龍開口混凝土重力壩右壩頭邊坡處理措施

黃熠輝，高雅芬，熊立剛

（中國水電顧問集團華東勘測設(shè)計研究院，浙江 杭州 310014）

1 工程概況

龍開口水電站是金沙江中游河段規(guī)劃的第6個梯級電站，壩址位于云南省鶴慶縣朵美鄉(xiāng)境內(nèi)。其右岸山體總體表現(xiàn)為臺地斜坡相間的地貌，變形山體巖性主要為二疊系上統(tǒng)上段的玄武巖組，表層為第四系堆積物覆蓋。右岸邊坡構(gòu)造極為發(fā)育，主要表現(xiàn)為規(guī)模較小的斷層、平行發(fā)育的成組裂隙及少量的柱狀節(jié)理。成組平行發(fā)育的節(jié)理將玄武巖切割成似層狀結(jié)構(gòu)，這組裂隙對邊坡變形有明顯的控制作用。

右壩肩邊坡變形體后緣高程在1 548 m附近，前緣邊界在1 350 m高程附近，總體積約550萬m3。邊坡1 350 m高程以上分布t3～t9等7層凝灰?guī)r夾層，各層接觸面均有5～30 cm厚度不等的層間錯動帶或擠壓帶，平硐揭露凝灰?guī)r層呈波狀起伏。邊坡內(nèi)多組節(jié)理發(fā)育，上覆巖層沿凝灰?guī)r軟弱面變形，使巖體產(chǎn)生拉裂變形，變形巖體呈碎塊狀散體結(jié)構(gòu)，部分為碎裂結(jié)構(gòu)，巖塊間多架空，巖屑、泥質(zhì)充填其中。分析認為，右壩肩變形體邊坡為蠕滑－拉裂型。

右壩頭邊坡巖體處在變形體下盤，為強風化破碎松弛區(qū)。分布高程下邊界為1 280～1 320 m，上邊界為 1 350～1 395 m。 強風化巖層厚3.1～29.46 m。其中，凝灰?guī)r夾層t0規(guī)模較大，鉆孔及地表揭露厚度約1.0～6.4 m，為泥夾巖屑型，部分為泥型，性狀與凝灰?guī)r夾層t1～t9相比明顯較差，抗剪 （斷）強度也明顯低于其他凝灰?guī)r夾層。

2 右壩頭處理方案比選

計算分析認為，天然狀態(tài)和地震工況右岸變形體邊坡基本穩(wěn)定，暴雨工況邊坡處于臨界穩(wěn)定。施工開挖坡度若陡于天然坡度，邊坡將失穩(wěn)下滑。限于篇幅，本文僅針對右壩頭邊坡處理措施進行分析研究。右壩頭邊坡處理基本原則為：在滿足大壩基礎(chǔ)開挖質(zhì)量的前提下，盡可能減少對右岸變形體的擾動。為此，設(shè)計曾研究過右壩頭采用軟硬接頭的混合壩形式。即，混凝土壩與粘土心墻堆石壩通過刺墻式或側(cè)墻式進行連接。計算分析表明，地震過程中，混凝土和土石料接觸部位都出現(xiàn)了拉裂、脫開和剪切破壞。此外，國內(nèi)外的混合壩應(yīng)用于100 m以上的大壩非常少見。鑒于目前在高地震烈度區(qū)高心墻堆石壩和混凝土壩的接頭部位的處理技術(shù)還不十分成熟，難以保證攔河大壩的安全運行，設(shè)計先后進行了錨拉板方案和樁板墻方案的技術(shù)經(jīng)濟比較，最終確定右壩頭邊坡的處理措施。

2.1 錨拉板方案

壩基岸側(cè)邊坡坡度1∶0.2，每隔6 m設(shè)一級寬2 m的馬道，采用 “鋼筋混凝土板+錨索”支護 （下稱錨拉板）；壩頂1 303.0 m高程以上壩頭邊坡坡度1∶0.5，采用 “網(wǎng)格梁+錨索+掛網(wǎng)噴錨+系統(tǒng)排水孔”支護。該方案可以減少開挖，對右岸變形體的擾動也較小。壩基開挖邊坡通過鋼筋混凝土板貼坡，并用預(yù)應(yīng)力錨索加固，可以保證壩頭邊坡在施工期和運行期的穩(wěn)定。同時，大壩建基面為弱上～弱下巖體，能滿足承載力要求，也不存在深層抗滑穩(wěn)定問題。但錨拉板施工對基坑開挖干擾較大，受施工程序限制，開挖邊坡卸荷松弛及變形對工程邊坡及其上部的變形體穩(wěn)定不利，施工安全隱患較多。

2.2 樁板墻方案

為盡量減少對右岸變形體的切腳，最大限度地避免擾動右岸變形體，設(shè)計提出了樁板墻方案：將右壩頭樁號向河床移動30 m，調(diào)整到壩右0+457.00樁號處，壩頭布設(shè)抗滑樁，并通過預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡，樁間直立邊坡用鋼筋混凝土板進行支護。

壩右0+457.00樁號布置一排共11根抗滑樁，樁體采用C30混凝土，大壩附近4～8號樁樁底高程1 253 m，其他樁底高程相應(yīng)抬高。除壩軸線處5號樁斷面尺寸為6 m×4 m外，其他均為3 m×4 m，樁間凈距5 m。大壩附近抗滑樁上部布置2 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索。壩軸線處5號樁與大壩間設(shè)兩道銅止水，壩頭加強帷幕灌漿。抗滑樁間頂部以聯(lián)系梁連接，樁間直立巖面采用鋼筋混凝土板支護。3、4號樁間和8、9號樁間各設(shè)一道結(jié)構(gòu)縫；同時，部分樁間板設(shè)置排水孔，以降低地下水位線，確保抗滑樁穩(wěn)定。

樁板墻方案一方面可以通過右壩頭擋水壩長度的調(diào)整，大幅減少了開挖范圍，提高工程區(qū)右岸強變形體的穩(wěn)定安全裕度；另一方面，抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索、樁間混凝土板可進一步增強變形體下部壩頭強風化邊坡施工期的穩(wěn)定性，也間接地增強了右岸上部變形體的整體穩(wěn)定性。

2.3 兩種方案主要工程量及投資比較

錨拉板方案及樁板墻方案主要工程量及工程可比投資對比情況見表1。

表1 錨拉板方案及樁板墻方案主要工程量及投資對比

由表1可知，樁板墻方案的工程量普遍小于錨拉板方案，工程投資比錨拉板方案減少2245萬元，節(jié)省了近一半的投資，具有較大的優(yōu)勢。

2.4 邊坡穩(wěn)定分析及抗滑樁結(jié)構(gòu)計算

預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的設(shè)計計算基于4個基本假定：①將所研究的邊坡簡化為平面應(yīng)變問題；②對樁與錨索按彈性受力進行分析，樁身變位、巖體抗力及錨索張力在整個工作階段呈線彈性；③將樁、錨固段樁周巖土體及錨索系統(tǒng)作為一整體，視為超靜定結(jié)構(gòu)，錨索按彈性支承考慮；④將錨索與樁的變形協(xié)調(diào)，即錨索在水平方向的伸長量與錨索作用點處樁的位移量相等。

以5號樁中心剖面為例，穩(wěn)定計算結(jié)果見表2。

表2 5號樁剖面穩(wěn)定性分析成果

由表2可知，長期荷載作用的滑坡設(shè)計推力為1 350 kN/m，短期最不利荷載下滑坡推力增量△E為610 kN/m。5號樁樁長為50 m，自由段長為35 m，錨固段長為15 m；樁的中心間距為11 m；滑坡推力考慮按梯形分布作用在抗滑樁上。滑動面以下的地基系數(shù)按懸臂樁法計算。樁的計算寬度為7 m，抗彎剛度為3×107kN·m2，樁的變形系數(shù)為0.174，按彈性樁進行計算。錨索預(yù)拉力取1 250 kN。

樁身內(nèi)力計算結(jié)果見圖 1～2。最大彎矩為190 966 kN·m，發(fā)生在樁深36.2 m的部位；最大剪力為17 641 kN，發(fā)生在樁深35 m的部位。經(jīng)計算確定抗滑樁主受力筋采用直徑為36 mm的Ⅲ級鋼。

圖1 5號樁樁身彎矩

圖2 5號樁樁身剪力

2.5 右壩頭處理方案的選取及施工

經(jīng)上述經(jīng)濟技術(shù)，最終確定右壩頭處理措施為樁板墻方案。右壩頭邊坡于2008年1月開挖，4月進行抗滑樁井筒開挖，自上而下開挖一段支護一段，根據(jù)開挖揭露的圍巖條件，采用鋼筋混凝土護壁或噴錨支護。2008年11月開挖支護完成，開始樁體的鋼筋混凝土施工。2009年1月抗滑樁混凝土澆注完成，開始樁的臨河側(cè)大壩基坑的開挖，預(yù)應(yīng)力錨索于1月開始施工張拉。2009年2月進行樁間鋼筋混凝土板施工支護，3月樁的臨河側(cè)基坑開挖完成，5月右壩頭樁板墻支護措施施工完畢。

3 安全監(jiān)測成果

為監(jiān)測右壩頭抗滑樁的變形及受力情況，在5、8號抗滑樁各布置1個測斜孔監(jiān)測抗滑樁的變形情況，在5號抗滑樁兩側(cè)豎向鋼筋的不同高程布置6支鋼筋計監(jiān)測鋼筋應(yīng)力，在5號抗滑樁樁體與后壁山體接觸部位布置了4支壓應(yīng)力計監(jiān)測其接觸應(yīng)力。右壩頭共布置了4臺200T錨索測力計，其中5號樁2臺，6、8號樁各1臺。

截止到2010年8月的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：①實測最大鋼筋拉應(yīng)力為38.7 MPa，應(yīng)力值總體上較小，并基本趨于穩(wěn)定，應(yīng)力變化速率亦較小，鋼筋受力正常。②抗滑樁與變形體接觸面實測最大壓應(yīng)力為0.53 MPa，變化量較小，且到后期壓應(yīng)力值均有所減小，樁體受力正常。③從2009年5月份開始，由于樁臨河側(cè)大壩基坑開挖完成以及雨季的到來，各錨索測力計實測數(shù)據(jù)明顯增大，到2009年7月以后基本趨于穩(wěn)定，實測最大拉力為1 512.4 kN，錨索受力正常。④5、8號抗滑樁均存在一定程度的撓度變形，頂部略向河床向變化，累計位移量24.66 mm，從位移-時間變化過程線來看，該撓度變形未見持續(xù)增大趨勢，在設(shè)計允許變形范圍之內(nèi)。

4 結(jié)語

龍開口水電站壩址右岸邊坡分布大范圍變形體，且壩頭處巖體為強風化破碎區(qū)。為了不擾動右岸變形體，保障右岸邊坡施工運行期的穩(wěn)定，壩基開挖又必須滿足大壩建基面要求，通過計算分析及工程投資比較，最終確定右壩頭采用樁板墻方案進行支護處理，大大減少了開挖量和對右岸變形體的擾動，增強右岸邊坡穩(wěn)定性；同時，也節(jié)省了工程投資，工程效益顯著。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，右壩頭樁板墻運行正常，直立邊坡穩(wěn)定性良好。

［1］周德培，王建松.預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁內(nèi)力的一種計算方法［J］.巖石力學與工程學報， 2002， 21（2）:247-250.

［2］李海光.新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程實例［M］.北京：人民交通出版社，2004.