水利水電工程邊坡級別確定技術標準體系構建

黨雪梅 孫勝利

(黃河勘測規劃設計有限公司,鄭州 450003)

1 邊坡設計現狀和級別確定技術標準體系構建必要性

水利水電工程邊坡安全與工程安全、工程區和下游人民生命財產安全以及對環境的影響,有著密切的關系,是整個水利水電工程安全中最重要的環節之一。

但長期以來,水利水電工程邊坡設計實踐過程中一直沒有統一的技術標準,邊坡設計處于一種無序的、隨意的泛經驗狀態。

邊坡設計過于偏于保守或過于偏于危險的情況出現。前者造成不必要的資金浪費,后者造成不少邊坡破壞失事,不僅嚴重影響了建筑物的正常使用,而且給人類的正常活動構成極大的威脅,某些邊坡破壞造成的人員傷亡和經濟損失也是令人觸目驚心的。

根據水利水電工程建設的需要,亟需制定一套完整的邊坡設計技術標準,規范水利水電工程邊坡設計。

而在整個邊坡設計技術標準體系中,構建邊坡級別確定技術標準體系是宏觀控制邊坡安全的重要工作,也是宏觀控制邊坡安全度首先要解決的重大技術標準問題。

2 體系構建的基本原則、思路和考慮的主要因素

2.1 基本原則

水利水電工程邊坡是工程的組成部分之一,因此構建的級別確定技術標準體系的原則就是應該與水利水電工程的建筑物級別協調一致,與當前的國民經濟發展水平一致。

從另一方面而言,水工建筑物的級別確定方法在相關設計規范已經規定,推廣應用了幾十年,被廣大設計者所熟悉掌握。因此另起爐灶制定一套完全不同體系,既無必要也不可行。

2.2 基本思路

眾所周知,水利水電工程建設涉及到的邊坡類型多種多樣,與工程安全的關系也十分復雜,對工程安全影響程度也不同。為了構建邊坡級別確定技術標準體系,有必要對各類邊坡進行梳理、歸納。從便于構建技術標準體系的角度分析邊坡,可以歸納為與水工建筑物直接或間接相關、與工程場區修建的其他建筑物相關、獨立邊坡三大類。按照這種分類確定了構建技術標準體系的基本思路為:以與水工建筑物相協調、兼顧國民經濟發展水平、設計中便于執行和操作為原則,以邊坡與水工建筑物相關關系為主線,以邊坡對建筑物安全的影響程度為依據,構建了較為完整的水利水電工程邊坡級別確定的技術標準體系。

2.3 考慮的主要因素

構建邊坡級別確定技術標準體系需要考慮技術因素和構建完整協調的邊坡設計技術標準體系構建兩大類因素。

對技術因素進行歸納,主要有以下7大主要因素:邊坡安全對建筑物安全和正常運用的影響程度,邊坡安全對人身和財產安全的影響程度,邊坡失事后的損失大小,邊坡規模大小,邊坡所處位置、是臨時邊坡還是永久邊坡,社會和環境因素。雖然級別確定是相對獨立的技術標準體系,但仍然屬于整個邊坡設計技術標準體系的一部分,所以需要考慮與其他組成部分相互協調匹配,這是構建該技術標準體系所必須考慮的,如穩定安全系數標準也需要按級別確定。

3 邊坡級別確定技術標準體系構建

3.1 構建方法

按照上述確定邊坡的基本思路,采用以下方法構建邊坡級別確定技術標準體系。

(1)邊坡級別等級數量確定。

(2)定義可能的最高級別和最低級別。

(3)對于與水工建筑物相關邊坡,按照邊坡失事對建筑物的影響程度構建基本的邊坡級別確定體系,并對最常見的典型情況給予明確規定,以充分體現邊坡級別確定技術標準體系的思想。

(4)參照基本的級別確定技術標準體系,對與工程場區其他建筑物、構筑物相關的邊坡進行規定。

(5)參照基本的級別確定技術標準體系,對所謂的獨立邊坡級別確定進行規定。

所有上述邊坡級別確定過程中,都要對以往的工程實踐積累的經驗進行梳理、歸納和總結,以得到合理的結論。

3.2 邊坡級別等級的劃分

多年來水工建筑物一直是劃分為5個級別,歷年的等級規范也是這樣規定的,已經為廣大設計人員熟悉和掌握。按照上述與水工建筑物協調一致的原則來確定邊坡的級別,邊坡也應該分為5個等級。邊坡級別劃分為五個級別有以下優點。

(1)劃分為五個級別與水工建筑物級別劃分一致,便于參照制定本規范條文,對規范條文的可操作性易于評估。

(2)符合廣大設計人員的習慣,便于規范條文的正確執行。

(3)依據邊坡等級分級確定的穩定安全系數標準,按五個級別確定,與建筑物相匹配,便于在制定規范條文和將來的邊坡設計的條文執行中,與水工建筑物的穩定安全系數橫向比較,評價其合理性。

3.3 體系構建

3.3.1 與水工建筑物相關邊坡確定

按照 “以邊坡與水工建筑物相關關系為主線,以邊坡對建筑物安全的影響程度為依據”的基本思路,形成正確而合理地對應關系。

與水工建筑物不相關的邊坡,參照這個思路另行確定。

體系構建首先需要定義最高級別和最低級別如何確定。

根據對一些設計規范的考察,考慮到多年來行業內約定俗成的習慣,并通過對各中水工建筑物與邊坡的關系,擬將邊坡失事后對水工建筑物的影響程度大致劃分為 “嚴重”、“較嚴重”、“不嚴重”和“較輕”等四種情況。

與水工建筑物相關的邊坡級別的確定方法,從基本思路入手,圍繞相關建筑物的級別、邊坡的級別數量、邊坡失事對建筑物的四種危害程度進行研究論證,基本理清與相關建筑物之間的相互關系,形成邊坡級別確定方法的框架和初步確定方法。為較清晰地表達邊坡級別確定方法的框架和初步確定方法,將上述研究成果進行歸納并仍采用表格形式表示如下。

表1 與水工建筑物級別相關邊坡的級別確定方法表

在進行具體的邊坡級別確定時,主要是分析邊坡失事對相關建筑物的影響程度,四種影響程度的劃定如下。

(1)嚴重:相關建筑物完全破壞或功能完全喪失。

(2)較嚴重:相關建筑物遭到較大的破壞或功能受到比較大的影響,需進行專門的除險加固后才能投入正常運用。

(3)不嚴重:相關建筑物遭到一些破壞或功能受到一些影響,及時修復后仍能使用。

(4)較輕:相關建筑物僅受到很小的影響或間接地受到影響。

3.3.2 與其他建筑物和構筑物相關邊坡的級別確定

這類邊坡的級別確定的基本思路與上述邊坡是相同的,需要合理把握的是相關專業的規范規定與水利水電工程的特殊要求的協調。

3.3.3 獨立邊坡

這類邊坡級別的確定需要進行專門的論證。

水利水電工程邊坡級別確定技術標準體系可以用圖1表示。

圖1 邊坡級別確定技術標準體系框圖

4 技術特點

作為技術標準體系,該成果具有技術合理性和標準的完整性、可操作性等特點。主要表現在以下幾方面。

(1)與水工建筑物分級一致分為5個等級,符合行業多年來的分級慣例。便于設計者在確定邊坡等級時,與心目中的水工建筑物的安全度對照,合理把握邊坡的安全度。

(2)邊坡級別最高與相關建筑物相同,最低為5級。與某一級別水工建筑物相關的邊坡,根據對其安全的影響程度不同,可以定為不同的級別,構成了完整系統的技術標準體系。

(3)邊坡對水工建筑物安全的四種影響程度均給予了明確的定義,技術嚴密且可操作性強,便于設計者掌握。

5 結 語

長期以來,水利水電工程邊坡設計沒有統一的技術標準,使得邊坡設計長期處于一種無序的泛經驗狀態,忽視邊坡問題或過度設計的情況時有發生,在安全風險與投資風險之間經常存在巨大的矛盾。構建的邊坡級別確定技術標準體系從源頭上將邊坡設計納入了有序的軌道。這一邊坡級別確定技術標準體系給出的邊坡級別確定方法已經納入《水利水電工程邊坡設計規范》(SL386-2007)。

正確應用這一技術標準體系的思路是全面理解其內涵,準確把握工程安全和經濟投入的度,客觀分析邊坡安全在整體工程安全的地位,才能合理確定邊坡級別。