老石坎取水口調整圍堰施工安全穩定性分析計算

李康英

（廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511340）

1 工程概況

工程以安吉縣老石坎水庫及賦石水庫為水源點，兩庫聯合調度，為湖州市區供水，以保障湖州用水需求。基本引水規模23萬m3/d，引水保證率為90%，年平均引水量約8 200萬m3。

此工程為Ⅲ等中型工程，取水口、引水隧洞及管道分別為3級建筑物，其余為4級，臨時建筑物級均為5級。

2 調整圍堰施工安全管理技術措施

2.1 安全管理組織機構及制度

①建立項目經理為組長的安全生產領導小組。②明確工作職責。③項目三部為主落實安全管理。④制定管理制度。

2.2 危險源分析

根據取水口及圍堰工程周圍環境條件和控制要求、工程地質條件、施工方案、施工能力與管理水平、工程經驗等進行危險源分析，列出危險源清單。

2.3 安全技術措施

2.3.1 施工用電、防止水質污染及邊坡支護施工安全技術措施①施工用電安全技術措施。執行《建設工程施工現場供用電安全規范》和“用電檢查評分表”。②防止水質污染技術措施。③邊坡支護施工安全技術措施。

2.3.2 圍堰施工安全穩定技術措施

2.3.2.1 圍堰施工安全技術措施

①對施工人員與作業人員進行安全技術交底，每班召開班前五分鐘和危險預知活動，設置專人監護。②施工作業前對作業人員檢查。③施工設備、車輛由專人駕駛，且從事機械駕駛操作人員經過培訓并考核合同后方可上崗。

2.3.2.2 防止圍堰滑動失穩技術措施

①排水水位下降速度0.50 m/d以內，保證圍堰和周邊建筑物的安全。②圍堰抽水發現側向滑移，停止抽水，分析原因。同時拋砂加大圍堰兩側反壓平臺寬度，調整圍堰維護方案。③圍堰抽水專人值班，定期或不定期巡查，防止停電影響系統運行。

3 調整圍堰加固措施分析

3.1 調整圍堰加固措施布置

①迎水坡▽110.00～▽115.00 采用20 cm 厚C20 貼坡混凝土；②坡頂采用20 cm厚C20混凝土護面；③背水坡。一是巖石坡掛網噴C25 混凝土厚10 cm；二是土質坡腳處設C20 混凝土擋墻，擋墻嵌入強風化巖石層0.50 m 以上，擋墻基礎統一為3.00 m×2.00 m（寬×高），上部為貼坡擋墻，最高7.00 m，最低2.50 m（含基礎高度），無混凝土擋墻部位掛網噴C25混凝土厚10 cm；④堰頂（高程115.00）上設高50 cmC20 混凝土擋墻，巖石坡堰頂預留10.00 m寬溢流段，溢流高程115.00 m。

3.2 調整圍堰穩定驗算

調整圍堰基本上以原繞庫便道（高程115.00）作為圍堰，圍堰左側（順水流方向）為粘土，右側為強風化巖石。石質坡段圍堰最大高度14.20 m，頂寬6.50 m，迎水坡比1∶2.48，背水坡比1∶0.59；土質坡段圍堰最大高度9.03 m，頂寬3.50 m，迎水坡比1∶2.25，背水坡比為1∶0.60。取最不利斷面，經分析圍堰最不利斷面為最大高度9.03 m的土質坡段。

3.2.1 安全穩定系數取值及參數取值

工程次要建筑物級別4級，臨時建筑物級別5級，根據《水利水電工程圍堰設計規范》《水利水電工程施工組織設計規范》，此圍堰正常運用安全穩定系數K=1.05。根據《小型水利水電高程碾壓式土石壩設計規范》《碾壓式土石壩設計規范》，圍堰穩定計算采用計條塊間作用力的瑞典圓弧法計算。

3.2.2 最不利情況穩定驗算

假定水庫水位達到堰頂（▽115.40 m）的最不利情況，滑動面為圓柱面及滑動土體為不變形剛體，不考慮土條兩側上的作用力，則瑞典圓弧法計算如下：

式中W為土條重量；Q、V分別為水平和垂直地震慣性力（向上為負，向下為正）；u為作用于土條底面的孔隙壓力；α為條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角；b為土條寬度；c'、φ'為土條底面的有效應力抗剪強度指標；MC水平地震慣性力對圓心的力矩；R為圓弧半徑。

計算時不考慮地震慣性力，簡化計算式：

土質圍堰土料為粉質粘土夾碎石，天然密度ρ=2.00 g/cm3，抗剪強度c'=25 kPa，ψ'=17°，tanψ'=0.3057；條分法土條寬度1 m，計算軟件試算搜索最危險滑動面，經試算搜索，最危險滑動面為半徑43.041 m，與背水坡底腳相交的滑動面，見圖1。

圖1 最危險滑動面圖

按圖1最危險滑動面，采用條分法經軟件計算圍堰安全穩定系數，其總的下滑力1 563.034 kN；總的抗滑力1 462.039 kN；安全穩定系數K=0.935，小于規范允許值1.05。經計算該圍堰不滿足安全穩定性要求，需采用加固措施，防止其滑移。

3.3 擋墻抗滑移驗算

3.3.1 擋墻布置

因圍堰自身安全穩定性不符合規范要求，需采取加固措施。在土質背水坡坡腳處設C20混凝土擋墻，擋墻嵌入強風化巖石層0.50 m 以上，擋墻基礎統一為3.00 m×2.00 m（寬×高），上部為貼坡擋墻，高度隨土石圍堰高度變化，最高為7.00 m，最低為2.50 m（含基礎高度），無混凝土擋墻部位掛網噴C25混凝土厚10 cm。見圖2。

圖2 圍堰加固措施斷面圖

3.3.2 最不利抗滑移穩定驗算

擋墻抗滑移穩定安全系數允許值Kc=1.2。按圍堰最不利情況斷面驗算擋墻抗滑移穩定，計算式如下：

式中：Kc為擋土墻沿基底面的抗滑穩定安全系數；f為擋土墻基底面與地基間摩擦系數；∑H為作用在擋土墻上全部平行于基底面的荷載（kN）。

計算時取單位長度1 m 計算，則擋墻自重：∑G=11.00 m2×1 m×2.4×103 kg/m3×9.8 N/kg=258.72 kN；擋墻嵌入強風化巖石，強風化巖石摩擦角為28°，f=tanψ'=tan28°=0.531。

因圍堰穩定計算時，其總的下滑力1 563.034 kN，總的抗滑力1 462.039 kN，則：∑H=1 563.034-1 462.039=100.995 kN；Kc=0.531×258.72/100.995=1.36，大于抗滑移穩定安全系數允許值1.2。經計算擋墻抗滑移穩定性滿足要求。

4 結語

綜上可知，認識土石圍堰概況，確定圍堰施工安全管理技術措施；同時圍堰穩定性驗算與擋墻抗滑移驗算，擋墻抗滑移穩定性滿足要求，圍堰施工安全穩定性有足夠保障。