深圳抽水蓄能電站工程下庫邊坡土釘支護設計

【摘要】土釘支護是基于新奧法理論發展起來的邊坡支護技術，與傳統的砼貼坡擋墻、堆石護坡、削坡卸載、抗滑樁加固等支護方法相比較，具有經濟可靠、結構輕柔、施工設備簡單、施工占用場地少、對周圍環境的干擾小等優點，特別是持續、漸變的變形特點，使得土釘實現動態設計和信息化施工，因而深受工程技術人員的喜愛。本文主要介紹土釘技術在深圳抽水蓄能電站工程中邊坡土釘設計的應用情況和個人的體會。

【關鍵詞】下庫邊坡；支護；土釘

中圖分類號：〔TV91〕 文獻標識碼：A

1、基本概況

深圳抽水蓄能電站下水庫是利用已建的銅鑼徑水庫進行擴容改建。下水庫正常蓄水位為80.00m，死水位60.00m，調節庫容1625.24萬m3，工作水頭20m，調節庫容1545萬m3。下庫進出水口位于銅鑼徑水庫庫尾，水流主要來自左側狹窄的過流斷面，為側式進出水口。下庫進出水口邊坡較高，高度達33.45m。該坡為土質邊坡，受下庫進出水口邊坡施工開挖影響，邊坡地形較零亂，且處在水庫動水區內，自穩能力差，根據抽水蓄能電站水庫水位變化頻繁、變幅較大的特點，同時由于下水庫消落深度（20m）較大，庫面較窄，庫岸邊坡較陡，在驟降工況易引起邊坡失穩，局部覆蓋層較厚的部位可能會產生崩坍、淺層滑落等庫岸失穩現象，需要驗算不同工況條件下的邊坡穩定。

2、地形地質條件

深蓄下水庫利用銅鑼徑水庫擴建而成，位于上水庫北面橫坪公路北側，距上水庫約4.3km，在三洲田水庫下游，響水河流入庫中。銅鑼徑水庫由三條呈“土”字型大沖溝組成，地形總體上呈東南高（山頂高程一般150～250m）、西北低（山頂高程一般100～150m）。庫周沖溝水匯集于庫盆經西側主壩址流出庫外，庫周山坡坡度一般在20～25°，局部達30°，植被茂盛。

邊坡工程地質推測如下：

（1）表層為第四系地層（Q）：坡面為坡積土（QDL）覆蓋，厚約1.6～2m，可塑狀；69m高程以下至坡腳57m高程，上部為1m～3m厚人工松散堆積層（QS），土質松軟、邊坡面已見多處失穩沖溝；坡腳（57m高程）以外為水庫底，表層為沖積（Qal）層，約0.5m～3m，少見淤泥，土質軟塑狀。

（2）基巖為花崗巖：全風化（Ⅴ）層分布廣泛，埋深約12m～14m，上部可塑、下部硬塑～堅硬狀，但在57m高程庫底部位因長期飽水一定深度內呈軟塑狀。

（3）強～弱風化基巖，埋深較深，分布廣泛，巖石堅硬。

該坡為土質邊坡，受橫坪公路、下庫進出水口邊坡施工開挖影響，邊坡地形較零亂，且處在水庫動水區內，自穩能力差，應作加回處理。

土樣室內試驗結果，坡積層飽和快剪強度指標平均值C=16.3kPa，φ=24.6°，三軸壓縮試驗（固結不排水剪）總應力強度參數平均值Ccu=20.8kPa，φcu=22.8°，有效應力強度參數平均值C′=17.8kPa，φ′=26.4°；全風化帶飽和快剪強度指標平均值C=15kPa，φ=27°，三軸壓縮試驗（固結不排水剪）總應力強度參數平均值Ccu=27.6kPa，φcu=23.2°，有效應力強度參數平均值C′=22.7kPa，φ′=28.3°。庫岸大部分范圍坡角大于土層內摩擦角，存在庫水漲落時坡度較陡地段可能會產生失穩現象。

3、邊坡土釘設計

3.1 土釘支護方案的確定

一般邊坡加固處理主要方法有：砼貼坡擋墻、堆石護坡、削坡卸載、抗滑樁加固、壓重護腳及錨桿土釘支護等方案。由于下水庫邊坡山體雄厚，庫岸山體較陡，用砼貼坡擋墻或堆石護坡則工程量較大，且堆石護坡坡度較緩，減少有效庫容；抗滑樁加固直接影響到進出水口邊坡底下的隧洞，也不宜考慮；從地質提供的土層穩定的邊坡坡比為1：2，如果按照1：2的邊坡進行設計，需要挖除現狀的橫坪一級公路，也不現實。根據下水庫進出水口地形地質條件，初步設計方案為﹕54.25m～58.00m高程垂直開挖，58.00m～80.00m高程1：1.3開挖，80.00m～87.70m高程1：0.75開挖，采用錨桿土釘面板護坡方案。

3.2 參數設計

支護設計的原則是安全可靠，并根據施工的過程中得到信息后改進設計，設計步驟依次如下：

（1）按經驗設定參數，初步計算土釘受力最大的拉力。

在使用狀態下每一土釘中的最大拉力T可用下式求出：

式中：：為孔壁抗拔力，d為鉆孔孔徑，為全風化土體與錨固體極限摩阻力，為強風化巖體與錨固體極限摩阻力，為土釘在全風化土中的有效錨固長度，為土釘在強風化巖體中的有效錨固長度，為釘材與砂漿界面有效錨固力，為鉆孔孔徑，為釘材與砂漿界面極限摩阻力，為土釘釘材抗拉力，為鋼筋抗拉強度設計值。

土釘的設計長度按保證孔壁抗拔力大于土釘釘材抗拉力考慮，則土釘的受拉承載力設計值

（4） 內部整體穩定分析。土釘支護內部穩定分析采用圓弧滑動面條分法，輸入各層土的物理參數

、土釘參數等，臨界滑動面位置由計算機確定。

計算程序：采用武漢大學SeepV3.0軟件計算滲流，采用陳祖煜編制的土石壩專用程序—“土質邊坡穩定分析（STAB2005）程序”進行穩定計算和理正巖土計算中邊坡穩定分析進行對比，采用土釘參數為：54.25m～58.00m高程采用3m的的20錨桿，間距1.5m，排距1.5m ；58.00m～80.00m高程邊坡采用長6m的的32土釘，間距1.5m，排距1.5m 。采取上述開挖及支護方式后邊坡穩定滿足規范設計要求。

（5）噴混凝土面層設計。本工程支護面層采用噴50mm厚C25砼， 然后設置面板設置一層14鋼筋網，面板砼厚度250mm，每根土釘設置短鋼筋與土釘焊接，并包裹在噴砼層內。

4、總結

（1） 對于抽水蓄能電站邊坡在水位驟降時，邊坡處于最危險的狀態，即系正常蓄水位到死水位的驟降，土體處于飽和狀態，特別不滿足在地質提出的穩定邊坡，需要進行各種水位驟降的反復驗算，合理提出支護方案，同時加強高邊坡的巡視及觀測，做好安全防范措施，發現問題及時處理。

（2） 土釘支護面板砼適當設置一層鋼筋網，防止面板砼由于溫度過高產生邊坡的裂縫，同時在土釘錨桿的頭部適當預緊力，增強土體穩定性。

（3） 在坡頂設置截水溝，減少雨水對坡面的直接沖刷；邊坡排水孔適當增大，保持排水孔的通暢性，可以適當增加塑料排水盲溝，形成排水系統管網。

（4） 從土釘計算公式來看，孔壁抗拔力是影響土釘的受拉承載力最關鍵的因數，土釘錨桿應盡可能伸入強風化巖體，提高土釘的受拉承載力。

（5） 從國內外土釘支護的失敗例子來看，地表水、地下水的不利作用至關重要，所以應作好地表水的攔截和坡面水、地下水的排水工作，并充分考慮地下水的作用對邊坡土的物理力學性能的不利影響。

參考文獻：

〔1〕黃 勇. 深圳抽水蓄能電站可行性研究報告〔R〕.廣州：廣東省水利電力勘測設計研究院，2009.

〔2〕廣東省土釘支護技術規程（DBJ/T15-70-2009）〔S〕.北京：中國建筑工業出版社，2009.

〔3〕姚禮敏， 譚季麓，土釘技術在東深供水改造工程深基坑支護中的應用〔J〕. 中國農村水利水電：北京， 2001.（1）39-40

作者簡介：鐘德培，男，工程師，本科，主要從事水利水電工程設計工作。