抗剪樁在拱壩除險加固中的應用

楊正猛，楊浩秋，陽 炎

(貴州省黔東南州水利電力勘察設計院，貴州 凱里 556000)

抗剪樁在拱壩除險加固中的應用

楊正猛，楊浩秋，陽 炎

(貴州省黔東南州水利電力勘察設計院，貴州 凱里 556000)

三穗縣貴秧水庫除險加固工程大壩為漿砌石單曲拱壩，壩高30.5m，大壩右拱端上部壩基礎置于強風化帶變余凝灰巖上，產狀為289°∠25°，傾向左岸，右岸順向坡，地表強風化層風化卸荷裂隙發育，穩定性較差。經計算，基礎處于強風化帶的頂部拱圈右拱端其抗滑穩定安全系數不滿足規范要求。工程措施若在右拱端拱向上增設重力墩，則勢必對右拱端邊坡深挖，造成右岸順向坡邊坡穩定問題，增大邊坡開挖量及處理成本，且不利于環境美觀，為此該拱壩除險加固在右拱端頂部采用抗剪樁進行加固處理，經計算，采用抗剪樁處理后右拱端抗滑穩定安全系數滿足規范要求，且工程投資相對節省，同時不需對現狀邊坡造成深挖破壞，利于環境美化。

拱壩；右拱端；抗滑穩定；工程措施；抗剪樁

1 概 述

三穗縣貴秧水庫位于貴秧河的中下游，地處三穗縣長吉鄉，距三穗縣城 22km。壩址以上流域面積70km2。工程任務以農業灌溉為主，兼有水產養殖等功能。貴秧水庫總庫容302萬 m3，最大壩高為30.5m。工程規模為小(1)型，工程等別為IV等，永久性主要建筑物大壩為4級建筑物。壩區樞紐由大壩、壩頂表孔泄流，壩身放水底孔和灌溉取水孔等組成。貴秧水庫于1979年修建完工，2009年進行除險加固。

2 抗滑穩定計算

2.1 大壩體型

貴秧水庫大壩為100#漿砌塊石單曲拱壩，壩頂高程662.0m，壩底高程631.5m，最大壩高30.5m，壩頂厚4.3m，壩底厚8m。壩頂最大弧長為101.42m。壩體體型參數見表1。

表1 拱壩體型參數表

2.2 計算組合

2.2.1 基本荷載組合

1)死水位+相應下游水位+泥沙壓力+自重+溫升。

2)正常蓄水位+相應下游水位+泥沙壓力+自重+溫降。

3)設計洪水位+相應下游水位+泥沙壓力+自重+溫升。

2.2.2 特殊荷載組合

校核洪水位+相應下游水位+泥沙壓力+自重+溫升。

2.3 計算參數

死水位 644.58m，相應下游水位 631.50m；正常水位 656.90m，相應下游水位 631.50m；30a一遇設計洪水位 658.76m，相應下游水位 633.25m；200a一遇設計洪水位 659.45m，相應下游水位 634.09m；壩體彈模4.5×103Mpa、強風化帶基巖變形模量2Gpa，弱風化帶基巖變形模量4Gpa，抗剪斷參數強風化帶f/=0.45，c=100kPa，弱風化帶f/=0.65，c=350kPa[1]。

2.4 計算公式

計算公式采用《砌石壩設計規范》[2]SL25—2006抗剪斷公式計算。

(1)

2.5 計算結果

采用分層切條計算，計算結果見表2：

表2 右岸分層小塊體法壩肩抗滑穩定安全系數計算結果匯總

3 計算結果分析

從表2可以看出，右壩肩抗滑穩定安全系數在頂部拱圈高程 662.0m拱圈，其基本組合設計以及特殊組合校核水位下穩定安全系數低于規范要求的壩肩抗滑穩定安全系數。

4 工程處理措施

針對右壩肩頂拱高程 662.0m拱圈在設計和校核水位工況作用下其分層抗滑穩定安全系數低于規范規定的穩定安全系數，在工程處理措施上可采取常規措施在右岸頂部拱圈拱向上設置重力墩來進行加固解決，但鑒于該工程為早期已建工程，兩岸邊坡植被繁茂。在工程措施上若采用常規重力墩來進行加固處理，則勢對右拱端邊坡進行深挖，且右岸邊坡為順向坡，易導致新的邊坡穩定問題，同時不利于現狀邊坡環境美觀，為此該拱壩除險加固在右拱端頂部采用抗剪樁進行加固處理。

抗剪樁加固計算原理：對右壩肩分層穩定計算其穩定安全系數不足規范要求的頂拱拱圈采用由抗剪樁來承擔壩肩的剩余力。

4.1 壩肩剩余力計算

根據壩體分層穩定計算結果，采用試算法進行調算，當作用于頂部拱圈高程 662.0m的切向力值由原來在特殊工況(校核水位)情況下的1500kN/m減小到1410kN/m時，經分析計算其抗滑穩定安全系數K為2.55大于特殊工況下規范規定的容許安全系數2.5；當作用于頂部拱圈高程 662.0m的切向力值由原來在基本工況(設計水位)情況下的1393kN/m減小到1313kN/m時，經分析計算其抗滑穩定安全系數K為3.05>基本工況下規范規定的容許安全系數3.0。滿足規范要求。

堰頂拱圈高程656.90m到頂拱拱圈高程662.0m其高差為 5.1m。按 5.1m高差進行計算，則在特殊工況(校核水位)情況下，總須減小切向力為459kN；基本工況(設計水位)情況下，總須減小切向力為408kN。

4.2 抗剪樁設計

由以上計算結果，最大須減小總切向力為459kN。此459kN壩肩切向力全部考慮由抗剪樁來承擔。抗剪樁采用鋼管樁，根據《建筑樁基技術規范》[3]JGJ94—2008，當樁的水平承載力由水平位移控制，且缺少單樁水平靜載試驗資料時，鋼樁可按下式估算單樁水平承載力特征值：

(2)

經計算得管徑為 0.3m壁厚為 20mm的單樁鋼管樁水平承載力Rha=116kN。當布設多根鋼管樁時，多根樁的效應綜合系數取0.7，則當布設6根管徑為0.3m壁厚為20mm的鋼管樁時，則6根鋼管樁總水平承載力為487.2kN大于最大須減小總切向力為459kN，故只需布設6根管徑為 0.3m壁厚為 20mm的鋼管樁即可滿足右壩肩頂拱高程 662.0m拱圈的抗滑穩定安全要求[4]。

4.3 抗剪樁布置

鋼管樁管徑為0.3m，樁孔高為12m，錨固段長度按總樁高的1/3～1/5計，取為3.5m。鋼管樁為Q235鋼，壁厚為 20mm，鋼管樁孔內配置4根螺紋鋼直徑為 25mm鋼筋并于孔內灌注一級配C25混凝土，鋼管樁外壁與壩體結合面采用固結灌漿密實。6根鋼管樁布置于右壩段，距頂拱拱圈 662.0m建基面長約 7.5m順壩肩推力向分兩排布置，樁孔外壁凈間距為 1.2m。抗剪樁布置見圖1：右拱端抗剪樁布置示意圖。

圖1右拱端抗剪樁布置示意圖

5 結 語

三穗縣貴秧水庫除險加固工程拱壩通過采用抗剪樁處理后右壩肩上部拱端抗滑穩定安全系數滿足規范要求，同時利于已建工程的環境美化，減少水土流失。

對于已建好的拱壩，在進行拱壩分層穩定計算時，若部分拱圈層抗滑穩定安全偏低于規范要求時，不一定要在拱端部采用重力墩來提高其抗滑穩定性，可結合工程實際情況采用相適宜的處理措施同樣達到加固處理效果，在工程處理節約的同時，更利于美化環境，生態和諧。

[1]中華人民共和國水利部.SL258—2000水庫大壩安全評價導則[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

[2]中華人民共和國水利部.SL25—2006砌石壩設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2006.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ94—2008建筑樁基技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[4]肖艷，張光科，劉超.石城子水庫砌石拱壩除險加固設計[J].西北水電，2007(04)：34-36.

1007-7596(2014)01-0189-03

2013-11-25

楊正猛(1979-)，男，貴州黎平人，工程師，從事水利水電建筑設計工作；楊浩秋(1979-)，男，貴州興義人，工程師，從事水利水電建筑設計工作；陽炎(1982-)，男，貴州榕江人，工程師，從事水利水電建筑設計工作。

TV641.31

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