邊坡抗滑穩定計算及支護方案比選

王 力

（貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002）

上尖坡水電站位于蒙江的左源支流漣江下游羅甸縣境內，距貴陽市164 km，距羅甸縣城69 km，是漣江梯級開發第4級的水電站，上游為團坡電站，下游為蒙江干流雙河口電站。項目施工規模較大，所耗費的時間也比較長，涉及到許多方面的問題，本文將主要從邊坡抗滑穩定計算與支護這兩個角度，對相關問題闡述。

1 工程邊坡抗滑穩定性計算

根據工程地形地質現狀，選取2個代表地質剖面作為邊坡穩定計算剖面，分別大壩上游、大壩下游剖面。現對這兩個區域的穩定性進行詳細研究，基本組合：自重（干容重）+抗滑力/特殊組合：自重（飽和容重）+抗滑力。

1.1 設計工況

持久設計工況：正常運用工況，采用基本組合設計；

短暫設計工況：運行期下雨。

1.2 各剖面滑體穩定示意圖

剖面簡圖如圖1所示。

圖1 剖面簡圖示意圖

地質剖面如圖2、圖3所示。

圖2 地質剖面示意圖

圖3 地質剖面示意圖

1.3 滑體滑動模式

各剖面滑體滑動模式均為單滑面，見表1。

表1 滑體滑動模式表

1.4 計算采用方法

按單米寬巖體單滑面模式，采用二維剛體極限平衡計算，按下列公式計算：

式中：f’為滑動面的摩擦系數；c’為滑動面凝聚力（MPa）；L 為滑動面長度（m）；G為滑塊重力（kN）；β為滑動面傾角；K為邊坡的安全系數；持久設計工況計算結果見表2。

短暫設計工況計算結果見表3。

表2 持久設計工況安全系數表（支護前，f'=0.22，c'=0.005MPa）

表3短暫設計工況安全系數表（支護前，f'=0.22，c'=0.005MPa）

根據上述計算，各計算剖面滑體安全系數都不滿足穩定要求，必須加固或減載。

2 邊坡抗滑穩定性加固方案比較

方案一：大壩上游邊坡削坡減載，將大溶隙面以上的巖體挖除，開挖表面掛網噴混凝土支護。掛網鋼筋φ6.5@200×200，噴10 cm厚C20混凝土。

抗剪平洞斷面為城門洞型，洞寬3 m，高5.5 m，洞內配置抗剪鋼筋，并用C30混凝土回填。因為順溶隙層打洞，施工難度較大，一次支護考慮16號工字鋼支撐、掛網噴錨全洞段支護，鋼支撐間距0.5 m，φ25錨桿長2.5 m，間距2 m，掛網鋼筋φ6.5@200×200，噴10 cm厚C20混凝土。抗剪平洞內布置抗剪鋼筋和分布鋼筋，洞頂范圍布置回填灌漿管，用C30混凝土回填密實形成抗剪洞塞后作回填灌漿[1]。

方案二：635m高程抗剪平洞各設3條錨固洞，凈距10m，620.5m高程抗剪平洞各設2條錨固洞，凈距10 m，共計5條錨固洞。

錨固洞長27.58m～40m，斷面型式均為城門洞型，寬3m，高5.5 m。錨固洞與水平面呈20度交角斜向下方，穿入泥化夾層NJ1以下6～7 m。錨固洞在順層溶隙面以上部位圍巖較差，施工難度較大，該段一次支護考慮16號工字鋼支撐、掛網噴錨全洞段支護，鋼支撐間距0.5 m，φ25錨桿長2.5 m，間距2 m，掛網鋼筋φ6.5@200×200，噴10 cm厚C20混凝土。洞底段圍巖較好，僅作隨機支護[2]。開挖完成后全洞段作固結灌漿，孔深3 m，間距3 m。錨固洞內布置抗彎矩鋼筋和分布鋼筋。洞頂范圍布置回填灌漿管，用C30混凝土回填密實形成錨固洞后作回填灌漿。回填灌漿壓力初擬0.5MPa，固結灌漿壓力初擬0.2MPa。

方案三：人工挖孔抗滑樁共設14根樁，總長395m，

樁長22m～31m，樁身為C30鋼筋混凝土。樁身斷面尺寸為2m×3m。630m高程以下大溶隙為空腔，用C20細石混凝土回填至密實。開挖坡面用6m長φ25砂漿錨桿掛網噴錨支護[3]。

圖4 方案三平、剖面示意圖

綜合工程地形地質現狀，大壩上游、大壩下游剖面的抗滑穩定性加固效果，方案三最符合實際需求。大壩上游面邊坡削坡減載所需增加的開挖量約10000 m3，經過計算，削坡減載后邊坡只需布置表面短錨桿掛網噴混凝土即可保證邊坡穩定，費用約為52萬元。若采用人工挖孔樁支護，需要在621.5 m高程布置1排共計5根抗滑樁，費用約為107萬元。削坡減載更為經濟。因此，大壩上游側邊坡采用削坡減載，將大溶隙面上部的巖體挖除，開挖邊坡表面用掛網噴混凝土支護。表層支護和深層支護直接工程費估算約為700萬元。

3 人工挖孔抗滑樁演算分析

大壩上游邊坡削坡減載后，留下了大溶隙以下的基巖。其下垂直厚度4~17m位置發育NJ1泥化夾層，傾角約29°，傾向河床方向[4]。大溶隙與NJ1泥化夾層之間的巖塊有可能在中部沿水平方向剪出坡破壞。從縱剖面圖上看，選擇EL636m和EL621.5m兩個高程作為典型斷面復核邊坡穩定。按單米寬度計算，潛在滑動面為NJ1泥化夾層面。根據地質參數，S1滑塊的底滑面泥化夾層 615 m 高程以上 f’=0.22，c’=0.005 MPa，S2滑塊的底滑面為完整基巖面，f’=0.8，c’=0.6 MPa。按此參數計算，S1滑塊沿斜坡面的剩余下滑力F1=3649 kN。將剩余下滑力F1加載到S2滑塊上，沿水平面剪斷面基巖滑出的安全系數K=5.6，抗滑穩定滿足要求。由上述計算結果可知，上游邊坡減載后，不會沿邊坡中部剪出破壞，所以，大壩上游邊坡采用削坡減載后只作表面支護，不作深層支護是安全的。

按單米寬度計算，潛在滑動面為大溶隙面，滑動模式為單滑面滑動。根據地質參數，大溶隙面606～630 m高程70%為空腔，人工回填細石混凝土后 f’=0.3，c’=0.05 MPa，630 m 高程以上為全泥型一般情況下f’=0.22，c’=0.005 MPa，連續暴雨時 f’=0.18，c’=0 MPa。

大溶隙回填混凝土受施工條件限制，只能回填抗滑樁附近及以下的空腔，更遠的部位無法回填，如圖5所示。

按上述參數以2-2’剖面計算結果見表4。

圖5 大壩下游側滑動參數計算簡圖

表4

剖面的連續大雨工況為控制工況，每樁承擔的最大下滑力為13654 kN。按邊坡出口樁體計算，大壩下游側抗滑樁的受荷段長度平均取為7m。

因此，滑動面參數采用加權平均數，經計算，支護后加權平均參數一般情況下 f’=0.248，c’=0.021 MPa，連續暴雨時 f’=0.222，c’=0.018MPa。樁中心間距 8m，每個剖面上 3 根樁，即每3根樁承擔8m寬邊坡條帶下滑力[5]。

4 結語

邊坡抗滑穩定計算與邊坡支護，是水電工程項目建設過程中十分關鍵的環節。結合工程地形地質現狀，選取代表地質剖面，詳細分析邊坡穩定性，掌握各剖面滑體穩定示意圖、滑體滑動模式等方面的不足之處，選取邊坡抗滑穩定性加固方案，比較表面掛網噴混凝土支護，高程抗剪平洞錨固洞的設置，以及人工挖孔抗滑樁的優缺點，最后選取人工挖孔抗滑樁支護方案，具有較好的加固效果，提升邊坡抗滑穩定性，從而實現預期效果，希望可以為后續工作的開展提供參考。

[1]王勇智.公路邊坡開挖穩定計算與抗滑樁防治措施 [J].黑龍江科技信息，2013，(02):252.

[2]陶連金，沈小輝，王開源，魏云杰，王文沛.某大型高速公路滑坡穩定性分析及錨樁加固的模擬研究 [J].工程地質學報，2012，(02):259-265.

[3]馮興中.邊坡抗滑穩定計算中均值、小值均值、設計值3種狀態時可靠度比較[J].西北水電，2011，(01):4-10.

[4]張國新，李海楓，黃濤.三維不連續變形分析理論及其在巖質邊坡工程中的應用[J].巖石力學與工程學報，2010，(10):2116-2126.

[5]謝紅強，何江達，符文熹.強地震動作用下復合堆積體邊坡動力響應及穩定性研究[J].中國科技論文在線，2010，(07):569-574.