水利水电工程边坡级别确定技术标准体系构建

党雪梅 孙胜利

(黄河勘测规划设计有限公司,郑州 450003)

1 边坡设计现状和级别确定技术标准体系构建必要性

水利水电工程边坡安全与工程安全、工程区和下游人民生命财产安全以及对环境的影响,有着密切的关系,是整个水利水电工程安全中最重要的环节之一。

但长期以来,水利水电工程边坡设计实践过程中一直没有统一的技术标准,边坡设计处于一种无序的、随意的泛经验状态。

边坡设计过于偏于保守或过于偏于危险的情况出现。前者造成不必要的资金浪费,后者造成不少边坡破坏失事,不仅严重影响了建筑物的正常使用,而且给人类的正常活动构成极大的威胁,某些边坡破坏造成的人员伤亡和经济损失也是令人触目惊心的。

根据水利水电工程建设的需要,亟需制定一套完整的边坡设计技术标准,规范水利水电工程边坡设计。

而在整个边坡设计技术标准体系中,构建边坡级别确定技术标准体系是宏观控制边坡安全的重要工作,也是宏观控制边坡安全度首先要解决的重大技术标准问题。

2 体系构建的基本原则、思路和考虑的主要因素

2.1 基本原则

水利水电工程边坡是工程的组成部分之一,因此构建的级别确定技术标准体系的原则就是应该与水利水电工程的建筑物级别协调一致,与当前的国民经济发展水平一致。

从另一方面而言,水工建筑物的级别确定方法在相关设计规范已经规定,推广应用了几十年,被广大设计者所熟悉掌握。因此另起炉灶制定一套完全不同体系,既无必要也不可行。

2.2 基本思路

众所周知,水利水电工程建设涉及到的边坡类型多种多样,与工程安全的关系也十分复杂,对工程安全影响程度也不同。为了构建边坡级别确定技术标准体系,有必要对各类边坡进行梳理、归纳。从便于构建技术标准体系的角度分析边坡,可以归纳为与水工建筑物直接或间接相关、与工程场区修建的其他建筑物相关、独立边坡三大类。按照这种分类确定了构建技术标准体系的基本思路为:以与水工建筑物相协调、兼顾国民经济发展水平、设计中便于执行和操作为原则,以边坡与水工建筑物相关关系为主线,以边坡对建筑物安全的影响程度为依据,构建了较为完整的水利水电工程边坡级别确定的技术标准体系。

2.3 考虑的主要因素

构建边坡级别确定技术标准体系需要考虑技术因素和构建完整协调的边坡设计技术标准体系构建两大类因素。

对技术因素进行归纳,主要有以下7大主要因素:边坡安全对建筑物安全和正常运用的影响程度,边坡安全对人身和财产安全的影响程度,边坡失事后的损失大小,边坡规模大小,边坡所处位置、是临时边坡还是永久边坡,社会和环境因素。虽然级别确定是相对独立的技术标准体系,但仍然属于整个边坡设计技术标准体系的一部分,所以需要考虑与其他组成部分相互协调匹配,这是构建该技术标准体系所必须考虑的,如稳定安全系数标准也需要按级别确定。

3 边坡级别确定技术标准体系构建

3.1 构建方法

按照上述确定边坡的基本思路,采用以下方法构建边坡级别确定技术标准体系。

(1)边坡级别等级数量确定。

(2)定义可能的最高级别和最低级别。

(3)对于与水工建筑物相关边坡,按照边坡失事对建筑物的影响程度构建基本的边坡级别确定体系,并对最常见的典型情况给予明确规定,以充分体现边坡级别确定技术标准体系的思想。

(4)参照基本的级别确定技术标准体系,对与工程场区其他建筑物、构筑物相关的边坡进行规定。

(5)参照基本的级别确定技术标准体系,对所谓的独立边坡级别确定进行规定。

所有上述边坡级别确定过程中,都要对以往的工程实践积累的经验进行梳理、归纳和总结,以得到合理的结论。

3.2 边坡级别等级的划分

多年来水工建筑物一直是划分为5个级别,历年的等级规范也是这样规定的,已经为广大设计人员熟悉和掌握。按照上述与水工建筑物协调一致的原则来确定边坡的级别,边坡也应该分为5个等级。边坡级别划分为五个级别有以下优点。

(1)划分为五个级别与水工建筑物级别划分一致,便于参照制定本规范条文,对规范条文的可操作性易于评估。

(2)符合广大设计人员的习惯,便于规范条文的正确执行。

(3)依据边坡等级分级确定的稳定安全系数标准,按五个级别确定,与建筑物相匹配,便于在制定规范条文和将来的边坡设计的条文执行中,与水工建筑物的稳定安全系数横向比较,评价其合理性。

3.3 体系构建

3.3.1 与水工建筑物相关边坡确定

按照 “以边坡与水工建筑物相关关系为主线,以边坡对建筑物安全的影响程度为依据”的基本思路,形成正确而合理地对应关系。

与水工建筑物不相关的边坡,参照这个思路另行确定。

体系构建首先需要定义最高级别和最低级别如何确定。

根据对一些设计规范的考察,考虑到多年来行业内约定俗成的习惯,并通过对各中水工建筑物与边坡的关系,拟将边坡失事后对水工建筑物的影响程度大致划分为 “严重”、“较严重”、“不严重”和“较轻”等四种情况。

与水工建筑物相关的边坡级别的确定方法,从基本思路入手,围绕相关建筑物的级别、边坡的级别数量、边坡失事对建筑物的四种危害程度进行研究论证,基本理清与相关建筑物之间的相互关系,形成边坡级别确定方法的框架和初步确定方法。为较清晰地表达边坡级别确定方法的框架和初步确定方法,将上述研究成果进行归纳并仍采用表格形式表示如下。

表1 与水工建筑物级别相关边坡的级别确定方法表

在进行具体的边坡级别确定时,主要是分析边坡失事对相关建筑物的影响程度,四种影响程度的划定如下。

(1)严重:相关建筑物完全破坏或功能完全丧失。

(2)较严重:相关建筑物遭到较大的破坏或功能受到比较大的影响,需进行专门的除险加固后才能投入正常运用。

(3)不严重:相关建筑物遭到一些破坏或功能受到一些影响,及时修复后仍能使用。

(4)较轻:相关建筑物仅受到很小的影响或间接地受到影响。

3.3.2 与其他建筑物和构筑物相关边坡的级别确定

这类边坡的级别确定的基本思路与上述边坡是相同的,需要合理把握的是相关专业的规范规定与水利水电工程的特殊要求的协调。

3.3.3 独立边坡

这类边坡级别的确定需要进行专门的论证。

水利水电工程边坡级别确定技术标准体系可以用图1表示。

图1 边坡级别确定技术标准体系框图

4 技术特点

作为技术标准体系,该成果具有技术合理性和标准的完整性、可操作性等特点。主要表现在以下几方面。

(1)与水工建筑物分级一致分为5个等级,符合行业多年来的分级惯例。便于设计者在确定边坡等级时,与心目中的水工建筑物的安全度对照,合理把握边坡的安全度。

(2)边坡级别最高与相关建筑物相同,最低为5级。与某一级别水工建筑物相关的边坡,根据对其安全的影响程度不同,可以定为不同的级别,构成了完整系统的技术标准体系。

(3)边坡对水工建筑物安全的四种影响程度均给予了明确的定义,技术严密且可操作性强,便于设计者掌握。

5 结 语

长期以来,水利水电工程边坡设计没有统一的技术标准,使得边坡设计长期处于一种无序的泛经验状态,忽视边坡问题或过度设计的情况时有发生,在安全风险与投资风险之间经常存在巨大的矛盾。构建的边坡级别确定技术标准体系从源头上将边坡设计纳入了有序的轨道。这一边坡级别确定技术标准体系给出的边坡级别确定方法已经纳入《水利水电工程边坡设计规范》(SL386-2007)。

正确应用这一技术标准体系的思路是全面理解其内涵,准确把握工程安全和经济投入的度,客观分析边坡安全在整体工程安全的地位,才能合理确定边坡级别。