重力壩深層抗滑穩定加固處理措施

王永旺

(四川大學工程設計研究院有限公司，四川 成都 610065)

1 工程現狀

某水庫工程大壩壩型為碾壓混凝土重力壩。樞紐主要建筑物布置從左至右依次為左岸非溢流壩段、取水、放空孔壩段、表孔溢流壩段、儲門槽壩段、右岸非溢流壩段。共分為13個壩段，其中1#～4#為左岸非溢流壩段，5#～9#壩段為河床壩段，10#～13#為右岸非溢流壩段。

根據地質資料顯示，7#壩段位于壩縱 0+000.00～0+042.20、壩橫0+109.50～0+125.50處，壩基高程344.0 m～347.5 m，置于J2S②層弱風化至微風化長石石英砂巖，分布有軟弱夾層，編號為 C11～C8、C6、C5、B4、B3、C1，至上而下出露于壩基以下5.38 m～26.03 m。經分析，7#壩段壩基以下有軟弱夾層，編號為 C11、C10～C8、C6、C5、B4、B3、C1，沿壩軸線方向，均貫通整個壩段。沿河方向，C11距離壩基最近，高程為338.62 m，在壩基范圍貫通，上、下游延伸較長，延伸至壩后樁號為壩縱0+140.90 m處，為最危險滑面。壩后樁號壩縱0+140.16 m為跌坎，地面高程突降為336.20 m，C11在壩后跌坎后出露，存在不利臨空面，可能形成沿C11夾層滑動情況，此為最不利情況，為壩基抗滑穩定淺層控制性滑面，故采用單滑面全聯通計算。

采用單滑面計算模型對C11軟弱夾層進行抗剪公式計算，計算結果見表1。基本工況（二）、特殊工況（一）抗剪安全系數滿足規范要求，基本工況（一）抗剪安全系數不滿足規范要求；對C11軟弱夾層進行抗剪斷公式計算，基本工況（一）、基本工況（二）、特殊工況（一）均不滿足要求。故需對C11軟弱夾層進行加固處理。

表1 7#壩段深層抗滑穩定計算成果表（單滑面）

2 加固處理方案

由于重力壩基礎置于厚層長石石英砂巖上，要充分利用此厚層長石石英砂巖，且壩線上游有已建的混凝土重力壩，處理方案盡量減少開挖和爆破對壩基的擾動[1～2]。根據計算成果及滑動模型分析，對軟弱夾層處理措施擬采用抗剪樁和深齒墻兩種方案進行比選。

2.1 抗剪樁方案

由于本工程上游側有原混凝土重力壩，結合帷幕及固結灌漿布置要求，第一排樁需在壩軸線下游10.8 m處開始布置，由于壩段寬度有限，順水流向需布置為三排，每排3根，間排距5.0 m，樁長考慮嵌入C11軟弱層以下巖體深度不小于5.0 m，故7#壩段樁長15.0 m，樁頂承臺嵌入壩體1.0 m。

2.2 深齒墻方案

結合工程地形情況，在壩踵位置布置深齒墻，齒墻切斷軟弱夾層，齒墻基礎深度達到下部完整巖體，通過齒墻提供抗力來滿足深層抗滑穩定要求。混凝土深齒墻布置于7#壩段河床壩踵位置，齒墻深14.0 m，深齒墻底寬2.0 m，采用1∶0.3坡比至底板高程。

2.3 方案優化選擇

抗剪樁方案：施工工藝成熟可靠，對原平灘壩體擾動較小，機械化施工具有工期優勢。

混凝土深齒墻方案：為避免采用爆破開挖對砂巖基礎的擾動和對原壩體的影響，需采用人工開挖齒墻，由于齒墻深度部分大于10 m，開挖量巨大，施工較為困難，施工工期不可控，施工安全也難以得到保證。

在施工安全、施工難度、施工工期及工程投資方面，抗剪樁方案優勢明顯。選擇抗剪樁方案為軟弱夾層的處理方案。

3 抗剪樁加固分析

對某水庫工程重力壩7#壩段進行單滑面深層抗滑穩定計算，計算成果見表2。

表2 7#壩段單滑面計算成果表

由表2可知，工程抗剪樁加固措施設計中，抗剪樁設計抗力的大小由7#壩段C11單滑面計算確定。

3.1 抗剪樁加固分析

根據本工程基礎受力情況，抗剪樁僅計算水平承載力，根據《建筑樁基技術規范》計算，群樁水平承載力計算成果見表3。

表3 群樁水平承載力計算成果表

3.2 抗剪樁布置

3.2.1 樁徑選擇

據表2、表3可知，在滿足規范要求的樁間距情況下，每個壩段根據樁徑不同，所需布置樁的排數為2～5排，由于新老壩體結合方案中，樁基只能布置在壩基中下部范圍，故布置2～3排樁較為合適，則樁徑需大于等于1.6 m。據國內樁基工程施工資料顯示，已成機械鉆孔灌注樁樁徑范圍為1.0 m～3.4 m，花崗巖地質情況，最大樁徑為2.0 m。基于計算成果和布置要求，本工程鋼筋混凝土灌注樁樁徑采用直徑1.60 m較為合適。

3.2.2 樁基布置

根據表3計算成果可知，7#壩段在配筋率為8%的情況下，均需要布置9根抗剪樁。結合帷幕及固結灌漿布置要求，第一排樁需在壩軸線下游10.8 m處開始布置，由于壩段寬度有限，順水流向需布置為三排，每排3根，間排距5.0 m，樁長考慮嵌入C11軟弱層以下巖體深度不小于5.0 m。根據C11軟弱夾層在壩基下的展布及壩基開挖情況，7#壩段樁長15.0 m，樁頂承臺嵌入壩體1.0 m。

3.3 抗剪樁水平承載力分析

群樁水平承載力及參數計算公式見式（1～9）。

考慮地震且Sa/d＜6情況下：

式中：ηh為群樁綜合效應系數；ηi為樁的相互影響效應系數；ηr為樁頂約束效應系數，取為2.05；ηl為承臺側向土抗力系數為沿水平荷載方向的距徑比；n1/n2為分別沿水平荷載和垂直于水平荷載方向的每排樁數；x0a為樁頂的水平位移允許值，m；Bc'為承臺受側向土抗力一邊的計算寬度，m；hc為承臺高度，m；μ為承臺底與基土間的摩擦系數；Pc為承臺底地基土分擔的豎向總荷載標準值，kN；ηc為承臺效應系數；A為承臺總面積，m2；Aps為樁身截面面積，m2。

群樁水平承載力計算時，7#壩段計算采用參數見表4。經計算7#壩段群樁水平承載力為11686.09 kN。故群樁的水平承載力大于其在荷載效應組合下作用于基樁樁頂處的水平力，群樁水平承載力滿足要求。

其他情況：

4 結語

表4 7#壩段群樁水平承載力計算參數

本工程地質條件較差，壩基抗滑穩定不能滿足規范要求，故需進行加固處理。經混凝土深齒墻與抗剪樁方案對比分析，采用抗剪樁方案，即在壩基布置3排9根直徑1.6 m抗剪樁。計算結果表明，經加固處理后，抗滑穩定滿足規范要求。

由于工程地質條件的復雜性、隱蔽性、難預見性，再細的地質勘探工作也難完全查清所有的地質問題。加固方案雖在充分吸收、分析現有的地質資料的基礎上進行研究，但在施工過程中，仍應根據開挖鉆孔實際地質條件對加固方案進行補充、修改和完善[3]。

參考文獻參考文獻

[1]潘家錚.建筑物的抗滑穩定和滑坡分析[M].水利出版社,1980.

[2]李旭.重力壩抗滑穩定問題分析[J].四川水利,2007,28(06)：30-33.

[3]周偉,常曉林,袁林娟.對重力壩設計規范中雙斜面抗滑穩定的補充討論[J].水力發電學報,2005,24(2)：95-99.