边坡抗滑稳定计算及支护方案比选

王 力

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002）

上尖坡水电站位于蒙江的左源支流涟江下游罗甸县境内，距贵阳市164 km，距罗甸县城69 km，是涟江梯级开发第4级的水电站，上游为团坡电站，下游为蒙江干流双河口电站。项目施工规模较大，所耗费的时间也比较长，涉及到许多方面的问题，本文将主要从边坡抗滑稳定计算与支护这两个角度，对相关问题阐述。

1 工程边坡抗滑稳定性计算

根据工程地形地质现状，选取2个代表地质剖面作为边坡稳定计算剖面，分别大坝上游、大坝下游剖面。现对这两个区域的稳定性进行详细研究，基本组合：自重（干容重）+抗滑力/特殊组合：自重（饱和容重）+抗滑力。

1.1 设计工况

持久设计工况：正常运用工况，采用基本组合设计；

短暂设计工况：运行期下雨。

1.2 各剖面滑体稳定示意图

剖面简图如图1所示。

图1 剖面简图示意图

地质剖面如图2、图3所示。

图2 地质剖面示意图

图3 地质剖面示意图

1.3 滑体滑动模式

各剖面滑体滑动模式均为单滑面，见表1。

表1 滑体滑动模式表

1.4 计算采用方法

按单米宽岩体单滑面模式，采用二维刚体极限平衡计算，按下列公式计算：

式中：f’为滑动面的摩擦系数；c’为滑动面凝聚力（MPa）；L 为滑动面长度（m）；G为滑块重力（kN）；β为滑动面倾角；K为边坡的安全系数；持久设计工况计算结果见表2。

短暂设计工况计算结果见表3。

表2 持久设计工况安全系数表（支护前，f'=0.22，c'=0.005MPa）

表3短暂设计工况安全系数表（支护前，f'=0.22，c'=0.005MPa）

根据上述计算，各计算剖面滑体安全系数都不满足稳定要求，必须加固或减载。

2 边坡抗滑稳定性加固方案比较

方案一：大坝上游边坡削坡减载，将大溶隙面以上的岩体挖除，开挖表面挂网喷混凝土支护。挂网钢筋φ6.5@200×200，喷10 cm厚C20混凝土。

抗剪平洞断面为城门洞型，洞宽3 m，高5.5 m，洞内配置抗剪钢筋，并用C30混凝土回填。因为顺溶隙层打洞，施工难度较大，一次支护考虑16号工字钢支撑、挂网喷锚全洞段支护，钢支撑间距0.5 m，φ25锚杆长2.5 m，间距2 m，挂网钢筋φ6.5@200×200，喷10 cm厚C20混凝土。抗剪平洞内布置抗剪钢筋和分布钢筋，洞顶范围布置回填灌浆管，用C30混凝土回填密实形成抗剪洞塞后作回填灌浆[1]。

方案二：635m高程抗剪平洞各设3条锚固洞，净距10m，620.5m高程抗剪平洞各设2条锚固洞，净距10 m，共计5条锚固洞。

锚固洞长27.58m～40m，断面型式均为城门洞型，宽3m，高5.5 m。锚固洞与水平面呈20度交角斜向下方，穿入泥化夹层NJ1以下6～7 m。锚固洞在顺层溶隙面以上部位围岩较差，施工难度较大，该段一次支护考虑16号工字钢支撑、挂网喷锚全洞段支护，钢支撑间距0.5 m，φ25锚杆长2.5 m，间距2 m，挂网钢筋φ6.5@200×200，喷10 cm厚C20混凝土。洞底段围岩较好，仅作随机支护[2]。开挖完成后全洞段作固结灌浆，孔深3 m，间距3 m。锚固洞内布置抗弯矩钢筋和分布钢筋。洞顶范围布置回填灌浆管，用C30混凝土回填密实形成锚固洞后作回填灌浆。回填灌浆压力初拟0.5MPa，固结灌浆压力初拟0.2MPa。

方案三：人工挖孔抗滑桩共设14根桩，总长395m，

桩长22m～31m，桩身为C30钢筋混凝土。桩身断面尺寸为2m×3m。630m高程以下大溶隙为空腔，用C20细石混凝土回填至密实。开挖坡面用6m长φ25砂浆锚杆挂网喷锚支护[3]。

图4 方案三平、剖面示意图

综合工程地形地质现状，大坝上游、大坝下游剖面的抗滑稳定性加固效果，方案三最符合实际需求。大坝上游面边坡削坡减载所需增加的开挖量约10000 m3，经过计算，削坡减载后边坡只需布置表面短锚杆挂网喷混凝土即可保证边坡稳定，费用约为52万元。若采用人工挖孔桩支护，需要在621.5 m高程布置1排共计5根抗滑桩，费用约为107万元。削坡减载更为经济。因此，大坝上游侧边坡采用削坡减载，将大溶隙面上部的岩体挖除，开挖边坡表面用挂网喷混凝土支护。表层支护和深层支护直接工程费估算约为700万元。

3 人工挖孔抗滑桩演算分析

大坝上游边坡削坡减载后，留下了大溶隙以下的基岩。其下垂直厚度4~17m位置发育NJ1泥化夹层，倾角约29°，倾向河床方向[4]。大溶隙与NJ1泥化夹层之间的岩块有可能在中部沿水平方向剪出坡破坏。从纵剖面图上看，选择EL636m和EL621.5m两个高程作为典型断面复核边坡稳定。按单米宽度计算，潜在滑动面为NJ1泥化夹层面。根据地质参数，S1滑块的底滑面泥化夹层 615 m 高程以上 f’=0.22，c’=0.005 MPa，S2滑块的底滑面为完整基岩面，f’=0.8，c’=0.6 MPa。按此参数计算，S1滑块沿斜坡面的剩余下滑力F1=3649 kN。将剩余下滑力F1加载到S2滑块上，沿水平面剪断面基岩滑出的安全系数K=5.6，抗滑稳定满足要求。由上述计算结果可知，上游边坡减载后，不会沿边坡中部剪出破坏，所以，大坝上游边坡采用削坡减载后只作表面支护，不作深层支护是安全的。

按单米宽度计算，潜在滑动面为大溶隙面，滑动模式为单滑面滑动。根据地质参数，大溶隙面606～630 m高程70%为空腔，人工回填细石混凝土后 f’=0.3，c’=0.05 MPa，630 m 高程以上为全泥型一般情况下f’=0.22，c’=0.005 MPa，连续暴雨时 f’=0.18，c’=0 MPa。

大溶隙回填混凝土受施工条件限制，只能回填抗滑桩附近及以下的空腔，更远的部位无法回填，如图5所示。

按上述参数以2-2’剖面计算结果见表4。

图5 大坝下游侧滑动参数计算简图

表4

剖面的连续大雨工况为控制工况，每桩承担的最大下滑力为13654 kN。按边坡出口桩体计算，大坝下游侧抗滑桩的受荷段长度平均取为7m。

因此，滑动面参数采用加权平均数，经计算，支护后加权平均参数一般情况下 f’=0.248，c’=0.021 MPa，连续暴雨时 f’=0.222，c’=0.018MPa。桩中心间距 8m，每个剖面上 3 根桩，即每3根桩承担8m宽边坡条带下滑力[5]。

4 结语

边坡抗滑稳定计算与边坡支护，是水电工程项目建设过程中十分关键的环节。结合工程地形地质现状，选取代表地质剖面，详细分析边坡稳定性，掌握各剖面滑体稳定示意图、滑体滑动模式等方面的不足之处，选取边坡抗滑稳定性加固方案，比较表面挂网喷混凝土支护，高程抗剪平洞锚固洞的设置，以及人工挖孔抗滑桩的优缺点，最后选取人工挖孔抗滑桩支护方案，具有较好的加固效果，提升边坡抗滑稳定性，从而实现预期效果，希望可以为后续工作的开展提供参考。

[1]王勇智.公路边坡开挖稳定计算与抗滑桩防治措施 [J].黑龙江科技信息，2013，(02):252.

[2]陶连金，沈小辉，王开源，魏云杰，王文沛.某大型高速公路滑坡稳定性分析及锚桩加固的模拟研究 [J].工程地质学报，2012，(02):259-265.

[3]冯兴中.边坡抗滑稳定计算中均值、小值均值、设计值3种状态时可靠度比较[J].西北水电，2011，(01):4-10.

[4]张国新，李海枫，黄涛.三维不连续变形分析理论及其在岩质边坡工程中的应用[J].岩石力学与工程学报，2010，(10):2116-2126.

[5]谢红强，何江达，符文熹.强地震动作用下复合堆积体边坡动力响应及稳定性研究[J].中国科技论文在线，2010，(07):569-574.