何濤林，朱瑞晨（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州310014）

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洛古水電站消力池右岸邊坡支護設(shè)計

何濤林，朱瑞晨
（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，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，采用抗滑樁方案對崩坡積體進行支護；工程運行實踐表明該方案支護效果良好。

［關(guān)鍵詞］洛古水電站；消力池；崩坡積體；邊坡支護；抗滑樁;四川

1　工程概況

洛古水電站位于四川省昭覺縣洛古鄉(xiāng)，距昭覺縣城約18 km，為西溪河流域兩庫五級電站中的第二級，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)庫容3 730萬m3；電站裝機2臺55 MW水輪發(fā)電機，總裝機容量為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)電廠房及開關(guān)站等組成，主要建筑物級別為3級，次要建筑物為4級。

攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，設(shè)計洪水重現(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221 m，由2個溢流壩段和7個擋水壩段組成。溢流壩段共設(shè)3個表孔和2個底孔，采用“X”型寬尾墩+臺階溢流面+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)開挖會導(dǎo)致右岸崩坡積體的坡腳抗滑體被挖除，對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，需要對消力池右岸邊坡的穩(wěn)定性進行復(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，兩岸地形基本對稱，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計算參數(shù)及計算工況

計算時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)，具體見表1。

消力池基礎(chǔ)開挖安排在枯水期并且施工時間相對較短，所以重點考慮施工期短暫狀況(施工工況)。消力池屬于4級建筑物，根據(jù)DL/T5353-2006《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》，確定其邊坡為3級邊坡，短暫狀況下最小安全系數(shù)必須滿足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圖1。根據(jù)試驗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，分別對沿基覆界面和沿坡積體內(nèi)部兩種滑動模式進行計算，其中沿基覆界面滑動模式，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)部滑動模式，安全系數(shù)為1.17。兩種模式均滿足規(guī)范要求。因此，天然邊坡是穩(wěn)定的，不會沿基覆界面或內(nèi)部土體產(chǎn)生滑動。

3.3開挖后邊坡穩(wěn)定分析

消力池基礎(chǔ)開挖導(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)沒有變化，還是1.17，說明在基礎(chǔ)開挖時邊坡將沿基覆面失穩(wěn)，需進行支護處理。

4　消力池右岸邊坡支護設(shè)計

4.1剩余下滑力計算

坡體失穩(wěn)時的滑動面為復(fù)合折線，剩余下滑力采用推力傳遞法計算，公式如下：

式中：Ti——第 i個條塊剩余下滑力，kN/m；ψ——推力傳遞系數(shù)；K——滑坡推力計算安全系數(shù)；Pi——第i個條塊沿滑動面分力，kN/m；Ri——第i個條塊阻滑力，kN/m；剩余下滑力計算曲線見圖1和圖2。由圖3可知，要滿足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時條塊間剩余下滑力曲線

圖2　K=1.05時條塊間剩余下滑力曲線

4.2支護方案選擇

根據(jù)一般的工程經(jīng)驗，滑坡治理主要從3個方面考慮：開挖減載、治水或加固。消力池右岸邊坡原始坡比1∶1.4，坡高超過200 m以上，采用開挖方案顯然不合理也不經(jīng)濟，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)。本工程對抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索方案進行了比較。

4.2.1預(yù)應(yīng)力錨索方案

經(jīng)計算，為保證施工期邊坡穩(wěn)定，需從2 034 m高程開始，每10 m設(shè)一級馬道，共4級，除第一級坡比為1∶0.8外，其余坡比均為1:1，坡面上布置10排1 500 kN級預(yù)應(yīng)力錨索，縱向間距5 m，錨索長度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，經(jīng)計算，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）錨索方案需開挖40 m以上的高邊坡，對邊坡擾動較大，且開挖坡比1∶1，陡于自然坡比，在施工過程中必須嚴(yán)格遵守“先護后挖”的原則，即在上一級邊坡支護完成后才能進行下一級邊坡的開挖，對工序管理要求較嚴(yán)，施工周期相對較長。

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后即可開始施工，采用二序施工。

3）在消力池基礎(chǔ)開挖完成后，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)測設(shè)計

為了在施工期及運行期對邊坡進行觀測，了解邊坡的變形情況，在右岸邊坡布置了1個多點位移計和3個測斜孔。多點位移計為2點式，孔深25 m。測斜孔為豎直孔，布置在抗滑樁內(nèi)側(cè)，孔口高程1 992 m，孔深30 m。為觀測抗滑樁運行情況，在樁身內(nèi)布置鋼筋測力計。

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，在滿足水流歸槽條件的前提下，將消力池布置在原河床中心線略偏左岸位置，雖使左岸巖質(zhì)邊坡的開挖量有所增加，但減少了右岸深厚崩坡積體的開挖范圍，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)，雨季或人為擾動時表層有崩落或小規(guī)模坍塌現(xiàn)象，開挖對邊坡穩(wěn)定影響較大，不宜采用開挖方式，如果一定要采用開挖方式，必須遵守“先護后挖”的原則，即在上一級邊坡支護完成后才能進行下一級邊坡的開挖，這對施工管理要求較嚴(yán)。

3）抗滑樁設(shè)計要求滑動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，無強卸荷巖體分布，適合布置抗滑樁。

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

［參考文獻］

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

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

［中圖分類號］TV74

［文獻標(biāo)識碼］B

［文章編號］1002－0624（2016）03－0003－03

[收稿日期]2015-12-22