和特殊組合，基本組合包括完建情況和正常擋水情況，特殊組合為檢修情況及地震情況。攔河閘閘室穩(wěn)定計算如表1。

表1 攔河閘閘室穩(wěn)定計算荷載組合

3.2 抗滑穩(wěn)定分析

巖基上沿閘室底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的計算［1］如式（1）。

式中 Kc為抗滑穩(wěn)定計算安全系數(shù)；f為閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù)；∑G為所有豎向荷載之和；∑H為所有水平荷載之和；f′為閘室基底面與基巖之間的抗剪斷摩擦系數(shù)；C′為閘室基底面與基巖之間的抗剪斷黏結(jié)力。計算結(jié)果如表2。

表2 沿閘室底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

由表2可知，沿閘室底面的抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

4 深層抗滑穩(wěn)定分析

深層抗滑穩(wěn)定荷載組合與沿閘室底面的抗滑穩(wěn)定荷載組合相同。

4.1 縱剖面上巖層傾角計算

改建閘址處攔河閘的縱向布置方向為NE69°，巖層傾向與攔河閘縱向夾角為25°。巖層在縱剖面方向的夾角計算［2］如式（2）。

式中 β為縱剖面方向的視傾角；η為縱、橫比例尺之比值，取1.0；δ為真傾角；α為巖層走向與剖面間夾角。經(jīng)計算巖層在縱剖面方向的視傾角為11°。

根據(jù)閘室地基巖層傾向及鉆孔揭示的軟弱巖層深度，最危險為閘底板座在軟弱巖層上。

4.2 深層抗滑穩(wěn)定分析

參照SL319—2005《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》，深層抗滑穩(wěn)定計算采用等安全系數(shù)法，按抗剪斷強(qiáng)度公式進(jìn)行計算［3］，由于消力池開挖后，閘室下游形成臨空面，計算時只考慮ABD塊穩(wěn)定，且Q=0kN，計算如式（3）。

式中 K′1為按抗剪強(qiáng)度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f′1為AB滑動面的抗剪斷摩擦系數(shù)；W為作用于閘室上全部荷載（不包括揚壓力）的垂直分值（kN）；G1為巖體ABD重量的垂直作用力（kN）；α為AB面與水平面的夾角；H為作用于閘室上全部荷載的水平分值（kN）；Q為BD面上的作用力（kN）；φ為BD面上的作用力Q與水平面的夾角；U1，U3為AB，BD面上的揚壓力（kN）；c′1為AB滑動面上的抗剪斷凝聚力（kN）；A1為AB面的面積（m2）。

經(jīng)計算，水閘沿深層軟弱結(jié)構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)如表3。

表3 沿深層軟弱結(jié)構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

由表3可以看出沿深層軟弱面的抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，需要采取工程措施進(jìn)行處理。

5 處理措施

5.1 工程處理措施

影響水閘深層抗滑穩(wěn)定的軟弱結(jié)構(gòu)面是灰?guī)r夾薄層泥質(zhì)頁巖，處理深層抗滑穩(wěn)定采取的工程措施有：①增大閘室長度：工程投資較大，不經(jīng)濟(jì)；②加大齒墻深度：地層走向傾斜，閘基地質(zhì)條件復(fù)雜，施工不好控制；③固結(jié)灌漿：處理抗滑穩(wěn)定效果不佳，僅可作為輔助措施［4］；④設(shè)預(yù)應(yīng)力錨筋，鉆孔穿過夾層，將鋼筋錨入基巖深部，逐孔施加壓應(yīng)力，以增加夾層面上的正應(yīng)力與抗剪力，提高抗滑穩(wěn)定性，能從根本上解決抗滑穩(wěn)定問題，安全、可靠，有成熟工程經(jīng)驗。

5.2 預(yù)錨力確定

采用預(yù)應(yīng)力錨桿處理水閘深層滑動，要求預(yù)應(yīng)力錨桿提供的錨固力按式（4）確定［5］。

式中 P′s為錨固力（kN）；N為垂直作用于基礎(chǔ)面上的力（kN）；T為使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生滑動的力（kN）；f為基礎(chǔ)面上的摩擦系數(shù)；ψ為預(yù)應(yīng)力錨桿方向與軟弱結(jié)構(gòu)面法線夾角。

為使預(yù)錨力能有效地抵消軟弱結(jié)構(gòu)面上的下滑力，錨孔方向應(yīng)針對閘基可能滑移的方向采用較小的傾角，考慮到鉆孔機(jī)具與施工實際情況，確定錨孔傾向上游，取ψ=15°。預(yù)應(yīng)力錨筋布設(shè)的方位角如圖1。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨筋布設(shè)方位角示意圖

經(jīng)計算1個閘墩 （中墩）所需的總錨固力為2835kN，錨筋與閘室底面法線夾角為26°。

5.3 錨桿

5.3.1 截面面積

錨桿鋼筋截面面積按式（5）計算。

式中 As為錨桿鋼筋截面面積（mm2）；Kb為錨桿桿體抗拉安全系數(shù)，取2.0；為相應(yīng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時錨桿所受軸向拉力（kN）；fy為錨桿鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值（kPa）。經(jīng)計算錨桿選用26根直徑28mm的HRB400鋼筋，根據(jù)構(gòu)造要求錨桿直徑為100mm。

5.3.2錨孔孔距

按施工操作和使夾層受力均勻要求，順?biāo)鞣较蝈^孔間距采用1.0m，閘墩兩側(cè)各設(shè)一排，每排13個錨孔。

5.3.3 錨孔深度

錨孔應(yīng)穿過破碎夾層錨入深部較好的巖層內(nèi)。根據(jù)穩(wěn)定計算，錨筋應(yīng)穿過灰?guī)r層進(jìn)入較好砂質(zhì)頁巖，錨固段長5.0m，自由段長7.0～10.0m，相鄰錨孔相互高差5.0m，以避免錨筋附近的基巖形成連續(xù)拉應(yīng)力，錨孔深為12.0～15.0m。

5.4 錨固效果

采用預(yù)應(yīng)力錨桿后，打預(yù)應(yīng)力錨桿后，閘室沿深層軟弱結(jié)構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果如表4。

表4 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

從表4可以看出，采用預(yù)應(yīng)力錨桿后，在各工況下，水閘沿軟弱結(jié)構(gòu)面的深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語

（1）SL265—2001《水閘設(shè)計規(guī)范》及一些參考書中，水閘抗滑穩(wěn)定計算都是沿閘室底面的抗滑穩(wěn)定計算，忽略了水閘沿深層軟弱巖層的抗滑穩(wěn)定計算。

（2）在巖基上修建水閘，當(dāng)存傾向下游的軟弱結(jié)構(gòu)面且軟弱結(jié)構(gòu)面埋深較淺時，由于閘室后建消力池，使閘室后軟弱巖層形成臨空面，危及到水閘安全，需要核算水閘沿深層軟弱結(jié)構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定安全性。

（3）預(yù)應(yīng)力錨桿處理水閘深層抗滑穩(wěn)定時，可加大垂直于軟弱結(jié)構(gòu)面的應(yīng)力，增大抗滑摩擦力，另一方面可通過設(shè)置一定錨筋角度，減小沿軟弱結(jié)構(gòu)面的下滑力，可以有效增大水閘抗滑穩(wěn)定安全性。

［1］SL265—2001，水閘設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］鐵通部第一勘測設(shè)計院.鐵路工程地質(zhì)手冊［K］.北京：中國鐵道出版社，1999.

［3］SL319—2005，混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范［S］．

［4］劉志敏，官志鑫.泄水閘深層抗滑整體穩(wěn)定分析及基礎(chǔ)處理措施探討［J］.中國水運，2013（6）：177-180.

［5］蘭芙蓉，彭映凡.預(yù)應(yīng)力錨固在杉木河水庫大壩壩基加固中的應(yīng)用［J］.中國農(nóng)村水利水電，2006（7）：93-95.

（責(zé)任編輯：尹健婷）

The deep anti-slide stability analysis and processingmeasures of Qingtuo sluice reinforcement

SUN Hai-chao
（Linyi City Water Conservancy Prospecting Institute，Linyi276000，China）

After Qingtuo sluice reinforcementmoving the sluice gate address，the new address has a weak structure that tends downstream.Although the anti-sliding stability calculation on the bottom of the gate meets the requirements of the specification，the deep anti-sliding stability calculation notmeets the specification requirement.The article only calculates ABD slider’s stability，according to the particularity of the lock，based on themethod of calculating the deep anti-sliding stability of the gravity dam.It also proposes the treatment of the sliding surface of the deep soft structure——prestressed anchor.Itsmechanicalmodel handling the sluice slide along the deep soft structure is clear，its technology mature，its construction experience is rich and its effect is obvious.

Qingtuo sluice；deep weakness structure；anti-sliding stability；deep anti-sliding stability；prestressed anchor

TV223

：B

1672-9900（2017）04-0021-03

2017-05-25

孫海超（1981-），男（漢族），山東肥城人，工程師，主要從事水利工程設(shè)計工作，（Tel）15165528969。