水庫工程邊坡加固設計研究
——以重慶市南岸經開區長江防洪護岸整治工程為例

陳婧

（重慶博通水利信息網絡有限公司 重慶 400000）

前言

混凝土水庫工程是我國一項民生工程，隨著人們對水庫工程研究的不斷深入，近幾年，我國水庫工程變得更加完善。水庫工程建設是一項復雜的過程中，在實際建設過程中，其整體質量會多方面因素的影響，其中邊坡加固質量是最為重要的一項影響因素。因此，下面針對邊坡加固設計進行研究，希望文中內容對相關工作人員能夠有所幫助。

1 水庫工程概況

重慶市南岸經開區長江防洪護岸綜合整治工程（一期）位于長江銅鑼峽下游段，三峽水庫庫尾回水變動區，在經開區廣陽島內河右岸，上游距渝中區朝天門約21km，工程上起于苦溪河匯入長江出口處，下止于東港碼頭，漁溪河將工程河段一分為二，設計堤腳線總長7.503km。水工建筑物主要由護岸工程、堤防工程、自然岸坡、滑坡治理、下河公路、穿堤管箱涵和連接道路等工程組成。其中滑坡治理涉及老山頂滑坡、高坎子滑坡和沙塝滑坡，本次主要介紹老山頂滑坡的成因和治理。

2 地質災害的形成

2.1 滑坡地形地貌

老山頂滑坡位于南岸區迎龍鎮馬頸村老山頂西坡，靠長江一側的岸坡，該處滑坡于1998年連續暴雨后發生滑動，導致滑坡后緣產生拉裂槽。拉裂槽長約80m，槽寬1.5～2.0m，槽內多充填塊石、碎石及粘土。

老山頂滑體所處地形為長江右岸斜坡上，滑坡后緣及其以上山體地形較陡，屬長石砂巖與泥巖互層的單斜順向坡地形，地形坡度一般大于30°，中部滑坡區由于農業耕種部分呈緩坡地形，坡面主要為第四系松散體堆積，地形坡度一般為10～30°，滑坡前緣和滑坡后緣坡度略大于滑坡中部。

2.2 滑坡變形破壞模式

在江水的作用下，滑坡前緣的巖土體不斷被沖刷和掏空，形成臨空面，邊坡巖體沿外傾陡傾角裂隙出現應力釋放而使得巖體的結合程度降低，裂隙在長期風化作用下進一步拓展，由于巖體為順向坡，在裂隙的膨脹力和重力作用下，臨空的表層巖體出現危巖和崩塌，坡體內的巖塊出現局部應力集中。在砂泥巖組合的情況下，表層砂巖體最易出現失穩。而泥巖巖體內裂隙不連續，大多閉合，有隔水阻水作用，使得大暴雨（尤其是連續降雨）時砂巖體內裂隙水易于富集。在暴雨的作用下，滑體及滑床內地下水逕流活動不斷加劇，追蹤優勢裂隙面和透水帶，砂巖內的軟弱結構面（滑帶）巖土體迅速軟化，抗剪強度迅速降低，而后緣裂隙靜水壓力迅速上升，由于前緣臨空，后緣較大的靜水壓力，導致整個滑體滑移?；碌淖冃文Ｊ街饕獮榍把貭恳缶壨埔剖交?。

3 水庫工程邊坡加固處理設計

3.1 治理方案的選擇

經本次勘察復核，滑坡前緣位于擬建堤軸線樁號經3+076.000～經3+273.000m（23-23剖面前后），高程169.00m左右，滑坡后壁崖頂高程230m左右，其下為滑坡后緣拉裂槽；滑體順江寬約197m，縱長70～85m，面積約 1.2萬 m2，滑體厚度 5.4～27.6m（CK15），平均厚度約 15.4m，滑體體積約18.5萬m3，為一中型、中層基巖滑坡。

擬定滑坡治理采取削坡減載、削坡減載+抗滑樁和預應力錨索三個方案。三方案中削坡減載施工難度最小，施工工期最短，工程投資最省，工程占地最多，但工程占地面積最大，開挖棄渣量最多；預應力錨索開挖棄渣量最少，工程占地最少，但工程投資最大，施工難度最大，后期預應力松弛導致邊坡支護可靠性降低；削坡減載+抗滑樁各比較指標介于其余兩方案之間。

經綜合比較后，確定老山頂滑坡治理采取削坡減載+抗滑樁方案。

3.2 治理方案的計算

3.2.1 計算依據及方法

計算依據：《地質災害防治工程設計規范》（DB50/5029-2004）及區內地震基本烈度，結合本工程規模、等級等實際情況，不考慮地震作用。計算參數以地質提供的建議值為準。

計算方法和原理：根據地質描述，本工程滑坡沿軟弱結構面（滑帶）滑動，故計算方法選取“不平衡推力傳遞法”：

3.2.2 設計工況

工況一：正常運行條件：

（1）設計洪水位。

（2）設計洪水位的經常性降落（計算考慮設計洪水位驟降1.0m/d）。

工況二：非常運行條件：

（1）施工期（含竣工期）的臨水側堤坡。

（2）設計洪水位的非常性降落（計算考慮設計洪水位驟降3.0m/d）。

（3）暴雨。

3.2.3 計算結果

（1）剩余下滑力計算

通過對滑坡斷面進行分析，選取22#、23#剖面作為典型斷面進行計算。

通過對滑坡表層土進行削坡減載整治后，確定在滿足規范要求的安全系數條件下，暴雨工況時典型斷面剩余下滑力最大，計算結果如表1、2所示。

表1 22#剖面剩余下滑力計算成果表

根據地質描述及建議，考慮抗滑樁位置在距離地質推測基巖剪出口線5m處，抗滑樁位置的最大剩余下滑力為Ei=451kN/m（22#剖面）、Ei=409kN/m（23#剖面）。

（2）抗滑樁的計算長度和嵌巖深度

通過對《水工混凝土結構設計規范》中表5.3.1，《地質災害防治工程設計規范》中3.4.2.3、3.4.1.6、3.4.2.4，《三峽庫區三期地質災害防治工程設計技術要求》中4.3.3.4、4.3.3.6進行綜合分析計算后，針對本工程的地基巖性確定了以下布樁原則：

表2 23#剖面剩余下滑力計算成果表

①抗滑樁樁底支承采用鉸支端。

②嵌巖深度設計原則：根據計算及相關規范,本工程嵌入滑移面以下弱風化基巖深度不小于樁總長的1/3。

經計算地基橫向承載能力特征值為1600kPa，均大于樁基計算的土體反力，說明樁的嵌入深度滿足要求，最終設計嵌巖深度為樁總長的1/3。

（3）抗滑樁內力及配筋計算

①抗滑樁內力計算

根據上述樁體布置和設計荷載，滑面以上樁體按懸臂梁進行計算，滑面以下樁體按地基的彈性抗力（采用K法）進行內力計算，其中地基彈性抗力系數根據地勘資料選?。?/p>

表3 抗滑樁嵌固段巖體地基彈性抗力系數

a.土反力計算

p=k△

k=αhn

式中：p——滑坡面以下樁的彈性土抗力（kPa）；

k——彈性土抗力系數；

△——滑坡面以下樁的位移（m）；

a、n——計算系數；采用K法，n=0，a=K；

h——滑坡面以下任意點到滑坡面的豎向距離（m）。

b.計算方程

[[Kz]+[KT]+KT0]]{δ}={P}

式中：[Kz]——抗滑樁的彈性剛度矩陣；

[KT]——滑坡面以下土體的彈性剛度矩陣；

[KT0]——滑坡面以下土體的初始彈性剛度矩陣；

{δ}——抗滑樁的位移矩陣；

{p}——抗滑樁的荷載矩陣。

②抗滑樁配筋計算

a.圓樁配筋（按均勻配筋計算）

αt=1.25-2α

ei=e0-eα

式中：N——截面軸向力設計值（kN）；

e0——軸向壓力對截面重心的偏心距（mm）；eα——附加偏心距（mm）；

A——圓形截面面積（mm2）；

As——全部縱向鋼筋截面面積（mm2）；

r——圓形截面的半徑（m）；

γs——縱向鋼筋重心所在圓周的半徑（m）；

α——縱向受拉普通鋼筋截面面積與全部縱向普通鋼筋截面面積的比值；

α1——對應于受壓區混凝土截面面積的圓心角（rad）與2Π的比值；

αt——受壓區混凝土矩形應力圖的應力值與混凝土軸心抗壓強度設計值的比值；

fc——混凝土軸心抗壓強度設計值（N/mm2）；

fy——普通鋼筋抗拉強度設計值（N/mm2）。

b.抗剪截面配筋計算

將樁的圓形截面簡化成內接正方形后（b=1.76r，h0=1.6r），按矩形截面抗剪計算。本工程不考慮地震的作用，按非抗震設計：

箍筋配筋率ρsv應符合下列規定：

式中：V——截面作用的剪力設計值（kN）；

fyv——箍筋的抗拉強度設計值（N/mm2）；

αcv——斜截面混凝土受剪承載力系數；

ft——混凝土抗拉強度設計值（N/mm2）；

Av——抗剪箍筋面積（mm2）；

s——箍筋間距（mm）。

（4）計算成果及治理方案

表4 典型斷面抗滑樁計算成果

經計算，滑坡整治方案確定為：在高程190.0m處設置寬度約為23.0m寬的減載平臺，后緣采用1∶1.5放坡開挖，每10.0m設置寬度為2.0m寬的馬道，滑體坡面采用格構草皮護坡的型式護坡，格構截面尺寸為0.3m×0.5m（B×H），對上部泥巖進行掛網噴錨0.1m厚C20混凝土，掛網鋼筋直徑為6.5mm，間排距為0.2m，并對封閉泥巖坡面設置間排距為2.0m，長度為5.0m，鋼筋直徑25的系統水泥砂漿錨桿；距離地質推測基巖剪出口線5m處設置直徑為2.0m的C35鋼筋混凝土，樁間距為4.0m，共49根抗滑樁，平均樁長為16.0m，嵌入滑移面以下弱風化基巖深度不小于樁總長的1/3。坡頂設置梯形截水溝，采用C15混凝土澆注。

4 結束語

通過對水庫邊坡加固過程中采用的設計方案以及邊坡治理的研究，得到幾點體會：

（1）水庫在實際運行過程中，水庫水位發生非常性降落，必將會對水庫運行造成影響，情況嚴重時，甚至會引起滑坡、坍塌等安全事故，造成人員傷亡及巨大的經濟損失。由此可見，在水庫運行期間，針對水路的運行的調度，在非必要情況下，應盡量避免出現非常性驟降現象發生。

（2）在水庫區內修建防洪護岸時，在條件允許的情況下，應盡量保證當地的生態環境不遭受破壞，保持生態平衡。

（3）水庫工程邊坡加固設計過程中，在確保加固方案可以滿足邊坡質量的要求下，應優先采取最經濟的方案，提高工程的整體效益。

水庫工程建設后期應用過程中涉及到的內容較多，邊坡加固是其中最為重要的一項內容，對工程后續運行的穩定性、安全性造成一定的影響。因此，進行水庫邊坡加固過程中，要分析導致邊坡發生滑坡的原因，充分結合水庫工程的具體情況，綜合考慮經濟條件和施工方案，最終選擇一個最佳的邊坡加固方案。

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