纪福春,岳景喆,陈明非
(1.四平市水利勘测设计研究院,吉林四平136000;2.黄河水利委员会勘察设计研究院,河南郑州450003)
锦屏国家一级水电站,位于四川省凉山彝族自治州境内,是四川省水电重点开发雅砻江干流河段的龙头梯级,属一等大(Ⅰ)型工程,永久性建筑物为Ⅰ级建筑物,总装机容量8 000 MW,属国家重点项目。
1号公路棉沙沟段为高填方路基边坡,路基边坡高度达52 m,如按设计边坡自然堆放,所占场地水平距离达120.5 m,因雅砻江干流紧临路基边坡,自然放坡受到限制,设计要求将边坡做陡。因此对该边坡采取何种加固防护方案成为设计人员考虑的重点问题。
1)该工程对施工工期的要求。棉沙沟高填方路基边坡段属场内主要公路1号路工程的一部分。作为锦屏一级水电站工程对外交通线路和施工运输线路,首先要解决对场内1号公路的修建,才能进行混凝土拱坝、引水发电系统等主体工程施工和主要工区的建设,因此根据施工总进度及计划,1号公路的修建是锦屏一级水电站主体工程的前期工程,工期要求严格。
另外,雅砻江流域每年11月至次年的4月为干季,每年5月至10月为雨季,降水集中,降雨占全年的90%~95%。所以,根据要求,棉沙沟高填方路基边坡工程应确保在雨季来临之前完工,否则因该工程紧邻雅砻江干流,雨季来临会严重影响到路基边坡工程的施工。
2)该工程对地基承载力的要求。根据钻孔资料上部12.8 m为第四系坡积的块碎石夹土,坡积物以下基岩岩性为灰色厚层—巨厚层变质砂岩夹板岩。根据地勘资料,该工点处软弱覆盖层较厚。因该工程为高填方路基工程,所以方案对地基承载力有一定的要求。
3)该工程对抗震性能的要求。根据2001年发布的1∶400万《中国地震动峰值加速度区划图》及《中国地震动反应谱特征周期区划图》,线路区的地震水平峰值加速度为0.10 g。所以设计边坡方案要具有较好的抗震性能。
棉沙沟路基边坡加固防护方案比较阶段,设计人员考虑了石砌挡墙、钢筋混凝土挡墙、土工格栅加筋三种方案,对其经济性、技术性进行综合比较。
从技术和经济等方面比较来看,石砌挡墙、钢筋混凝土挡墙、土工格栅加筋3种方案存在以下几个方面的差别:
1)结构计算。石砌挡墙、钢筋混凝土挡墙两种处理方案,由于对基础承载力要求较高,地勘资料表明软弱覆盖层太厚,地基基础承载力满足不了设计要求,若采用桩基处理地基不经济。同时,墙背填土的压实很难得到保证,给工程的使用带来了隐患。而土工格栅处理方案,由于不需要较大的断面尺寸,对地基承载力要求不高,目前地基整体稳定计算满足要求,承载力也完全满足格栅处理设计要求。
2)抗震性能。石砌挡墙和钢筋混凝土挡墙都属于刚性结构,不能很好地适应地基的变形,抗震性能差;而土工格栅加筋体为柔性结构,能很好地适应地基的变形,具有良好的抗震性能。
3)经济性的比较。经过对3种方案经济比较后可以看出,由于石砌挡墙方案需对地基进行处理,钢筋混凝土挡墙方案对钢筋和混凝土的用量较大,采用此两种处理方案的总费用均高于土工格栅处理方案。
4)排水。由于此边坡地处沟底,将来雨水渗入、山体渗水将会汇集在结构底部,如果渗水不能及时排走,必将在结构体中形成水压力,造成边坡失稳。
石砌挡墙和钢筋混凝土挡墙两种处理方案,即使在砌筑时预埋排水管道或预留排水孔,也存在排水不畅、管道容易堵塞等问题,这是能否保证挡墙安全正常使用潜在的重大隐患。
土工格栅处理方案,由于格栅为网孔状,结构体内水随时可以渗出,排水通畅,不存在结构体渗水过多而造成边坡失稳,并能在水下安全使用。
5)施工比较。石砌挡墙和钢筋混凝土挡墙两种处理方案,砌筑量较大,同时要求浆砌挡墙或混凝土达到强度要求后才能进行回填,施工工期较长。
土工格栅处理方案,施工工序简单,材料轻便搬运方便,施工容易,工期较短。
总结上述几个方面比较,土工格栅处理方案无论从经济、技术、施工等方面均比石砌挡墙和钢筋混凝土挡墙处理方案具有优势。
该工程由黄河水利委员会设计研究院负责设计,路基边坡采用青岛旭域土工材料股份有限公司E'Grid Plus软件进行设计与稳定性验算。
路基边坡全高采用具有包裹式面层的塑料土工格栅加筋结构,加筋边坡高度为52 m,设置4级错台,下部3个台阶的高度均为15 m,上部一个台阶的高度为7 m。低于30 m高度的边坡外缘坡度为1∶0.58,30 m高度以上的部分边坡外缘坡度为1∶0.8,土工格栅铺设宽度为24 m。
在15 m,30 m和45 m三高度处的外缘分别设置2 m宽的马道,马道处单向格栅反包长度增加为3 m。在每两层主筋格栅之间布置两层长度为2 m的双向次筋格栅,次筋采用EG3030型,长2 m,双向格栅间距为33 cm以利于压实,提高加筋效果。
土工格栅加筋土结构与传统重力式砌石挡土墙和混凝土挡土墙相比,具有以下优势和特点:
1)土工格栅加筋土工程属柔性结构,比传统的刚性结构工程能更好的适应地基变形,在不良地基处采用尤能显示其结构上的优势。加筋土工程的这种柔性结构比刚性挡土墙有更好的抗地震能力,因此,它也是一种很好的抗震结构物。
2)土工格栅加筋土结构能节省工程投资,边坡可以做的高且陡,能有效的节约用地和填筑用料,地基的处理也较简便,具有经济上的优势。
3)土工格栅包裹式的加筋结构,可以在其坡面采用绿化防护,对绿化、美化环境,恢复自然生态,有效地融入周边环境,有着较好的社会效益。
4)土工格栅加筋土结构施工方便快捷,能缩短施工工期。
[1]Jewell R.A.(1991).Application of revised design charts for steep reinforced slopes,Geotextiles and Geomembrances,Vol.10,No.3,:203-234.
[2]Radoslaw L.M.(1998).Limit analysis in stability calculations of reinforced soil structure,Geotextiles and Geomembrances,Vol.16,No.6,:311-331.
[3]Victor Elias,P.E.;Barry R.Christopher,Ph.D.,P.E.and Ryan R.Berg,P.E.(2001).Design of Reinforced Soil Slopes,Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes Design&Construction Guidelines,Ryan R.Berg&Associates,Inc.,2190 Leyland Alcove Woodbury,MN 55125:223-274.
[4]Zornberg J.G.(2004).Advances in Geosynthetic Reinforced Soil Design,IGS News,Vol.20,No.3,:16-17.