龍?jiān)茖?，楊元紅，趙應(yīng)武

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002)

1 概 述

某樞紐工程溢洪道位于大壩壩肩右岸，上游接溢洪洞。溢洪道最大下泄流量為1648 m3/s，溢洪道出口由泄槽段和挑流鼻坎段組成，為確保溢洪道整體結(jié)構(gòu)，泄槽段(溢0+732.430～溢0+768.930)與挑流鼻坎段(溢0+768.930～溢0+805.149)不設(shè)結(jié)構(gòu)縫，縱向鋼筋沿溢洪道軸線方向通長布置，僅于溢0+765.244～溢0+767.244設(shè)置2 m長后澆帶，后澆帶澆筑添加膨脹劑C45HF粉煤灰混凝土?；A(chǔ)面設(shè)置縱橫向Φ200塑料排水盲管，將基礎(chǔ)裂隙水等滲水及時(shí)排走，以降低基礎(chǔ)揚(yáng)壓力?；A(chǔ)部位設(shè)置錨桿及固結(jié)灌漿措施，增加基礎(chǔ)整體性并提高結(jié)構(gòu)整體抗滑穩(wěn)定[1]。

挑流鼻坎段過流面逐漸變寬變高，過流面為矩形，起點(diǎn)斷面為10 m×11.268 m(寬×高)，出流末端寬度為12.475 m，右側(cè)高15 m，左側(cè)高7.41 m,由底板圓弧面和右側(cè)墻圓弧面共同將水流挑射至河谷。挑流段進(jìn)出口基礎(chǔ)各設(shè)置齒槽，以增加結(jié)構(gòu)整體抗滑穩(wěn)定。過流面1.2 m采用C45HF粉煤灰混凝土(W8F100，二級(jí)配，齡期90 d)，以下部分采用C20混凝土(二級(jí)配，齡期28 d)，混凝土材料分界面設(shè)置反坡平臺(tái)，并于平臺(tái)上設(shè)置插筋，以增強(qiáng)混凝土施工縫面的接觸粘接強(qiáng)度和粘接質(zhì)量。

2 開挖揭露地質(zhì)情況

開敞式溢洪洞挑流鼻坎樁號(hào)溢0+790～溢0+800段基礎(chǔ)開挖清理后揭露：巖性為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組第一段第二層(T1yn1-2)灰色中厚至厚層灰?guī)r，下部T1yn1-1為薄層泥灰?guī)r與薄層灰?guī)r互層，中間夾中厚層灰?guī)r，背斜軸從溢0+785附近大角度交于溢洪洞軸線，北翼巖層傾上游，傾角4°～25°，南翼傾下游偏河流側(cè)，傾角9°～17°。

基礎(chǔ)巖體卸荷裂隙發(fā)育，最發(fā)育的一組NW0°～10°/NE85°，密度1～2條/m，發(fā)育長度一般20～30 m，溶蝕嚴(yán)重，溶縫寬一般5～40 cm，深度較大，最深可達(dá)30 m，局部為黏土充填，溶蝕寬縫間局部有順層溶洞發(fā)育。

挑流鼻坎基礎(chǔ)巖體由3號(hào)公路開挖，形成人工斜向邊坡，坡高約45 m，開挖后，經(jīng)過4個(gè)水文年的觀測，開挖邊坡未發(fā)生變形，處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于裂隙的存在，裂隙走向與挑流鼻坎泄流的方向近于垂直，對邊坡穩(wěn)定性極為不利，在挑流鼻坎運(yùn)行后，邊坡的后緣溶蝕裂縫可能充水，同時(shí)在水動(dòng)力作用下，邊坡沿巖層面向下游偏河流方向滑動(dòng)的可能性大。

3 現(xiàn)場施工情況

設(shè)計(jì)文件針對右岸開敞式溢洪道澆筑分縫有嚴(yán)格要求，設(shè)計(jì)文件明確要求“施工縫應(yīng)相互錯(cuò)臺(tái)，不應(yīng)形成貫穿性施工縫”“施工單位應(yīng)上報(bào)出口段(泄槽段和挑流鼻坎段)混凝土工程澆筑方案，經(jīng)監(jiān)理審批后方可實(shí)施，混凝土分層澆筑應(yīng)處理好層間縫面”等要求，并在材料分縫面設(shè)置插筋和反臺(tái)階，以確?？p面質(zhì)量。而施工單位于挑流鼻坎末端樁號(hào)溢0+800底板部位設(shè)置橫向施工縫，縫面未錯(cuò)開，與設(shè)計(jì)文件要求嚴(yán)重不符。

4 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析

(1)根據(jù)開挖揭露地質(zhì)可知，挑流鼻坎段齒槽基礎(chǔ)發(fā)育有裂隙L1、L2，裂隙走向與挑流鼻坎泄流方向近似垂直，對邊坡穩(wěn)定極為不利，在挑流鼻坎運(yùn)行后，邊坡的后緣溶蝕裂縫可能充水，同時(shí)在水動(dòng)力作用下，邊坡沿巖層面向下游偏河流方向滑動(dòng)的可能性大。

(2)因溢洪道下泄流量大，流速高，流態(tài)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)異性，受力極為復(fù)雜，為確保溢洪道運(yùn)行安全，設(shè)計(jì)文件中明確要求反弧段嚴(yán)禁分縫。但施工現(xiàn)場在反弧段混凝土澆筑時(shí)，形成貫穿性施工縫，人為將結(jié)構(gòu)分離，分離體(溢0+785～溢0+805.149)位于反弧段底板及右側(cè)墻反弧段水流離心力集中部位，極有可能發(fā)生整體性滑動(dòng)失穩(wěn)。

鑒于以上兩方面原因，為確保溢洪道后期運(yùn)行安全，需結(jié)合開挖地質(zhì)條件，并考慮現(xiàn)場施工分縫的實(shí)際情況，對設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定復(fù)核，根據(jù)復(fù)核結(jié)果確定加固措施。

采用剛體極限平衡法，按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算邊坡穩(wěn)定[2]：

(1)

式中：K為按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f′為結(jié)構(gòu)與基巖接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)；c′結(jié)構(gòu)與基巖接觸面的抗剪斷黏聚力，kN/m2；P為作用于結(jié)構(gòu)上的全部荷載對計(jì)算滑動(dòng)面的切向分量，kN；W作用于結(jié)構(gòu)上的全部荷載對計(jì)算滑動(dòng)面的法向分量，kN；A為結(jié)構(gòu)與基巖接觸面的截面積，m2。

主要計(jì)算荷載有：滑動(dòng)面上部巖體自重、分離體自重；沿滑動(dòng)面反方向的滑動(dòng)摩擦力；滑動(dòng)底面的黏聚力；水流離心力、脈動(dòng)壓力、動(dòng)水壓力；右側(cè)墻體與山體間的黏聚力等。

(3)分析及假定。①以裂隙L1為后緣拉脫面，巖層層面為底滑面，溢洪道軸線方向?yàn)榛瑒?dòng)方向。②以裂隙L2為后緣拉脫面，巖層層面為底滑面，鼻坎出流方向?yàn)榛瑒?dòng)方向。

(4)復(fù)核結(jié)果。①沿溢洪道軸線方向：基本組合(設(shè)計(jì)水位工況)，計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K為2.871，不滿足規(guī)范不小于3.0的要求。特殊組合 (校核水位工況)，計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K為2.613，滿足規(guī)范不小于2.5的要求。因此，沿溢洪道軸線方向在設(shè)計(jì)水位工況下，分離體抗滑穩(wěn)定不滿足要求，需增加錨索。分別于出流方向增加35根錨索，軸線方向加23根錨索后，設(shè)計(jì)、校核水位工況抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K分別為3.015、2.695，滿足規(guī)范和要求。②沿出流方向：基本組合(設(shè)計(jì)水位工況)，計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K為2.442，不滿足規(guī)范不小于3.0的要求。特殊組合(校核水位工況)，計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K為2.16，不滿足規(guī)范不小于2.5的要求。因此，沿出口出流方向在設(shè)計(jì)、校核水位工況下，分離體抗滑穩(wěn)定均不滿足要求，需增加錨索。分別于出流方向增加35根錨索，溢洪道軸線方向加23根錨索，設(shè)計(jì)錨固力Nt=1000 kN，經(jīng)復(fù)核增加錨索后，設(shè)計(jì)、校核水位工況抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K分別為3.2、2.7，均滿足規(guī)范和《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文》要求。

5 錨索設(shè)計(jì)及施工

本工程邊坡地質(zhì)巖性主要為灰?guī)r，以弱風(fēng)化作為錨索錨固段，錨固段長度為10 m，考慮錨索需穿過卸荷裂隙一定長度后，錨索桿體長度25 ～30 m，孔徑150 mm，本工程錨索為有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，設(shè)計(jì)錨固力Nt=1000 kN，每根錨索10束鋼絞線，規(guī)格為10-1×7-15.2-1860。預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用無涂層高強(qiáng)低松弛標(biāo)準(zhǔn)型1860 MPa(270級(jí))鋼絞線，每根鋼絲均為通長無接頭，錨索計(jì)算最優(yōu)錨固角43.8°，結(jié)合現(xiàn)場情況，實(shí)際取40°。預(yù)應(yīng)力錨具采用YJM15-8 OVM錨具[3]。

錨索施工過程主要有：鉆孔→預(yù)埋引出套管→分離體鋼筋和錨索制安→澆筑錨固段砂漿和分離體混凝土→待強(qiáng)→張拉鎖定→澆筑自由段砂漿[4]→封錨→驗(yàn)收。引出套管是指埋設(shè)于分離體結(jié)構(gòu)輪廓線以內(nèi)的錨索套管，采用高密度聚乙烯(HDPE)波紋管，其預(yù)埋應(yīng)平直順暢、牢固可靠，并確?？纵S線符合設(shè)計(jì)要求，采用軌道筋、井型架等進(jìn)行有效固定和保護(hù)。結(jié)構(gòu)混凝土澆筑過程中，應(yīng)確保引出套管預(yù)埋的準(zhǔn)確性和密封性，嚴(yán)防傾斜走位、破損、混凝土漿液滲入等。

結(jié)構(gòu)混凝土部位采用埋管法成孔時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：波紋管安裝應(yīng)位正、順暢、牢固、可靠。波紋管應(yīng)采用軌道筋、井型架等有效支撐固定措施，確?？椎腊惭b后孔軸線符合設(shè)計(jì)要求。混凝土澆筑前應(yīng)對孔道管的密封性、暢通性及孔位進(jìn)行全面檢查，并將兩端孔口臨時(shí)封堵。澆筑混凝土過程中應(yīng)有專人看護(hù)，嚴(yán)禁沖擊、觸傷或移動(dòng)孔道管。為確保孔道管暢通，混凝土澆筑過程中及時(shí)采用柔性球體進(jìn)行通暢性檢查，混凝土澆筑結(jié)束后應(yīng)采用梭形體進(jìn)行全面檢查，如發(fā)現(xiàn)孔道有錯(cuò)臺(tái)或阻塞，應(yīng)采取疏通處理。

錨索張拉遵循分區(qū)逐級(jí)加密原則，針對單根錨索按照分級(jí)加載，嚴(yán)格控制加載速率的方法，并考慮5%的超張拉后鎖定。錨索張拉應(yīng)按下列規(guī)定執(zhí)行：待內(nèi)錨固段漿體、錨墩混凝土的強(qiáng)度達(dá)到90%，且齡期≥7 d才允許進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的張拉。張拉過程如遇異常情況，應(yīng)立即停止張拉作業(yè)并報(bào)監(jiān)理工程師。應(yīng)以張拉力控制為主，伸長值校核的雙控操作方法。錨索正式張拉前，應(yīng)取0.1～0.2 Nt對錨索體預(yù)張拉1～2次，使錨索各股預(yù)應(yīng)力鋼絞線的應(yīng)力均勻，索體平直后，再進(jìn)行整索張拉。錨索張拉應(yīng)分級(jí)加載，共分六級(jí)加載。錨索張拉及卸載應(yīng)緩慢平穩(wěn)，加載速率不宜超過設(shè)計(jì)規(guī)定，卸載速率每分鐘不宜超過0.2 Nt。錨索張拉至設(shè)計(jì)應(yīng)力待壓力表穩(wěn)定后鎖定，持荷穩(wěn)壓時(shí)間不得小于10 min。錨索張拉每級(jí)加載后應(yīng)同步測量其伸長值，鎖定后應(yīng)量測預(yù)應(yīng)力鋼絞線的內(nèi)縮量。錨索張拉完畢后48 h內(nèi)，如發(fā)現(xiàn)錨索鎖定力低于設(shè)計(jì)張拉力的10%時(shí)，應(yīng)補(bǔ)償張拉力。錨索張拉鎖定后，夾片錯(cuò)牙不應(yīng)大于2 mm，否則應(yīng)退索重新張拉。張拉過程如遇鋼絞線斷絲、夾片出現(xiàn)可視裂紋、千斤頂嚴(yán)重銹蝕、油泵壓力表反映異常等情況之一時(shí)，應(yīng)停機(jī)檢查處理。錨索張拉過程應(yīng)按照《水利水電工程預(yù)應(yīng)力錨索施工規(guī)范》(DL/T5083—2010)[5]中附錄F中表F5做好施工記錄。另外根據(jù)規(guī)范要求，在錨索錨墊板底部設(shè)置3套應(yīng)變計(jì)，以便運(yùn)行期監(jiān)測錨索工作狀況及邊坡變化。

6 其他處理措施

(1)于左右側(cè)邊墻中部、反弧段底板各增設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)橫向鋼筋為φ28@150，縱向鋼筋為φ25@150，同時(shí)左右側(cè)墻內(nèi)外層每2根縱向鋼筋之間增設(shè)1根φ25鋼筋。對于增設(shè)的縱向鋼筋在已澆筑混凝土部位采取植筋方式處理，植筋深度為1.0 m,膠凝材料采用與混凝土同標(biāo)號(hào)的水泥砂漿灌注，以增加因施工貫穿縫間的結(jié)合強(qiáng)度[6]。

(2)開挖建基礎(chǔ)面鑿成平面或反坡粗糙面。

(3)在鼻坎末端下游面增加底板、擋墻，擋墻、底板均設(shè)置雙層φ20@200×200鋼筋網(wǎng)片，將邊坡矛頭封閉，避免運(yùn)行期挑流鼻坎出口高速水流霧化對矛頭及鋼絞線造成不利影響。

(4)針對齒槽基礎(chǔ)目前開挖已揭露的卸荷溶，澆筑前應(yīng)對充填物進(jìn)行人工清理，并用高壓水槍沖洗基礎(chǔ)，在溶隙內(nèi)預(yù)埋注漿管，采用自流式注漿，分多次間隔灌注水泥砂漿，于溶隙鋪設(shè)25@200×200鋼筋網(wǎng)片，兩端搭接長度不小于1 m。

7 結(jié) 論

工程建設(shè)中遇到的地質(zhì)條件是非常復(fù)雜的，加之施工等原因，對原設(shè)計(jì)建設(shè)條件形成不利影響，因此需從本工程實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合結(jié)構(gòu)的特性，綜合分析后采取多種處理方案，進(jìn)行加固加強(qiáng)處理，確保后期結(jié)構(gòu)的運(yùn)行安全。經(jīng)過連續(xù)幾年的邊坡觀測和監(jiān)測數(shù)據(jù)及實(shí)際的運(yùn)行情況，邊坡錨索應(yīng)力趨于穩(wěn)定，與設(shè)計(jì)計(jì)算是相符合的。