吉林引松供水工程岩壁梁超挖缺陷处理设计

杜文才，于生波，夏　辉，宋立民（中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林长春130021）



吉林引松供水工程岩壁梁超挖缺陷处理设计

杜文才，于生波，夏辉，宋立民
（中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林长春130021）

［摘要］岩壁梁超挖缺陷在实际工程中是一种普遍存在的现象，以往多采用工程类比的方法进行设计，缺少理论依据，文中以吉林引松供水工程为实例，考虑岩壁梁的抗滑稳定性、抗倾稳定性，提出了一种利用刚体极限平衡法处理岩壁梁超挖缺陷的设计方法。

［关键词］岩壁梁；超挖缺陷；抗滑稳定性；抗倾稳定性；刚体极限平衡法；引松供水

1　工程概况

开挖施工过程中由于地质条件影响，大部分岩壁梁岩台开挖后达不到1.3m宽的设计要求，且岩台以下存在较大的超挖情况，因此需要对岩台以下超挖部分进行补强处理。

2　计算原理

要求先进行岩台下部补强混凝土的施工，待其强度达到设计强度的70%时，再进行原设计钢筋混凝土岩壁梁的施工，二者在受力上是独立的结构。假定补强体为独立的绝对刚性体，依据刚体平衡法分析其受力特点，将超挖后的斜岩台视为符合文克尔假定的弹性地基，在荷载作用下，补强体产生平移与转动，根据补强体抗滑稳定性和抗倾稳定性计算受拉钢筋截面积。

2.1补强体与岩壁结合面的抗倾稳定验算

式中：γ0——结构重要性系数，取1.1——设计状况系数，对应于持久状况、短暂状况、偶然状况，可分别取 1.0，0.95，0.85；γd——补强体受拉锚杆承载力计算的结构系数，考虑锚杆释放应力影响，取1.65；M——单位竖向轮压、横向水平荷载、岩壁梁自重、单位梁上轨道附件重力和梁上防潮墙重力所有各荷载的设计值对补强体受压锚杆与岩壁斜面交点的力矩和，kN·m；fy——受拉锚杆抗拉强度设计值，按《水工混凝土结构设计规范》，取300 N/mm2；As1，As2——第一、二排受拉锚杆单位梁长的计算截面面积，mm2；Lt1，Lt2——第一、二排受拉锚杆到受压锚杆与岩壁斜面交点的力臂，m。

2.2补强体与岩壁结合面的抗滑稳定验算

式中：S（·）——沿岩壁斜面上的下滑力,kN；R（·）——沿岩壁斜面上的阻滑力，kN；Fv——单位梁长竖向轮压设计值，kN；Fh——单位梁长吊车横向水平荷载设计值，kN；G——单位梁长上岩壁梁自重（含二期混凝土）设计值，kN；W——单位梁长上轨道及附件重力和梁上防潮隔墙重力设计值，kN；β——岩壁角，°；αi——第i排受拉锚杆的倾角，°；A——单位梁长岩壁梁斜面的面积，m2；Asi′——第i排受拉锚杆单位梁长的实配截面面积，mm2；fk′——岩壁斜面上抗剪断摩擦系数标准值，可参照《混凝土重力坝设计规范》取值，无量纲；γf′——抗剪断摩擦系数的分项系数，取1.3；ck′——岩壁斜面上抗剪断粘结力标准值，可参照《混凝土重力坝设计规范》取值，KPa；γc′——抗剪断粘结力的分项系数，取3.0；γd——抗滑稳定结构系数，不小于1.2；其它参数同上。

3　计算过程

3.1荷载组合

针对此次超挖缺陷处理，补强体承受的荷载包括竖向轮压、桥机横向水平荷载、岩壁梁自重、补强体自重、轨道及其附件自重，其中补强体自重根据具体的超挖情况进行计算。

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3.2设计思路

不同桩号岩壁梁岩台的超挖情况不尽相同，对不同桩号段应该采用不同的处理方案。通过对混凝土补强体的受力特点进行分析，发现对受拉锚杆截面影响最大的因素是吊车竖向荷载和吊车水平荷载。所以，在初步确定处理方案时，仅考虑这两种荷载作用，假定设置单排直径25 mm螺纹钢作为受拉锚杆，水平间距1 m，锚杆入岩位置为岩壁梁顶面设计高程以下70 cm处，上倾15°锚入岩石。

首先编写简单的excel计算程序进行各桩号段处理方案的初步试算，然后对试算结果中布设单排钢筋不满足要求的桩号段加密至2~3排受拉锚杆，同时适当调整补强体的垂直高度，最终确定4个处理方案。方案1：补强体垂直高度3 m，2排锚杆，水平间距1 m，垂直排距0.6 m；方案2：补强体垂直高度2.5 m，2排锚杆，水平间距1 m，垂直排距0.6 m；方案3：补强体垂直高度2 m，2排锚杆，水平间距1 m，垂直排距0.6 m；方案4：补强体垂直高度3 m，3排锚杆，水平间距0.7 m，垂直排距0.6 m。

3.3推荐设计方案

根据上述思路编制excel计算表格，对每一桩号段进行计算。通过计算，针对不同部位的超挖情况采用如下不同的处理方案，不同桩号段与处理方案的对应情况见表1，各方案的处理措施典型断面见图1，此处仅给出1，2两种方案的典型断面，其它类推。

表1　桩号段与处理方案对应表

处理方案1：岩台下部3.0 m范围都存在较大超挖

1）在原设计岩壁梁岩台下部超挖处增加2排准25，L=5.0 m锚杆，水平间距1 m，竖向间距0.6 m，加强锚杆与水平交角15°，锚杆的外露长度以保证锚杆与钢筋网焊接长度为宜。

2）原设计岩壁梁岩台下部三角体浇筑C25素补强混凝土填充，混凝土浇筑高度为3.0 m，边界以原设计支护边界为限。素补强混凝土外侧布单层准20@200 mm×200 mm钢筋网，混凝土保护层厚5 cm，要求钢筋网与外露锚杆端头焊接。

处理方案2：岩台下部2.5 m范围都存在较大超挖

1）在原设计岩壁梁岩台下部超挖处增加2排准25，L=5.0 m锚杆，水平间距1 m，竖向间距0.6 m，加强锚杆与水平交角15°，锚杆的外露长度以保证锚杆与钢筋网焊接长度为宜。

2）原设计岩壁梁岩台下部三角体浇筑C25素补强混凝土填充，混凝土浇筑高度为2.5 m，边界以原设计支护边界为限。素补强混凝土外侧布单层准20@200 mm×200 mm钢筋网，混凝土保护层厚5 cm，要求钢筋网与外露锚杆端头焊接。

图1　岩壁梁岩台缺陷处理典型剖面图

处理方案3：岩台下部2.0 m范围都存在较大超挖

1）在原设计岩壁梁岩台下部超挖处增加2排准25，L=5.0 m锚杆，水平间距1 m，竖向间距0.6 m，加强锚杆与水平交角15°，锚杆的外露长度以保证锚杆与钢筋网焊接长度为宜。

2）原设计岩壁梁岩台下部三角体浇筑C25素补强混凝土填充，混凝土浇筑高度为2.0 m，边界以原设计支护边界为限。素补强混凝土外侧布单层准20@200 mm×200 mm钢筋网，混凝土保护层厚5 cm，要求钢筋网与外露锚杆端头焊接。

处理方案4：岩台下部3.0 m范围以下仍都存在较大超挖

1）在原设计岩壁梁岩台下部超挖处增加3排准25，L=5.0 m锚杆，水平间距0.7 m，竖向间距0.6 m，加强锚杆与水平交角15°，锚杆的外露长度以保证锚杆与钢筋网焊接长度为宜。

2）原设计岩壁梁岩台下部三角体浇筑C25素补强混凝土填充，混凝土浇筑高度为3.0 m，边界以原设计支护边界为限。素补强混凝土外侧布单层准20@200 mm×200 mm钢筋网，混凝土保护层厚5 cm，要求钢筋网与外露锚杆端头焊接。

［参考文献］

［1］Q/CHECC 003-2008,中国水电工程顾问集团公司企业标准［S］.

［2］DL/T 5057-2009,中华人民共和国电力行业标准［S］.

［3］DL5108-1999,中华人民共和国电力行业标准［S］.

［中图分类号］TV222.2

［文献标识码］A

［文章编号］1002－0624（2016）03－0001－02

[收稿日期]2015-06-12