南水北調(diào)中線潮河渠道倒虹吸基坑邊坡穩(wěn)定計算

王竹波，張曉飛

（1.中國水電十一局有限公司，河南 鄭州 450000；2.黃河國際工程咨詢有限公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

南水北調(diào)中線潮河渠道倒虹吸工程位于河南省鄭州市管城區(qū)南曹鄉(xiāng)畢河村南約300m 處，建筑物總長349 m，由進(jìn)口漸變段、進(jìn)口檢修閘、管身段、出口節(jié)制閘和出口漸變段等組成。 倒虹吸管身橫向為4孔箱形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單孔孔徑7.0 m×6.85 m（寬×高），設(shè)計流量295 m3/s，加大流量355 m3/s。

場區(qū)地層從上到下分別為：（1）輕壤土（alQ2），層厚1.50 m 左右，土質(zhì)不均，出露于地表；（2）黃土狀中粉質(zhì)壤土（alQ1），左岸厚度0.6～5.0 m，右岸厚度3.2～7.8m；（3）黃土狀重沙壤土（alQ3），層厚1.0～7.6 m；（4） 細(xì)沙 （alQ3），層厚4.0～8.5 m；（5） 重壤土（dlplQ2），未揭穿，揭露最大厚度14.50 m，土質(zhì)不均，中間夾有中壤土薄層。 場區(qū)地震動峰值加速度0.10 g，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅶ度。 勘探期間測得地下水水位120.0～120.4 m，埋深0.5～6.5 m，地下水具有動態(tài)變化特征。

潮河渠道倒虹吸工程與潮河垂直相交。 順潮河水流方向、倒虹吸建筑物下游側(cè)約100 m 處，有一個小魏東水庫，屬小型水庫，主要用于蓄水和水產(chǎn)品養(yǎng)殖。 施工前，水庫水位120.5 m，尾水水面線已進(jìn)入潮河倒虹吸開挖區(qū)。

潮河渠道倒虹吸基坑邊坡的設(shè)計坡比是上部1∶1.75，下部1∶2，中部設(shè)5 m 寬馬道，頂部寬度100 m，深度16 m。 邊坡穩(wěn)定性是基坑施工成敗的關(guān)鍵問題之一。 本文選取最大斷面，進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算分析，以判斷邊坡是否穩(wěn)定，并提出穩(wěn)定邊坡的技術(shù)措施。

2 計算方法和計算條件

2.1 計算方法

該基坑所處地區(qū)地震設(shè)防烈度為Ⅶ度，邊坡穩(wěn)定計算采用擬靜力法[1]，在水平方向施加0.1g 的地震加速度[2]。按照《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB-50286-98）[3]，邊坡抗滑穩(wěn)定計算采用瑞典圓弧法，在正常情況下，允許安全系數(shù)[K]應(yīng)不小于1.25，在非正常運(yùn)用情況下，[K]應(yīng)不小于1.15。

計算軟件采用加拿大Geo-Slope 公司的GeoStudio2007 軟件系統(tǒng)，該軟件是國際上最流行的邊坡穩(wěn)定計算軟件之一。 經(jīng)過多方驗證，該軟件具有較高的可靠性。

2.2 計算工況

施工時，潮河渠道倒虹吸基坑上部小魏東水庫尾水已進(jìn)入開挖區(qū)。 而在投標(biāo)現(xiàn)場勘查時，現(xiàn)場有一交通橋阻隔，且勘查時間為枯水期，水流未進(jìn)入施工區(qū)域。 因此，投標(biāo)方案未對該水庫采取處理措施。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在考慮水庫水位和地震影響的前提下，采取了放緩開挖邊坡、增加混凝土防滲墻的施工措施。 擬定的計算工況如表1 所示。

2.3 計算參數(shù)

根據(jù)地勘報告，各土層物性指標(biāo)列于表2。

3 計算成果及分析

表3 列出了各工況的安全系數(shù)計算結(jié)果，圖1～圖5 分別列出了各對應(yīng)工況的危險滑弧位置和最小安全系數(shù)[4]。

表1 基坑邊坡抗滑計算工況Table1 Foundation pit slope anti-resistance calculation condition

圖1 工況1 危險滑弧位置及安全系數(shù)Fig.1 Dangerous slip circle location and safety coefficient of condition 1

表2 基坑各土層選用的計算參數(shù)Table 2 Foundation pit soil layer selection calculation parameters

表3 各工況的安全系數(shù)計算成果Table 3 Safety coefficient calculation results of each working condition

圖2 工況2 危險滑弧位置及安全系數(shù)Fig.1 Dangerous slip circle location and safety coefficient of condition 2

圖3 工況3 危險滑弧位置及安全系數(shù)Fig.1 Dangerous slip circle location and safety coefficient of condition 3

圖4 工況4 危險滑弧位置及安全系數(shù)Fig.1 Dangerous slip circle location and safety coefficient of condition 4

由圖1～圖5 可以看出，設(shè)計基坑邊坡在滲流場作用下，抗滑穩(wěn)定性不能滿足規(guī)范要求，存在滑坡失穩(wěn)的危險。 當(dāng)上部坡比為1∶2、下部坡比為1∶2.5 時，在考慮Ⅶ度地震的標(biāo)準(zhǔn)下，仍然不能滿足規(guī)范要求。當(dāng)上部坡比為1∶2.5、下部坡比為1∶3 時，在設(shè)防滲墻并在考慮Ⅶ度地震的條件下，抗滑穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，但在不設(shè)防滲墻時，仍然不能滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語

通過抗滑穩(wěn)定計算，證明在現(xiàn)有水位影響及地下水滲流條件下，邊坡不能滿足抗滑穩(wěn)定的要求。當(dāng)邊坡上部為1∶2、下部為1∶2.5 時，在考慮地震條件下，仍然不滿足要求。 而當(dāng)基坑邊坡上部為1∶2.5、下部為1∶3，并在周圍設(shè)防滲墻時，邊坡抗滑穩(wěn)定能夠滿足規(guī)范要求。

[1] 肖明和. 地基與基礎(chǔ)[M]. 北京：北京大學(xué)出版社，2009.

[2] 汪正榮. 建筑施工計算手冊[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[3] GB-50286-98，堤防工程設(shè)計規(guī)范[S].

[4] 王成華. 土力學(xué)原理[M]. 天津：天津大學(xué)出版社，2004：6.