云南小灣水電站左岸飲水溝堆積體邊坡搶險加固工程啟示

李君（重慶燈塔建筑工程有限公司　重慶北碚　400700）

云南小灣水電站左岸飲水溝堆積體邊坡搶險加固工程啟示

李君
（重慶燈塔建筑工程有限公司重慶北碚400700）

本文通過小灣水電站左岸飲水溝堆積體實際開挖與支護經驗總結，分析了開挖與支護的優化關系。探討了實際開挖方案下失穩的原因，發現瑞典條分法與規范法適用于二維平面計算，難于反映空間的穩定狀況；當按瑞典條分法計算未支護下開挖穩定系數出現下降時，宜及時支護；同時發現瑞典條分法相對于規范法更準確地反應了開挖各階段的穩定性變化情況；坡腳對整個坡體穩定性影響很大，挖前要反復論證。

堆積體；開挖與支護；優化分析

1　工程概況與研究思路

云南小灣水電站左岸壩前飲水溝堆積體，平面上似舌形沿溝展布，略呈上寬下窄，順河向平均寬度約190m，前緣高程為1130m，后緣高程1620m，橫河向長約700m，面積約1.1×105m2，平均鉛直厚度約50～60m，總方量約為5×106m3。堆積體物質成分主要為塊石和碎石，透水性強；底部的接觸帶透水性微弱。壩區地震基本烈度為Ⅷ度。據前期研究開挖前滑面的強度參數C′= 45kPa，φ′=31°，滑面內遷可能性小。

圖1　堆積體分布地段地質圖

飲水溝堆積體在天然狀況下是穩定的，當開挖至1295m時，坡體出現了明顯的整體變形。后來耗資近2億元，經過一年的搶險加固，共張拉錨索1000余根，打抗滑樁30余根，坡體基本穩定。

本文僅從穩定性分析計算的角度來研究開挖過程中的穩定性的發展情況與支護時機，采用瑞典條分法與規范法計算了兩個剖面詳見圖2～3三種工況下（Ⅰ為天然條件，無水無地震；Ⅱ為只考慮地下水2m；Ⅲ為暴雨條件，以基覆界面為準，1360m以上取2m地下水，1360m以下取地下水5m）開挖各階段的穩定性，得到了合理的穩定預警值，提出了應當支護的時機。

2　邊坡開挖過程中的穩定性變化情況及啟示

圖2　3-3′計算剖面圖

圖3　CZ-CZ′計算剖面圖

對3-3′、CZ-CZ′兩剖面計算了在不進行支護下三種工況下各開挖階段的穩定系數，來看一看不支護下開挖的穩定性變化情況。對滑帶強度參數用了兩種取法：①整個開挖過程都取校核成果C=45kPa、φ=31°；②1370m（附近有鎖口）以上取C=45kPa、φ=31°，而1370m以下取C=40kPa、φ=29.5°。兩種取法的計算結果見表1、表4。

2.1未支護下開挖坡體穩定性系數的變化情況

從表1中可以看出：對于3-3′剖面，瑞典條分法的計算結果為：從坡頂向下開挖直至1370m，開挖邊坡的穩定性系數在逐漸增大，其中，開挖至1370m時，工況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ下邊坡穩定性系數分別為1.180、1.144、1.116；而對1370m以下開挖時，穩定性系數逐漸減小。按規范法計算的穩定性系數在工況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，從坡頂開挖至1280m的整個過程中是不斷上升的，在開挖1260m以下時，穩定系數才開始逐漸下降。

表1　3-3′剖面開挖未支護下各階段的穩定性發展情況（C′=45kPa，φ′=31°）

從表2中可以看出：對于CZ-CZ′剖面，向下開挖直至1330m的過程中，兩種方法計算的穩定性系數都在逐漸增大，其中，開挖至1330m時，工況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ下按瑞典條分法計算的穩定性系數分別為1.326、1.286、1.254，按規范法計算的穩定系數分別為1.616、1.568、1.516。而對1330m以下開挖時，兩種方法計算的穩定系數都逐漸下降。

表2　CZ-CZ′剖面開挖未支護下各階段的穩定性發展情況（C′=45kPa，φ′=31°）

從表3中可以看出（主要討論對1370m以下開挖時的穩定性）：對于3-3′剖面，瑞典條分法的計算結果為：對1370m以下開挖時，穩定性系數逐漸減小，開挖至1245m時，邊坡的穩定性系數達到極小值。按規范法計算的穩定性系數在工況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，在從1370m開挖至1260m的過程中是不斷上升的，在開挖1260m以下時，穩定系數才開始逐漸下降。

從表4中可以看出（主要討論對1370m以下開挖時的穩定性）：對于CZ-CZ′剖面，從1370m向下開挖直至1330m的過程中，兩種方法計算的穩定性系數都在逐漸增大，其中，開挖至1330m時，工況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ下按瑞典條分法計算的穩定性系數分別為1.241、1.203、1.173，按規范法計算的穩定系數分別為1.492、1.447、1.400。而對1330m以下開挖時，兩種方法計算的穩定系數都逐漸下降。

表3　3-3′剖面開挖未支護下各階段的穩定性發展情況（1370m以上取C′=45kPa，φ′=31°以下取C′=40kPa，φ′=29.5°）

表4　CZ-CZ′剖面開挖未支護下各階段的穩定性發展情況（1370m以上取C′=45kPa，φ′=31°以下取C′=40kPa，φ′=29.5°）

2.2對未支護情況下開挖邊坡穩定性系數計算結果偏大的分析

從開挖各階段未支護下穩定性計算來看，穩定系數都有些偏大，按照常規認識，即使不支護，在開挖完畢時，也不會失穩。而實際上，坡體在開挖到1295m以下時，坡體開始出現明顯的變形，顯示邊坡穩定性程度明顯降低。

對于這種不對應情況，我們認為主要有以下原因：

飲水溝堆積體的形狀似舌頭，上大下小，在EL.1380m處存在一鎖口。當鎖口挖掉以后穩定性下降很多，但此時坡腳仍然很厚重，坡體勉強穩定；當把坡腳挖掉以后，坡體后部相對太重，而坡體前部相對較輕，自然穩定性急劇降低，而這些在平面計算中難于反應，反而造成很穩定的假象。瑞典條分法與規范法適用于二維平面的計算，難于反應巨型堆積體的空間穩定性，盡管在挖掉鎖口以后降低了強度參數，但究竟降低多少，很難準確界定。

2.3按瑞典條分法計算的穩定系數與坡體穩定狀況的對應規律

按瑞典條計算分法計，從坡頂開挖至1370/1330m過程，穩定性系數上升；根據實際監測，當開挖1295m以下時，已引起了坡體的明顯變形。因此我們推測按瑞典條分法計算的穩定性系數下降時或下降后不久，坡體就開始變形，對1295m以下開挖時坡體才發生明顯變形。結合未支護下開挖各階段穩定系數的變化情況與坡體實際穩定程度，表明它們在時空上存在較高的一致性。

我們不難建立這樣的聯系：按瑞典條分法計算的穩定系數開始下降時，意味著坡體開始或即將開始變形。因此在按瑞典條分法計算的穩定系數開始下降時宜加強支護，以便下一階段順利開挖。

2.4按規范法計算的穩定系數與坡體穩定狀況的對應規律

3-3′剖面在工況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ下，按規范法計算的穩定系數在開挖至1260m時也出現了轉折，即是說這種下降現象對應了坡體的快速變形情況。然而是這種對應現象相對瑞典條分法來說要滯后，若以此來認識開挖過程中邊坡穩定狀況，過于危險。因此，瑞典條分法更加準確地反映的坡體開挖后各階段的穩定性。

2.5CZ-CZ′剖面穩定性系數計算結果的討論

在CZ-CZ′剖面中，在開挖至1330m時，按瑞典條分法與按規范法計算的穩定性系數都出現了轉折，而在3-3′剖面出現轉折的高程是不一致的。

這主要是因為兩個剖面的開挖坡形不一樣。CZ-CZ′剖面中，1300m以下剩余坡體厚度已經很薄，而3-3′剖面1300m以下的剩余坡體厚度還比較厚。因此，CZ-CZ′剖面中，坡腳的開挖是導致穩定系數變化于開挖至1300m時急劇下降的主要原因。

3　總結

經前面的探討，得出如下結論：

（1）瑞典條分法與規范法是二維平面計算，難于反應邊坡的空間狀況，在巨型邊坡中更要謹慎使用。

（2）在對未支護下開挖各階段穩定性分析時應注意瑞典條分法穩定系數開始下降這一現象，因為它意味著即將發生的失穩。

（3）按瑞典條分法計算的穩定性系數相對按規范法計算的穩定性系數更加準確地反映的坡體開挖后各階段的穩定性。而按規范法計算的穩定性系數在反映坡體開挖過程的穩定狀況時，具有滯后性。

（4）邊坡在削掉坡腳以后，穩定性急劇下降。對于需要削掉坡腳的開挖方案要反復論證，須預加固。

[1]黃潤秋，王士天，胡卸文，等.瀾滄江小灣水電站——高拱壩壩基生大工程地質問題研究.西南交通大學出版社，1996.

[2]高大釗.巖土工程規范標準實施手冊.中國建筑工業出版社，1997.

[3]陳祖煜，汪小剛，楊健，賈志欣，王玉杰.巖質邊坡穩定分析——原理·方法·程序.中國水利水電出版社，2005.

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2015-1-20

李君（1982-），男，助理工程師，本科，主要從事施工技術管理方面的工作。