楊房溝水電站纜機(jī)基礎(chǔ)澆筑對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響分析

徐江濤胡小禹張俊林

(1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州，311122；2.浙江中科依泰斯卡巖石工程研發(fā)有限公司，杭州，311122；3.福建華東巖土工程有限公司，福州，350003)

1 工程概況

楊房溝水電站是雅礱江中游河段規(guī)劃的第6級(jí)水電站，電站總裝機(jī)容量1500MW，工程級(jí)別為Ⅰ等大(1)型，采用混凝土雙曲拱壩，最大壩高155m，正常蓄水位為2094m，相應(yīng)庫(kù)容4.558億m3。右岸邊坡最大開(kāi)挖高度接近350m，在纜機(jī)基礎(chǔ)架空段邊坡開(kāi)挖過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)多處不利地質(zhì)組合，其中纜機(jī)基礎(chǔ)底部2122m承載平臺(tái)上發(fā)育一條與開(kāi)挖坡面近似平行的不利斷層(編號(hào)fYL(5)，N55°ENW∠60°～65°，寬0.5cm～2cm，帶內(nèi)充填片狀巖、巖屑，強(qiáng)～弱風(fēng)化狀，面稍扭曲，見(jiàn)擠壓及擦痕，延伸較長(zhǎng))，傾向坡外，與節(jié)理①(N40°ENW∠50°，微張，局部夾巖屑)、JYL(2)(N80°WNE∠40°～50°，寬1cm～3cm，碎塊巖填充)組合后可形成不利塊體，如圖1所示，對(duì)承載平臺(tái)及以下邊坡穩(wěn)定相對(duì)不利。

考慮到邊坡2140m～2122m將回填混凝土作為纜機(jī)基礎(chǔ)，施工期會(huì)有部分混凝土自重產(chǎn)生的荷載作用在2122m高程承載平臺(tái)上，會(huì)對(duì)平臺(tái)以下邊坡塊體穩(wěn)定產(chǎn)生一定不利影響，因此，本文采用數(shù)值分析方法對(duì)邊坡現(xiàn)階段穩(wěn)定特征，以及回填混凝土施工期間的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，以指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和施工。

圖1 右岸纜機(jī)基礎(chǔ)架空段邊坡工程地質(zhì)情況

2 計(jì)算剖面與參數(shù)取值

2.1 計(jì)算剖面

為考察現(xiàn)階段及回填混凝土施工對(duì)邊坡塊體穩(wěn)定影響，選擇圖2所示三個(gè)計(jì)算剖面進(jìn)行計(jì)算。

(a)剖面A (b)剖面B (c)剖面C

圖2計(jì)算剖面

2.2 巖體和結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖揭露的地質(zhì)情況和斷層性狀，地質(zhì)工程師給出了各類(lèi)巖體和主要結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)參數(shù)建議值，見(jiàn)表1、表2。

表1巖體分類(lèi)及物理力學(xué)參數(shù)取值

表2結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)參數(shù)取值

2.3 施工模擬及巖-混凝土結(jié)合面參數(shù)取值

根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供資料，纜機(jī)基礎(chǔ)回填混凝土采取分層澆筑，每次澆筑3m，大致分成6層澆筑完成，要求新澆筑混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%時(shí)，才能進(jìn)行下一層澆筑。

混凝土與基巖結(jié)合面的力學(xué)參數(shù)可以根據(jù)相關(guān)規(guī)范和巖體分類(lèi)情況綜合確定，考慮到坡面巖體較破碎，因此計(jì)算中按不利情況考慮，假設(shè)坡面巖體以Ⅳ類(lèi)為主，取巖-混凝土接觸面C′=0.55MPa、f′=0.7。

由于實(shí)際混凝土澆筑過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，可以對(duì)其進(jìn)行如下簡(jiǎn)化模擬(見(jiàn)圖3)：

(1)第一層混凝土剛澆筑完成(圖3(a))：一般混凝土硬化需要一定時(shí)間，此時(shí)可以認(rèn)為混凝土與巖體結(jié)合面的黏聚力和摩察系數(shù)均為0，混凝土所有的自重均以荷載形式作用在2122m承載平臺(tái)上；

(a)第一層混凝土澆筑 (b)第二層混凝土澆筑 (c)第三層混凝土澆筑

圖3回填混凝土澆筑模擬過(guò)程示意

(2)第二層混凝土澆筑完成(圖3(b))：此時(shí)第一層混凝土強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，可以認(rèn)為第一層混凝土與巖體結(jié)合面的力學(xué)參數(shù)為建議值的0.7倍，而新澆筑的第二層混凝土與巖體結(jié)合面的黏聚力和摩察系數(shù)為0；

(3)第三層混凝土澆筑完成(圖3(c))：此時(shí)第二層混凝土強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，第一層混凝土強(qiáng)度可以認(rèn)為已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%，因此，第二層混凝土與巖體結(jié)合面的力學(xué)參數(shù)取建議值的0.7倍，第一層混凝土與巖體結(jié)合面的力學(xué)參數(shù)取建議值的1.0倍，而新澆筑的第三層混凝土與巖體結(jié)合面的黏聚力和摩察系數(shù)為0；

(4)依次類(lèi)推實(shí)現(xiàn)對(duì)施工期每一層混凝土澆筑的模擬，并計(jì)算得到每一層混凝土澆筑完成后塊體的安全系數(shù)。

2.4 支護(hù)措施

圖4 纜機(jī)基礎(chǔ)架空段2140m以下邊坡支護(hù)平面布置

3 計(jì)算分析

3.1 初始狀態(tài)邊坡穩(wěn)定性分析

采用離散元分析軟件3DEC中的強(qiáng)度折減法來(lái)分析邊坡穩(wěn)定性，計(jì)算得到三個(gè)剖面各工況下失穩(wěn)破壞模式及安全系數(shù)，如圖5和表3所示，塊體的安全系數(shù)可用三個(gè)剖面的加權(quán)平均值表示，天然工況下塊體安全系數(shù)為1.54，暴雨工況下塊體安全系數(shù)為1.38，滿(mǎn)足施工期塊體安全系數(shù)1.15的控制標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 典型剖面破壞模式及安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果

3.2 混凝土澆筑期邊坡穩(wěn)定性分析

基于強(qiáng)度折減法對(duì)混凝土澆筑施工期邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，圖6-圖8給出了分層澆筑期間三個(gè)剖面失穩(wěn)破壞模式，表4、表5分別是天然工況和暴雨工況下塊體安全系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由計(jì)算結(jié)果可知，隨著混凝土分層澆筑的進(jìn)行，塊體安全系數(shù)呈現(xiàn)先下降后升高的變化趨勢(shì)，在第二層混凝土澆筑期間，塊體的安全系數(shù)達(dá)到最低，天然工況為1.40，暴雨工況為1.25，仍滿(mǎn)足施工期1.15的安全系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)，表明施工期邊坡塊體是穩(wěn)定的。

圖6 施工期A剖面失穩(wěn)破壞模式及安全系數(shù)

圖7 施工期B剖面失穩(wěn)破壞模式及安全系數(shù)

圖8 施工期C剖面失穩(wěn)破壞模式及安全系數(shù)

表4施工期天然工況塊體安全期數(shù)計(jì)算結(jié)果

表5施工期暴雨工況塊體安全期數(shù)計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

楊房溝水電站邊坡開(kāi)挖規(guī)模較大，邊坡安全至關(guān)重要，針對(duì)邊坡局部潛在不穩(wěn)定塊體上澆筑混凝土基礎(chǔ)的情況，采用數(shù)值分析的方法對(duì)邊坡初始狀態(tài)和混凝土澆筑期間的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：初始狀態(tài)下邊坡塊體穩(wěn)定性較好，而澆筑混凝土基礎(chǔ)會(huì)對(duì)塊體穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，隨著混凝土分層澆筑，塊體安全系數(shù)呈現(xiàn)先下降后升高的變化趨勢(shì)，塊體的安全系數(shù)最低為天然工況1.40、暴雨工況1.25，滿(mǎn)足施工期1.15的安全系數(shù)要求，研究成果對(duì)指導(dǎo)邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)和施工具有重要作用。