龙开口混凝土重力坝右坝头边坡处理措施

黄熠辉，高雅芬，熊立刚

（中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江 杭州 310014）

1 工程概况

龙开口水电站是金沙江中游河段规划的第6个梯级电站，坝址位于云南省鹤庆县朵美乡境内。其右岸山体总体表现为台地斜坡相间的地貌，变形山体岩性主要为二叠系上统上段的玄武岩组，表层为第四系堆积物覆盖。右岸边坡构造极为发育，主要表现为规模较小的断层、平行发育的成组裂隙及少量的柱状节理。成组平行发育的节理将玄武岩切割成似层状结构，这组裂隙对边坡变形有明显的控制作用。

右坝肩边坡变形体后缘高程在1 548 m附近，前缘边界在1 350 m高程附近，总体积约550万m3。边坡1 350 m高程以上分布t3～t9等7层凝灰岩夹层，各层接触面均有5～30 cm厚度不等的层间错动带或挤压带，平硐揭露凝灰岩层呈波状起伏。边坡内多组节理发育，上覆岩层沿凝灰岩软弱面变形，使岩体产生拉裂变形，变形岩体呈碎块状散体结构，部分为碎裂结构，岩块间多架空，岩屑、泥质充填其中。分析认为，右坝肩变形体边坡为蠕滑－拉裂型。

右坝头边坡岩体处在变形体下盘，为强风化破碎松弛区。分布高程下边界为1 280～1 320 m，上边界为 1 350～1 395 m。 强风化岩层厚3.1～29.46 m。其中，凝灰岩夹层t0规模较大，钻孔及地表揭露厚度约1.0～6.4 m，为泥夹岩屑型，部分为泥型，性状与凝灰岩夹层t1～t9相比明显较差，抗剪 （断）强度也明显低于其他凝灰岩夹层。

2 右坝头处理方案比选

计算分析认为，天然状态和地震工况右岸变形体边坡基本稳定，暴雨工况边坡处于临界稳定。施工开挖坡度若陡于天然坡度，边坡将失稳下滑。限于篇幅，本文仅针对右坝头边坡处理措施进行分析研究。右坝头边坡处理基本原则为：在满足大坝基础开挖质量的前提下，尽可能减少对右岸变形体的扰动。为此，设计曾研究过右坝头采用软硬接头的混合坝形式。即，混凝土坝与粘土心墙堆石坝通过刺墙式或侧墙式进行连接。计算分析表明，地震过程中，混凝土和土石料接触部位都出现了拉裂、脱开和剪切破坏。此外，国内外的混合坝应用于100 m以上的大坝非常少见。鉴于目前在高地震烈度区高心墙堆石坝和混凝土坝的接头部位的处理技术还不十分成熟，难以保证拦河大坝的安全运行，设计先后进行了锚拉板方案和桩板墙方案的技术经济比较，最终确定右坝头边坡的处理措施。

2.1 锚拉板方案

坝基岸侧边坡坡度1∶0.2，每隔6 m设一级宽2 m的马道，采用 “钢筋混凝土板+锚索”支护 （下称锚拉板）；坝顶1 303.0 m高程以上坝头边坡坡度1∶0.5，采用 “网格梁+锚索+挂网喷锚+系统排水孔”支护。该方案可以减少开挖，对右岸变形体的扰动也较小。坝基开挖边坡通过钢筋混凝土板贴坡，并用预应力锚索加固，可以保证坝头边坡在施工期和运行期的稳定。同时，大坝建基面为弱上～弱下岩体，能满足承载力要求，也不存在深层抗滑稳定问题。但锚拉板施工对基坑开挖干扰较大，受施工程序限制，开挖边坡卸荷松弛及变形对工程边坡及其上部的变形体稳定不利，施工安全隐患较多。

2.2 桩板墙方案

为尽量减少对右岸变形体的切脚，最大限度地避免扰动右岸变形体，设计提出了桩板墙方案：将右坝头桩号向河床移动30 m，调整到坝右0+457.00桩号处，坝头布设抗滑桩，并通过预应力锚索加固边坡，桩间直立边坡用钢筋混凝土板进行支护。

坝右0+457.00桩号布置一排共11根抗滑桩，桩体采用C30混凝土，大坝附近4～8号桩桩底高程1 253 m，其他桩底高程相应抬高。除坝轴线处5号桩断面尺寸为6 m×4 m外，其他均为3 m×4 m，桩间净距5 m。大坝附近抗滑桩上部布置2 000 kN预应力锚索。坝轴线处5号桩与大坝间设两道铜止水，坝头加强帷幕灌浆。抗滑桩间顶部以联系梁连接，桩间直立岩面采用钢筋混凝土板支护。3、4号桩间和8、9号桩间各设一道结构缝；同时，部分桩间板设置排水孔，以降低地下水位线，确保抗滑桩稳定。

桩板墙方案一方面可以通过右坝头挡水坝长度的调整，大幅减少了开挖范围，提高工程区右岸强变形体的稳定安全裕度；另一方面，抗滑桩、预应力锚索、桩间混凝土板可进一步增强变形体下部坝头强风化边坡施工期的稳定性，也间接地增强了右岸上部变形体的整体稳定性。

2.3 两种方案主要工程量及投资比较

锚拉板方案及桩板墙方案主要工程量及工程可比投资对比情况见表1。

表1 锚拉板方案及桩板墙方案主要工程量及投资对比

由表1可知，桩板墙方案的工程量普遍小于锚拉板方案，工程投资比锚拉板方案减少2245万元，节省了近一半的投资，具有较大的优势。

2.4 边坡稳定分析及抗滑桩结构计算

预应力锚索抗滑桩的设计计算基于4个基本假定：①将所研究的边坡简化为平面应变问题；②对桩与锚索按弹性受力进行分析，桩身变位、岩体抗力及锚索张力在整个工作阶段呈线弹性；③将桩、锚固段桩周岩土体及锚索系统作为一整体，视为超静定结构，锚索按弹性支承考虑；④将锚索与桩的变形协调，即锚索在水平方向的伸长量与锚索作用点处桩的位移量相等。

以5号桩中心剖面为例，稳定计算结果见表2。

表2 5号桩剖面稳定性分析成果

由表2可知，长期荷载作用的滑坡设计推力为1 350 kN/m，短期最不利荷载下滑坡推力增量△E为610 kN/m。5号桩桩长为50 m，自由段长为35 m，锚固段长为15 m；桩的中心间距为11 m；滑坡推力考虑按梯形分布作用在抗滑桩上。滑动面以下的地基系数按悬臂桩法计算。桩的计算宽度为7 m，抗弯刚度为3×107kN·m2，桩的变形系数为0.174，按弹性桩进行计算。锚索预拉力取1 250 kN。

桩身内力计算结果见图 1～2。最大弯矩为190 966 kN·m，发生在桩深36.2 m的部位；最大剪力为17 641 kN，发生在桩深35 m的部位。经计算确定抗滑桩主受力筋采用直径为36 mm的Ⅲ级钢。

图1 5号桩桩身弯矩

图2 5号桩桩身剪力

2.5 右坝头处理方案的选取及施工

经上述经济技术，最终确定右坝头处理措施为桩板墙方案。右坝头边坡于2008年1月开挖，4月进行抗滑桩井筒开挖，自上而下开挖一段支护一段，根据开挖揭露的围岩条件，采用钢筋混凝土护壁或喷锚支护。2008年11月开挖支护完成，开始桩体的钢筋混凝土施工。2009年1月抗滑桩混凝土浇注完成，开始桩的临河侧大坝基坑的开挖，预应力锚索于1月开始施工张拉。2009年2月进行桩间钢筋混凝土板施工支护，3月桩的临河侧基坑开挖完成，5月右坝头桩板墙支护措施施工完毕。

3 安全监测成果

为监测右坝头抗滑桩的变形及受力情况，在5、8号抗滑桩各布置1个测斜孔监测抗滑桩的变形情况，在5号抗滑桩两侧竖向钢筋的不同高程布置6支钢筋计监测钢筋应力，在5号抗滑桩桩体与后壁山体接触部位布置了4支压应力计监测其接触应力。右坝头共布置了4台200T锚索测力计，其中5号桩2台，6、8号桩各1台。

截止到2010年8月的监测数据表明：①实测最大钢筋拉应力为38.7 MPa，应力值总体上较小，并基本趋于稳定，应力变化速率亦较小，钢筋受力正常。②抗滑桩与变形体接触面实测最大压应力为0.53 MPa，变化量较小，且到后期压应力值均有所减小，桩体受力正常。③从2009年5月份开始，由于桩临河侧大坝基坑开挖完成以及雨季的到来，各锚索测力计实测数据明显增大，到2009年7月以后基本趋于稳定，实测最大拉力为1 512.4 kN，锚索受力正常。④5、8号抗滑桩均存在一定程度的挠度变形，顶部略向河床向变化，累计位移量24.66 mm，从位移-时间变化过程线来看，该挠度变形未见持续增大趋势，在设计允许变形范围之内。

4 结语

龙开口水电站坝址右岸边坡分布大范围变形体，且坝头处岩体为强风化破碎区。为了不扰动右岸变形体，保障右岸边坡施工运行期的稳定，坝基开挖又必须满足大坝建基面要求，通过计算分析及工程投资比较，最终确定右坝头采用桩板墙方案进行支护处理，大大减少了开挖量和对右岸变形体的扰动，增强右岸边坡稳定性；同时，也节省了工程投资，工程效益显著。监测数据表明，右坝头桩板墙运行正常，直立边坡稳定性良好。

［1］周德培，王建松.预应力锚索抗滑桩内力的一种计算方法［J］.岩石力学与工程学报， 2002， 21（2）:247-250.

［2］李海光.新型支挡结构设计与工程实例［M］.北京：人民交通出版社，2004.