洛古水电站消力池右岸边坡支护设计

何涛林，朱瑞晨（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州310014）



洛古水电站消力池右岸边坡支护设计

何涛林，朱瑞晨
（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州310014）

［摘要］洛古水电站消力池处河谷狭窄，右岸为深厚崩坡积体，为了既满足泄洪消能要求，又保证边坡安全，经方案比较，采用抗滑桩方案对崩坡积体进行支护；工程运行实践表明该方案支护效果良好。

［关键词］洛古水电站；消力池；崩坡积体；边坡支护；抗滑桩;四川

1　工程概况

洛古水电站位于四川省昭觉县洛古乡，距昭觉县城约18 km，为西溪河流域两库五级电站中的第二级，是一座以发电为主的混合式电站。电站正常蓄水位2 043 m，相应库容3 730万m3；电站装机2台55 MW水轮发电机，总装机容量为110 MW，保证出力16.304 MW，年发电量4.662亿kW·h。洛古水电站工程为三等中型工程，枢纽主要建筑物由拦河大坝、引水系统、发电厂房及开关站等组成，主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级。

拦河大坝为碾压混凝土重力坝，设计洪水重现期为100年，相应洪峰流量为2 110 m3/s；校核洪水重现期为1000年，相应洪峰流量为3 590 m3/s。大坝坝顶高程2 046 m，最大坝高82 m，坝顶长221 m，由2个溢流坝段和7个挡水坝段组成。溢流坝段共设3个表孔和2个底孔，采用“X”型宽尾墩+台阶溢流面+消力池的综合消能方式。

洛古大坝消力池位于溢流坝段下游，长67 m，净宽43 m，底板顶高程1970 m，厚3 m，两侧边墙高度22.5 m。根据大坝枢纽布置及消力池区域地形、地质条件，将消力池布置在原河床略偏向左岸位置。因消力池右岸崩坡积体深厚且分布范围广，消力池基础开挖会导致右岸崩坡积体的坡脚抗滑体被挖除，对右岸崩坡积体边坡的稳定产生不利影响。为了保证施工期的边坡安全，需要对消力池右岸边坡的稳定性进行复核，并采取必要的工程措施。

2　消力池区域地质条件

消力池区域河谷深切呈“V”字型，两岸地形基本对称，以斜坡地形为主，坡高均在200 m以上。左岸坡度为35°~38°，地表基岩裸露，为弱风化玄武岩，浅表卸荷裂隙发育。右岸边坡2 046 m高程以下坡度约为36°，2 046 m高程以上坡度为36°~ 42°，地表广泛分布崩坡积碎石土，厚度为17.3~ 31.57 m，以坡脚部位最厚。崩坡积层表部为0~5 m厚的碎块石、孤石夹粉粘粒，碎块石块径以2~15 cm为主，杂乱分布，松散，局部架空；崩坡积层下部为碎块石夹粉粘土，碎块石块径以1~10 cm为主，稍密~中密状，局部具架空结构；底部基覆界线土厚度0~50 cm不等，主要成份以砾石夹粉粘料为主，中密~密实状，砾石以1~5 cm为主；崩坡积层下伏基岩为弱风化玄武岩，基岩面较陡，一般为40°~48°。河床高程1977~1980 m，表面卵砾石覆盖层厚度为8~20 m，下伏基岩为弱风化玄武岩，基岩面高程为1 966~1 975 m。

右岸地下水主要为孔隙性潜水和基岩裂隙水，孔隙性潜水分布于河床及崩坡积体中，接受大气降水和基岩裂隙水补给，基岩裂隙水水位埋深27.7~51.4 m。

首部枢纽区地震基本烈度为Ⅶ度，主要建筑物设计烈度为Ⅶ度。

消力池右岸崩坡积体、岩体物理力学参数见表1。

表1　崩坡积体稳定分析参数建议值

3　消力池右岸边坡稳定性分析

3.1计算参数及计算工况

计算时考虑崩坡积体的分层情况，不同的分层材料选取相应的参数，具体见表1。

消力池基础开挖安排在枯水期并且施工时间相对较短，所以重点考虑施工期短暂状况(施工工况)。消力池属于4级建筑物，根据DL/T5353-2006《水电水利工程边坡设计规范》，确定其边坡为3级边坡，短暂状况下最小安全系数必须满足1.05~1.10，参考其它边坡治理工程，确定消力池右岸边坡安全系数为FS=1.05。

3.2天然边坡稳定分析

天然边坡典型断面见图1。根据试验所得各层材料的物理力学参数建议值，采用河海大学HH-slope程序摩根斯坦法，分别对沿基覆界面和沿坡积体内部两种滑动模式进行计算，其中沿基覆界面滑动模式，剪出面约在坡脚1 980 m高程位置，安全系数为1.11；沿坡积体内部滑动模式，安全系数为1.17。两种模式均满足规范要求。因此，天然边坡是稳定的，不会沿基覆界面或内部土体产生滑动。

3.3开挖后边坡稳定分析

消力池基础开挖导致坡脚抗滑区被挖除，沿基覆界面的安全系数降为0.87，沿坡积体内部安全系数没有变化，还是1.17，说明在基础开挖时边坡将沿基覆面失稳，需进行支护处理。

4　消力池右岸边坡支护设计

4.1剩余下滑力计算

坡体失稳时的滑动面为复合折线，剩余下滑力采用推力传递法计算，公式如下：

式中：Ti——第 i个条块剩余下滑力，kN/m；ψ——推力传递系数；K——滑坡推力计算安全系数；Pi——第i个条块沿滑动面分力，kN/m；Ri——第i个条块阻滑力，kN/m；剩余下滑力计算曲线见图1和图2。由图3可知，要满足1.05的安全系数，需要提供4 054 kN/m的加固力。

图1　K=0.87时条块间剩余下滑力曲线

图2　K=1.05时条块间剩余下滑力曲线

4.2支护方案选择

根据一般的工程经验，滑坡治理主要从3个方面考虑：开挖减载、治水或加固。消力池右岸边坡原始坡比1∶1.4，坡高超过200 m以上，采用开挖方案显然不合理也不经济，而地下水又不是引起坡体失稳的主要原因，治水方案也不解决根本问题，所以只有采取加固措施。常用的加固措施有：抗滑桩、预应力锚索、抗剪洞和支挡结构。本工程对抗滑桩和预应力锚索方案进行了比较。

4.2.1预应力锚索方案

经计算，为保证施工期边坡稳定，需从2 034 m高程开始，每10 m设一级马道，共4级，除第一级坡比为1∶0.8外，其余坡比均为1:1，坡面上布置10排1 500 kN级预应力锚索，纵向间距5 m，锚索长度20~35 m，锚索之间为混凝土框格梁。

4.2.2抗滑桩方案

根据剩余下滑力曲线，经计算，在坡脚1 980 m高程内侧布置一排共8根抗滑桩，桩体断面尺寸为3×5 m。桩中心线间距为6 m，最大桩深17~22 m，桩底深入弱风化基岩6~7 m。

4.2.3方案比较

1）从右岸边坡特征及计算结果看，抗滑桩和锚索方案均为可行方案。

2）锚索方案需开挖40 m以上的高边坡，对边坡扰动较大，且开挖坡比1∶1，陡于自然坡比，在施工过程中必须严格遵守“先护后挖”的原则，即在上一级边坡支护完成后才能进行下一级边坡的开挖，对工序管理要求较严，施工周期相对较长。

抗滑桩采用人工挖孔灌注桩，在原河床坡脚部位清理出工作平台后即可开始施工，采用二序施工。

3）在消力池基础开挖完成后，锚索方案消力池右边墙内侧二次回填工程量较大，墙体需考虑回填土荷载，结构体形较大；而抗滑桩方案可以考虑边墙与抗滑桩联合受力，有利于减小边墙尺寸。

4）从工程量及经济性比较，抗滑桩方案比锚索方案节省投资。

综上所述，从施工安全、施工管理、施工工期以及经济性等各方面比较分析，抗滑桩方案优于锚索方案，所以采用抗滑桩方案作为选定的边坡支护方案。图3和4为抗滑桩平面位置图和典型剖面图。

图3　抗滑桩平面位置图（单位：m）

5　边坡监测设计

为了在施工期及运行期对边坡进行观测，了解边坡的变形情况，在右岸边坡布置了1个多点位移计和3个测斜孔。多点位移计为2点式，孔深25 m。测斜孔为竖直孔，布置在抗滑桩内侧，孔口高程1 992 m，孔深30 m。为观测抗滑桩运行情况，在桩身内布置钢筋测力计。

图4　抗滑桩典型剖面图（单位：m）

6　小结

1）根据工程区地形和地质条件，在满足水流归槽条件的前提下，将消力池布置在原河床中心线略偏左岸位置，虽使左岸岩质边坡的开挖量有所增加，但减少了右岸深厚崩坡积体的开挖范围，降低了工程难度。

2）右岸崩坡积体自然休止角为35~37.7°，与边坡坡度相接近，处于临界稳定状态，雨季或人为扰动时表层有崩落或小规模坍塌现象，开挖对边坡稳定影响较大，不宜采用开挖方式，如果一定要采用开挖方式，必须遵守“先护后挖”的原则，即在上一级边坡支护完成后才能进行下一级边坡的开挖，这对施工管理要求较严。

3）抗滑桩设计要求滑动面以下基岩能提供可靠的锚固力，工程右岸崩坡积体下伏基岩面较陡，倾角为40°~48°，且基岩内陡倾角卸荷裂隙顺坡发育，不适合在边坡上布置抗滑桩，而河床部位地形平坦，下伏基岩为弱风化玄武岩，完整性好，无强卸荷岩体分布，适合布置抗滑桩。

4）洛古水电站于2009年6月投产发电。施工期及运行期监测数据表明，消力池右岸边坡运行稳定，表明抗滑桩方案支护效果良好，可为类似工程提供参考。

［参考文献］

［1］DL/T 5353-2006，水电水利工程边坡设计规范［S］.

［2］TB10025-2006，铁路路基支撑结构设计规范［S］.

［中图分类号］TV74

［文献标识码］B

［文章编号］1002－0624（2016）03－0003－03

[收稿日期]2015-12-22