长白县备用水源水利枢纽工程左坝肩边坡生态修复设计

宣淼，云天禹

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

1 概况

长白县城市供水工程项目（西沟备用水源）水利枢纽工程位于吉林省长白县十九道沟支流西沟沟口以上1.3 km 处，距离长白县约18.0 km，是一座以保障长白县城供水安全为主要任务的水利工程。水利枢纽由挡水坝、溢流坝、引水管及生态放流管等组成，枢纽总库容为9.97×104m3，兴利库容为3.10×104m3，日供水量为1.20×104m3。

2 工程地质

坝址区河谷宽度一般为50.00～100.00 m，沟口处河谷最宽，宽度约为200.00 m，属典型的山区狭长形河谷，为剥蚀、侵蚀中低山地貌。水库区河谷呈“V”字形，左、右两岸山体高程为900.00～1 100.00 m，山体坡度为30°～50°。坝址玄武岩经多次喷发而成，岩石受喷发、间歇期影响，出现隔层风化现象。揭露的玄武岩以弱风化岩石为主，局部夹有强风化或全风化岩石，岩层中的熔渣状玄武岩均为强风化岩。坝址区气孔状、致密状玄武岩岩体属于较完整岩体，熔渣状玄武岩属极差岩体。

3 左坝肩边坡设计

挡水坝左岸坝肩覆盖层厚度为3.00～13.00 m，岩性主要由坡积碎石夹低液限黏土组成，基岩为气孔状玄武岩和致密状玄武岩。

设计坝型为混凝土重力坝，坝顶高程为848.70 m，坝基坐于基岩面上。为增强左坝肩的纵向稳定性，将坝顶高程848.70 m 以上覆盖层全部清除至基岩面，边坡上、下游方向按1∶2 稳定坡度进行开挖；坝轴线方向采取了砂浆锚杆等加固措施，在高程848.70～856.70 m 开挖范围内进行边坡回填，回填坡度为1∶2，每4.00 m 高设置1 级马道，马道宽度为2.00 m，在马道和边坡上铺设草皮，种植灌木和乔木，间、排距为4.00 m；对高程856.70 m 以上开挖范围内的岩质边坡及两侧碎石土类边坡进行生态修复设计，恢复原有植被覆盖。

4 边坡生态修复设计

4.1 土质边坡

土质边坡采用混凝土框格梁护坡，护坡顶部节点处采用锚杆加固，先打锚杆，预留固定端，与梁一体浇筑。锚杆采用HRB400φ36砂浆锚杆，锚杆方向垂直于坡面，入岩深度为2.00 m，间距为5.00 m。混凝土框格梁由横梁和纵梁组成，横梁、纵梁的间距均为2.00 m，每10.00 m设1个结构缝。混凝土框格梁尺寸为100 mm×300 mm（宽×高），压顶尺寸为300 mm×500 mm（宽×高），基脚尺寸为100 mm×300 mm（宽×高），混凝土强度为C25。

混凝土框格内回填客土，其内间隔种植樟子松、紫穗槐（呈品字形布置），并撒播草籽。苗木种类见表1。

表1 土质边坡生态修复苗木汇总表

4.2 岩质边坡

岩质边坡岩性为致密状玄武岩，坡度为47°～53°，坡度较陡，因此，采用锚杆挡土墙形式，并回填客土，植树绿化。

1）岩石锚杆挡土墙

此次设计锚杆挡土墙轴线垂直于坝轴线方向布置，挡土墙轴线水平间距为3.00 m，共10 级。挡土墙由混凝土底座、混凝土柱及混凝土板组成，混凝土底座、混凝土柱采用现浇C30 混凝土，混凝土板采用C30 预制钢筋混凝土板；混凝土底座截面形式为三角形，宽度为1.00 m，高度为1.20 m，为增加岩面与混凝土底座之间的摩擦力，需将岩面进行凿毛处理；混凝土柱截面形式为工字形，规格为470 mm×300 mm（宽×高），混凝土柱间距为2.10 m；混凝土板厚度为100 mm，长度为2.00 m，高度为1.60 m。

混凝土底座与混凝土柱的岩石锚杆均采用HRB400φ36 砂浆锚杆，锚杆与水平面夹角均为15°，入岩深度均为5.00 m，锚杆水平间距分别为0.50，2.10 m，其中，混凝土底座岩石锚杆在混凝土板段局部水平间距为0.60 m。

2）绿化措施

修建挡土墙后，在其内回填客土，并种植乔木及爬山虎。客土回填最大厚度为1.50 m，料源为边坡开挖土料。为防止水土流失，回填土与岩面之间铺设土工布。客土回填后，种植间距为3.00 m的乔木，爬山虎沿种植平台前缘布置向下攀爬。苗木种类见表2。

表2 岩质边坡生态修复苗木汇总表

3）检修及养护措施

为便于日后检修及养护，在各级种植平台垂向设置检修扶梯，并采取钢结构形式。检修扶梯长572 cm、宽80 cm，台步高20 cm、宽25 cm，上设100 cm 钢扶手。在最下层边坡回填处设置一混凝土支墩，支墩入土50 cm、长100 cm、宽100 cm。

为保证苗木成活率，在左坝肩北侧库区内设置一潜水泵，沿左坝肩斜坡设置明管（φ50钢管），各级种植平台设置分水口，分水口处引出软管浇灌各类苗木。

5 挡土墙稳定计算

5.1 抗滑稳定计算

截取2.00 m 长为1 个计算单元，包括工字柱、底座、混凝土挡墙及上覆土体，计算单元合计总重110 kN，现状坡角为50°。所截取单元坡向滑动力全部由底座锚杆分担，经计算，柱底及挡墙布置6.2 根锚杆时，抗滑稳定安全系数计算值为1.12，满足不小于抗滑稳定安全系数允许值1.05 的要求[1]，考虑后续树体长大、风荷载及柱两侧等不利工况，设计选取8 根，其中，柱底4 根，柱两侧4 根。

5.2 锚杆设计计算

土压力计算采用朗肯土压力计算公式：

式中：Ka为主动土压力系数；φ为土体内摩擦角，（°）；Ea为朗肯主动土压力，kN/m；γsat为土体饱和重度，kN/m3；H 为挡土墙高度，m。

选取的计算单元长为2.00 m，φ取20°，γsat取25 kN/m3，土体合力作用点自柱脚向上选取1/3处，经计算，Ea=24.5 kN/m。

依据GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》[2]8.2.2 节要求，柱上锚杆轴向拉力Nak=65 kN，安全系数取2.0，锚杆钢筋截面面积As≥360 mm2；依据GB 50330—2013 中8.2.3 节、8.2.4 节要求，锚杆锚固长度不小于1.80 m；依据8.4.1 节锚杆构造要求，岩石锚杆的锚固段长度不应小于3.00 m，且不宜大于6.50 m，考虑后续树体长大及风荷载等不利工况，此次设计选取HRB400φ36 锚杆，锚杆入岩长度为5.00 m。

6 结语

高陡边坡植被修复需结合工程特点采取相应处理措施，该工程区范围内原始植被随着工程的建设破坏较大，边坡岩面较浅且为玄武岩，在覆绿措施实施的同时还要保证边坡稳定，以免出现边坡安全问题[3]。本文针对工程特点提出了相应的边坡生态修复设计方案，针对土质边坡采取了混凝土框格梁护坡配套植物措施，针对岩石边坡采取了锚杆挡土墙配套植物措施，工程措施与植物措施相结合，不仅起到了边坡防护的作用，同时也为边坡覆绿提供了有利条件，最大程度降低了工程建设对周围植被的影响，维护了项目建设地生态环境的完整性，为工程顺利实施及工程竣工后恢复原有植被覆盖提供了保障措施，对工程具有重要意义，同时也为类似工程条件的边坡处理方式提供了一定的参考价值。