某变电站边坡加固方案及稳定性分析

2012-05-23任思良

山西建筑 2012年19期

任思良

(1．中国矿业大学管理学院，江苏徐州 221008;2．太原东山煤矿有限责任公司，山西太原 030043)

0 引言

某110 kV变电站位于一矸石山的顶部，该变电站处于黄土梁上，其南侧原始地貌为黄土冲沟，在建矿初期作为矸石堆场使用，目前该地段冲沟已被矸石全部堆填。按国家对矿山环境恢复治理的要求，霍州煤电集团对矸石山进行过综合治理，采用的治理方法为错台放坡(平台宽度3．0 m，每6．0 m错一平台，坡面坡率1∶2．0)、坡面封闭及绿化，矸石山的综合治理目前基本完成。但由于错台削坡的作用，在变电站一侧形成高边坡，边坡的高度为3．0 m～29．0 m，边坡一旦失稳危及变电站的场地安全。因此需要对该边坡的稳定状况进行计算并提出其加固方案。

1 影响因素分析

结合工程地质调查，对场地边坡的具体情况进行分析，影响边坡稳定性的主要因素有:

1)边坡土质的工程特性以及边坡坡率影响边坡的稳定性。构成边坡的主要土体为填矸，堆填时间30年～35年左右，总体属于松散～稍密状，通过对该地区矸石堆场的调查，当矸石边坡坡度为35°以下时，矸石山边坡可基本保持稳定。目前状态下，由于人工开挖，高边坡地段总体坡率大于35°，处于欠稳定状态，有可能产生突然的边坡失稳。

2)大气降水影响边坡的稳定性。由于矸石边坡未采取必要的坡面防护措施，大气降水可自由下渗，水对矸石边坡稳定性影响主要表现为以下三方面:矸石的主要成分为泥岩、砂质泥岩，均属于强风化状软质岩石，浸水岩石软化明显，矸石骨架强度会降低;水流会带走部分充填物，使其整体密实度进一步降低;水会起到骨架之间的润滑作用，影响边坡整体稳定性。

2 加固方案选择

目前，在边坡加固治理中采取的措施有削坡反压、预应力锚索、抗滑桩等。预应力锚索、抗滑桩不仅对岩土体的干扰很小，而且可以提高可利用岩土体的强度，具有施工速度快、经济、安全等优点，在工程中得到了广泛的应用;削坡反压有可能会破坏边坡岩土体的结构，因此应用较少［1，2］。

根据边坡的特点以及设计的要求，设计提供的加固方案必须保证变电站的安全。依据规范对边坡允许最小安全系数要求以及从经济的角度考虑，综合比较各种加固方案并通过PCSTABL4(边坡稳定性分析)程序进行计算，建议对边坡采取分段加固方案。

2．1 削坡反压

对现有坡面进行修整，在 593．0 m，585．0 m，578．0 m 处分别设3 个平台，平台宽度2．0 m，585．0 m 以上坡面坡率为 1∶0．75，585．0 m以下坡面坡率为1∶1．00。放坡的目的及作用主要表现在以下方面:

1)通过放坡适当卸载，增加其自身稳定;

2)放坡可使坡面平整、美观，且利于施工;

3)为有组织进行坡面排水提供条件。

2．2 锚管(土钉)及喷射混凝土面层

将575．0 m平台至603．0 m坡顶之间的坡面采用喷锚网的方式进行支护。由于在矸石中成孔困难，采用打入式锚管代替土钉。这项工作边坡治理的主要手段，通过锚管(土钉)与喷射混凝土面层构成一个柔性支挡体系，可使边坡的稳定系数较大提高，达到或接近规范要求。锚管的垂直间距、水平间距均为1．50 m，锚管注浆材料为32．5 MPa水泥，锚管垂直于坡面走向向下倾斜布置，倾角为15°;喷射混凝土中的水泥、砂和石屑重量之比为 1∶2．12∶2．12，水灰比为0．5～0．6，速凝剂掺入量为3%。

2．3 加筋土挡墙

在高矸石边坡的底部设一道加筋土挡土墙，墙顶标高控制于575．0 m。挡墙宽度5．0 m，最大高度 6．0 m;坡面坡率 1∶1，坡面采用200 mm厚强度等级为C20的喷射混凝土面层进行防护，内设双层钢筋网片。对于高度较大的锚管(土钉)及喷射混凝土面层的支挡体系，其薄弱点在于坡脚，坡脚应力集中，最容易破坏而引起整个边坡失稳，应加强支挡。在坡脚处设置一个加筋土挡土墙，其作用为:1)起到反压坡脚，增加被动土压力，从而提高边坡整体稳定性作用;2)可有效限制坡脚处边坡的侧向变形，起到“固脚”作用;3)可抵抗边坡的部分土压力。加筋土挡墙参与边坡稳定性的计算，计算时将挡墙重量按地面超载施加于坡脚。

2．4 树根桩

变电站南侧围墙外平台上布设三排树根桩，桩顶设平台，形成整体，确保桩后填矸的稳定。设计桩径150 mm，桩间距750 mm，桩排距750 mm，设计桩长为15．0 m左右。其作用主要有以下两点:1)锚管(土钉)及喷射混凝土面层的支挡体系属原位加筋技术的柔性支挡体系，只有在坡体产生位移的情况下该支护体系才能发挥作用，由于构成边坡的介质主要为松散～稍密状矸石，较小的变形也有可能在坡顶产生裂缝，因此有必要在坡顶设置刚性桩体系限制裂缝的产生或折断裂缝向变电站场区内发展的趋势;2)树根桩施工的同时，可起到对矸石体内进行适当注浆的目的，起到对矸石预加固的作用，有利于下一步锚管的施工。树根桩不参与边坡稳定性计算，除起到以上两方面作用外，对边坡稳定性所起的作用作为安全储备。

3 稳定性分析

3．1 稳定计算参数选取及计算工况

参考以往进行的现场原位岩体剪切试验及室内实验，并结合边坡实际的工程地质条件，该边坡稳定性计算拟采用的岩土体物理力学指标如表1所示。

表1 边坡稳定性计算参数表

根据DZ/T 0219-2006滑坡防治工程设计与施工技术规范［3］的有关规定，该边坡安全等级为二级，治理后整体安全系数(按圆弧法计算)不小于1．25。

3．2 计算方法

计算采用美国普度大学编制的PCSTABL4(边坡稳定性分析)程序，运用瑞典圆弧法计算边坡的稳定性。瑞典圆弧法(简称瑞典法或费伦纽斯法)是条分法中最古老最简单的方法［4］，它假定土体是理想塑性材料，把土条作为一个刚体，按极限平衡的原则进行受力分析。该方法不但可以用来计算简单土坡，也可以用于计算各种复杂情况的土坡(如不均匀的土坡，分层土坡，有渗流的土坡及坡顶有荷载作用的土坡等)，因此在工程中的应用比较广泛。