土工格栅加筋在两河口水电站场地平整设计中的应用

张伟锋，李俊祥，王旭龙，曹驾云

(1.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，成都 610072;2.中国建筑西南设计研究院有限公司，成都 610042;3.青岛旭域土工材料股份有限公司，青岛 266111)

1 工程概述

两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，为雅砻江中、下游的“龙头”水库，为一等大 (1)型工程，挡水建筑物为砾石土心墙堆石坝，最大坝高295m，电站装机约300万kW。

两河口水电站工程区内山高、坡陡，可直接利用的施工场地极度匮乏，大部分施工场地需通过场地平整形成。场地平整的工程措施一般为浆砌石或混凝土挡土墙等传统的支挡结构和土工格栅加筋土结构。传统的支挡结构受高度及基础承载力的制约较大，有时候难以满足场地平整的要求，而土工格栅加筋土结构属于柔性结构，相对传统类型的支挡结构具有施工方法简单、施工工期短、适应地基变形能力强、边坡系数大、造价较低等优点，特殊情况下能解决传统支挡结构无法或难以解决的工程问题。

2 土工格栅加筋技术

现代加筋土的概念由卡萨歌兰德 (Casagrande)提出，结构形式由法国工程师维德尔 (H.Vidal)在20世纪60年代提出，在20世纪70年代采用土工合成材料之后得到了更大发展。经过几十年的发展和推广，加筋土技术在我国已广泛应用在铁路、公路、机场、水利水电、港口等领域。

2.1 土工格栅加筋技术原理

土工格栅具有较高的抗拉强度，若将其埋置在土体中，不仅可以扩散土体的应力，增加模量，还可以传递拉应力，限制土体的侧向变形，同时还能使土体和其间的摩阻力大幅度增加，从而增加整个土体的强度。因此，在土体中加入土工格栅，可通过摩擦力将其抗拉强度以及土体的抗压强度等优点结合起来，大大提高土体的整体稳定性，克服了土体整体性差、连续性差等缺点，减小了崩塌和滑坡的可能性。

2.2 土工格栅加筋技术特点

相对于传统形式的支挡结构，土工格栅加筋土结构主要有以下几个方面的优势:

(1)为柔性结构，整体性好，对地基的适应变形能力强，对地基承载力要求相对较低，基础处理工程量小。

(2)土工格栅加筋土结构边坡系数大，可减少放坡的占地，节约用地，同时可增加坡顶场地的有效使用面积。

(3)工程造价较低。传统的支挡结构为刚性结构，对基础的要求较高，基础处理费用较高。土工格栅加筋土结构为柔性结构，对基础的要求低，基础处理的费用相对较低。

(4)土工格栅加筋土结构坡面可进行绿化，美化环境。

(5)施工方法简单，施工方便、工期短，施工程序主要是土工格栅铺设和回填料的碾压，不需要特殊的施工机械和专业技术人员，操作简单，施工速度快，工期相对较短，施工质量易于控制。

(6)有利于工程的长期、安全使用。随着土工格栅材料的不断优化，土工格栅材料的抗老化性、抗腐蚀性等均有较大改善。在裸露条件下可以达到30～50年的使用寿命，在埋藏的条件下使用寿命可以达到120年以上，将其埋置在土体之中作为长期受应力作用的加筋材料，能很好地发挥其性能，提高加筋体整体强度、长期稳定性、安全性。

结果表明，在19例肺气虚寒型AR患者外周血中，ROR-γt mRNA 表达明显高于对照组（*P＜0.05），而Foxp3 mRNA表达显著低于对照组（**P＜0.01）。ROR-γt/Foxp3 mRNA水平显著高于对照组（**P＜0.01），差异具有显著的统计学意义，见图3。

3 两河口水电站物资仓库场地平整设计

3.1 场平方案选择

物资仓库场地位于坝址左岸下游约11.0km处，距下游业主营地约2.0km，地形相对较缓，场地平整主要满足物资仓库布置的要求。

为了满足物资储存以及进出场车辆通行要求，场地宽度不宜低于45m。采用堆渣形成施工场地，渣体边坡为1∶1.75，渣体顶部可形成的施工场地宽度约31.5m，场地面积18000m2，场地宽度和面积均不能满足物资仓库的布置要求。若采用传统的支挡结构，挡土墙的高度约16m，高度太高，基础处理量大，工程造价高，不宜选取。在渣体边坡中加土工格栅，调整边坡系数为1∶0.8，渣体顶部可形成的施工场地宽度约47.5m，场地面积26200m2，场地宽度和面积均能满足物资仓库的布置要求。典型剖面见图1。

在土体中加入土工格栅不仅能形成满足物资仓库布置要求的施工场地，而且增强了场地承载力，可通过摩擦力将土工格栅的抗拉强度以及土体的抗压强度等优点结合起来，大幅度提高土体的整体稳定性。

图1 土工格栅边坡和自然堆放边坡场地典型剖面

3.2 土工格栅加筋边坡方案设计

3.2.1 方案设计

通过场平方案比较、分析，两河口水电站物资仓库场地平整边坡采用土工格栅加筋形式，场地平整的面积可以满足物资仓库的要求，主要设计成果如下。

场地平整边坡坡脚采用浆砌石挡墙护脚，主要防止坡脚受雅砻江水流的冲刷，挡墙为重力式，高度5～8m。

场地边坡采用加筋格栅包裹式结构，边坡高度约20m，边坡系数为1:0.8，场地顶高程2625.00m，在2615.00m高程设2.0m宽的马道。边坡加筋材料采用单向拉伸高密度聚乙烯土工格栅，边坡土工格栅加筋材料分三个区域:从场地顶高程至坡脚分别为11层间距为60cm、长度为10m的TGDG90型土工格栅;6层间距为60cm、长度为13m的TGDG90型土工格栅;13～24层间距为60cm、长度为13m的TGDG130型土工格栅。

根据土工格栅加筋边坡的设计要求，土工格栅区域内的填土压实系数不小于0.94。

为了确保边坡的稳定，及时排出渣体内的渗水，在土工格栅区域和渣体区域间设置30cm厚碎石排水层，排水层底部接坡脚挡墙的排水孔 (见图2)。

为了响应两河口水电站建绿色工程的号召，物资仓库场地边坡表面采用土工格栅反包环保土袋的形式，在土袋内装入带草籽的种植土，绿化环境 (见图3)。

图2 土工格栅加筋边坡 (单位:cm)

图3 土工格栅加筋边坡反包环保土袋示意图 (单位:cm)

3.2.2 边坡稳定分析

边坡稳定计算采用FHWA法，属于极限平衡法范畴。HFWA方法先假设土体中无拉筋，用土压力理论计算侧向土压力，然后再将拉筋置于土体中来抵抗土压力，加筋土体根据潜在破裂面，分为非锚固区和锚固区，非锚固区筋材传递拉力，锚固区筋材承担锚固力。

加筋边坡的验算采用Bishop条分法进行加筋体外部、内部及深层圆弧稳定分析。采用传统的未加筋边坡稳定分析方法找出边坡的最危险滑动面，并分别考虑滑动面经过边坡中部、坡脚及深层地基的情况。根据未加筋边坡的最危险滑动面，将拉筋拉力的抗滑作用计入稳定计算中 (见图4)。

图4 边坡圆弧滑动稳定分析

两河口水电站物资仓库场地边坡高度约20m，分两级布置，每级高度约10m，边坡系数为1∶0.8，场地顶部加均布荷载40kPa，另外考虑工程区所在地地震基本烈度为Ⅶ度，水平地震加速度取值0.14g。地震状态下边坡圆弧滑动安全系数计算结果见图5。

图5 地震状态下边坡圆弧滑动安全系数计算

物资仓库场地边坡为施工场地边坡，参考《水电水利工程边坡设计规范》中边坡的类别及级别划分，为A类Ⅲ级边坡，偶然状况下的安全系数为1.0。物资仓库施工场地边坡在地震烈度Ⅶ度的工况下，稳定系数为1.38，满足边坡安全系数的要求。边坡滑动破裂面分析见图6。

图6 边坡圆弧滑动破裂面分析

4 结语

目前，水电工程大多位于高山峡谷、少数民族地区，河谷两岸山高、坡陡，大部分缓坡地为耕地或居民区，征地难度大。在这种自然场地条件较差的情况下，为了满足工程建设需要的施工场地，不得不采取工程措施平整施工场地以满足工程建设的需要。

土工格栅加筋土结构与传统重力式浆砌石挡墙和混凝土挡墙相比，主要有以下优势:①土工格栅加筋土结构为柔性结构，比传统的刚性结构能更好地适应地基变形;②土工格栅加筋土结构边坡可以做得高且陡，能有效节约用地和回填料;③工程造价低;④土工格栅包裹式加筋结构，可以在其坡面上采取绿化环境措施，充分响应“绿色水电”的号召;⑤土工格栅加筋土结构施工方便、快捷，施工工期短;⑥土工格栅加筋材料可以保证加筋土工程的长期稳定性、安全性。

［1］SL/T 225—98水利水电工程土工合成材料应用技术规范［S］.北京:中国水利出版社，1998．

［2］杨广庆．土工格栅加筋土结构理论及工程应用［M］．北京:科学出版社，2010．