青龍水電站廠區(qū)后邊坡設(shè)計(jì)

何建華 王 泉

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610072)

青龍水電站廠區(qū)后邊坡設(shè)計(jì)

何建華 王 泉

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610072)

根據(jù)青龍水電站廠區(qū)后邊坡的地質(zhì)條件，確立了該邊坡的設(shè)計(jì)原則，通過計(jì)算分析邊坡的穩(wěn)定性，提出了邊坡支護(hù)與監(jiān)測設(shè)計(jì)措施，既保證了廠房邊坡的安全性，又節(jié)約了施工成本。

廠房，邊坡，支護(hù)設(shè)計(jì)，穩(wěn)定性

1 工程概況

青龍水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣境內(nèi)，為引水式電站，廠房型式為岸邊式地面廠房，工程等別為三等中型工程。攔河閘壩、引水系統(tǒng)和廠房等永久性主要水工建筑物級(jí)別為3級(jí)，廠房后邊坡級(jí)別為Ⅱ級(jí)。

廠房布置在青龍橋上游約60 m白水江左岸的Ⅰ級(jí)階地上。主廠房縱軸線方向?yàn)镹85°E，主廠房總長度64.32 m，上部寬度18.00 m，上部高度16.20 m；下部寬度22.00 m，下部高度19.50 m。

廠址處場地狹窄，外側(cè)為白水江河道，內(nèi)側(cè)為高陡山體。廠區(qū)建筑物在滿足不影響河道行洪的情況下盡量靠河側(cè)布置，經(jīng)過多次現(xiàn)場實(shí)地查勘，結(jié)合水力學(xué)模型試驗(yàn)分析成果，選定最終的廠房位置，廠區(qū)建筑物距離后邊坡最近處約3 m～5 m。因此需要研究廠房后緣高邊坡的穩(wěn)定性及對(duì)廠區(qū)的影響，確保廠區(qū)建筑物安全運(yùn)行。

2 廠房后邊坡地質(zhì)條件

廠房后邊坡為陡峻的巖質(zhì)高邊坡，臨江坡高200 m～300 m，后坡山體地形呈凸出山脊，三面臨空，邊坡高、陡。巖性為中厚～厚層灰?guī)r與薄層～薄板狀灰?guī)r互層，夾少量薄層炭質(zhì)千枚巖，巖層總體產(chǎn)狀為N25°～35°W/SW∠75°～80°，與邊坡走向呈大角度相交。據(jù)地表調(diào)查，該段邊坡巖體內(nèi)無大的斷層發(fā)育，有少量層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶出露，巖體中除層面裂隙發(fā)育外，優(yōu)勢(shì)節(jié)理有三組：1)N35°～40°E/SE(NW)∠75°～85°，跡長3 m～5 m，部分大于5 m，間距0.5 m～1 m，少量20 cm～40 cm；2)EW/N∠25°～30°，緩傾山內(nèi)，跡長3 m～5 m，間距30 cm～60 cm；3)N40°～60°E/NW∠45°～50°，傾上游偏山里，跡長3 m～5 m，間距30 cm～80 cm。邊坡巖體巖溶不發(fā)育，地下水不活動(dòng)，強(qiáng)卸荷帶水平深度一般30 m，弱卸荷深度約80 m。根據(jù)結(jié)構(gòu)面組合分析，結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定不具控制性，該段邊坡整體穩(wěn)定，但由于受層面及第②組陡傾節(jié)理控制，邊坡中上部巖體卸荷強(qiáng)烈，多沿層面、第②組裂隙面張開5 cm～10 cm，局部可達(dá)20 cm～50 cm，坡面多處可見危巖體分布，在8度地震影響下，可能影響下部廠房安全，需采取邊坡防護(hù)和加固處理。

3 廠房后邊坡設(shè)計(jì)

3.1 邊坡設(shè)計(jì)原則

本工程按以下原則對(duì)邊坡進(jìn)行設(shè)計(jì)：

1)滿足廠區(qū)建筑物布置要求。由于場地布置條件的限制，廠房后坡設(shè)計(jì)需要結(jié)合樞紐布置格局，依據(jù)各建筑物的功能，滿足電站布置合理、運(yùn)行安全、維護(hù)管理方便的要求。

2)避免大規(guī)模開挖和擾動(dòng)邊坡。通過對(duì)場地充分利用，布置上盡量緊湊，充分利用場地，合理布置建筑物，避免對(duì)廠區(qū)邊坡的大規(guī)模開挖和擾動(dòng)。

3)重點(diǎn)突出，細(xì)化分區(qū)設(shè)計(jì)。由于本工程邊坡規(guī)模大，須進(jìn)行細(xì)化分區(qū)設(shè)計(jì)。廠房后邊坡按其微地形、巖體卸荷松弛及危石分布情況，沿高度方向分為三個(gè)區(qū)：強(qiáng)卸荷危石分布區(qū)、卸荷拉裂Ⅰ區(qū)、卸荷拉裂Ⅱ區(qū)。為了更加精細(xì)化地對(duì)該區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)，將該面沿順河流方向從上游到下游平面上分為8個(gè)面。廠房后邊坡分區(qū)平面圖見圖1。

4)施工方便。由于本工程邊坡坡面完整性較差，且高陡，最高達(dá)300 m，施工難度較大，邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧施工方便，選擇合理的設(shè)計(jì)方案。

3.2 邊坡穩(wěn)定性分析

3.2.1 邊坡穩(wěn)定與失穩(wěn)模式分析

廠房后坡整體穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定不具控制性。邊坡的失穩(wěn)模式為：淺表層巖體可能存在沿剪切面發(fā)生滑移或傾倒破壞，為保證邊坡安全運(yùn)行，需要對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定復(fù)核，經(jīng)分析，選取相對(duì)危險(xiǎn)的面1、面4、面8進(jìn)行計(jì)算分析。廠房后邊坡滑移模式剖面圖見圖2。

3.2.2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

1)計(jì)算方法及參數(shù)取值。

邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法主要有平面穩(wěn)定分析及空間穩(wěn)定分析，其中，平面穩(wěn)定分析一般采用剛體極限平衡法、平面有限元方法、平面地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)等。空間穩(wěn)定分析一般采用空間有限元計(jì)算法、三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)等。

采用剛體極限平衡法進(jìn)行計(jì)算。參數(shù)取值見表1。

表1 廠址區(qū)巖體物理力學(xué)參數(shù)建議值表

2)計(jì)算工況及荷載組合。

邊坡主要按三種工況進(jìn)行計(jì)算：持久設(shè)計(jì)工況、短暫設(shè)計(jì)工況、偶然設(shè)計(jì)工況。荷載組合主要有：a.持久工況荷載組合：自重+地下水壓力；b.短暫工況：自重+暴雨水壓力；c.偶然工況：自重+水壓力+地震力。

3)計(jì)算。

表2 廠房后邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

故經(jīng)計(jì)算，廠房后坡面1、面4穩(wěn)定安全系數(shù)能滿足要求，面8短暫工況下抗滑安全系數(shù)不滿足要求，需要進(jìn)行支護(hù)加固處理。

3.3 邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算分析，結(jié)合其他工程的經(jīng)驗(yàn)，首先對(duì)邊坡的危石、浮石進(jìn)行清除，并根據(jù)邊坡各區(qū)各面的具體情況，采用了以下支護(hù)措施：

1)系統(tǒng)性支護(hù)(防護(hù)網(wǎng))：

a.對(duì)強(qiáng)卸荷危石分布區(qū)沿后坡山脊在1 352.0 m高程處設(shè)一道3 m高的SNS被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，對(duì)1 352.0 m高程以下部分先清撬危石，再以SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行全面防護(hù)。

b.對(duì)卸荷拉裂Ⅰ區(qū)，用SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行全面防護(hù)，局部拉裂巖體采用φ28，L=6 m/8 m的錨桿進(jìn)行加固，以防止清除后對(duì)上部巖體的穩(wěn)定造成隱患。

c.對(duì)卸荷拉裂Ⅱ區(qū)，主要沿后坡山脊在1 226.0 m高程設(shè)一3 m高的SNS被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，對(duì)山脊上游段滾落的巖石形成一定阻擋，再將滾石導(dǎo)向副廠房后坡的緩沖平臺(tái)處。

2)一般性支護(hù)(噴錨支護(hù))：

根據(jù)卸荷拉裂Ⅱ區(qū)8個(gè)面的不同情況，對(duì)各面進(jìn)行系統(tǒng)性噴錨支護(hù)，噴混凝土厚度12 cm，錨桿直徑28 mm，長度L=6 m～8 m，間排距2 m～3 m。對(duì)區(qū)域內(nèi)的局部塊體或孤立危石區(qū)，采用局部錨桿加強(qiáng)，系統(tǒng)錨桿(L=9 m，間排距2 m)或隨機(jī)錨桿進(jìn)行支護(hù)。

3)加強(qiáng)性支護(hù)(錨索)：

由于面8短暫工況下，邊坡穩(wěn)定系數(shù)不滿足要求，面1有較大張開裂隙，且裂隙上下貫通，相互切割，因此采用加強(qiáng)支護(hù)措施。采用錨索(L=30 m,T=150 t，與水平夾角斜向下15°)，進(jìn)行加固支護(hù)設(shè)計(jì)。

4)覆蓋層清除：

對(duì)副廠房及GIS樓后坡覆蓋層堆積體，為避免后坡渣塊滾落影響副廠房及GIS樓建筑物永久運(yùn)行的安全，技施階段將該堆積體覆蓋層完全清除至基巖面。

3.4 監(jiān)測設(shè)計(jì)

為了監(jiān)測廠房邊坡在施工期及運(yùn)行期的穩(wěn)定情況，在廠房后邊坡布置三點(diǎn)式多點(diǎn)位移和錨桿計(jì)以及錨索測力計(jì)。運(yùn)行5年以來，廠房后坡多點(diǎn)位移計(jì)成果過程線走勢(shì)平緩，未出現(xiàn)異常波動(dòng)現(xiàn)象，成果值穩(wěn)定。巖層已基本穩(wěn)定。

廠房后邊坡錨桿計(jì)所測應(yīng)力在-9.84 MPa以內(nèi)，監(jiān)測成果及過程線變化規(guī)律分析，錨桿計(jì)應(yīng)力成果過程線基本呈小幅波動(dòng)走勢(shì)，未見異常突變現(xiàn)象發(fā)生；廠房后邊坡錨索測力計(jì)監(jiān)測成果及物理量過程線變化規(guī)律綜合分析，目前觀測廠房后邊坡錨索測力計(jì)錨固力均表現(xiàn)為損失狀態(tài)，錨索張力損失小，廠房邊坡穩(wěn)定性較好。

4 結(jié)語

1)青龍水電站廠區(qū)后邊坡高陡，規(guī)模巨大，較以往工程不同的是，本工程通過對(duì)邊坡進(jìn)行高度上分區(qū)，長度上分面，進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)。根據(jù)各區(qū)域不同地質(zhì)條件，結(jié)合各面對(duì)建筑物的影響程度，采取不同支護(hù)措施，有的放矢，既保證了廠房邊坡的安全，又減少了施工難度，節(jié)約了投資，對(duì)其他類似工程的設(shè)計(jì)具有較好的指導(dǎo)意義。

2)邊坡工程是一項(xiàng)相對(duì)復(fù)雜的工程，監(jiān)測設(shè)計(jì)十分重要。本工程通過在廠房后邊坡埋設(shè)監(jiān)測設(shè)備，掌握施工期及運(yùn)行期廠房后邊坡的變形狀態(tài)，為邊坡穩(wěn)定性的分析提供支撐。尤其是運(yùn)行幾年以來，邊坡監(jiān)測設(shè)備顯示，邊坡穩(wěn)定狀態(tài)良好，進(jìn)一步檢驗(yàn)了設(shè)計(jì)方案的合理性。

The back slope design of Qinglong hydropower station factory

He Jianhua Wang Quan

(ChengduInvestigation&DesignInstituteLimitedCompany,ChinaElectricPowerConstructionGroup,Chengdu610072,China)

According to the geological conditions of back slope of Qinglong hydropower station factory, this paper established the design principle of the slope, through the calculation and analysis on the slope stability, put forward the slope support and monitoring design measures, both ensured the safety of powerhouse slope, and saved the construction cost.

powerhouse, slope, support design, stability

1009-6825(2017)01-0076-02

2016-10-28

何建華(1975- )，女，高級(jí)工程師; 王 泉(1965- )，男，高級(jí)工程師

TU413.62

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