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水 力 发 电 第 3 7 卷第8 期 2 0 1 1 年 8月 龙开口混凝土重力坝右坝头边坡处理措施 黄熠辉 ，高雅 芬 ，熊立刚 ( 中国水 电顾 问集 团华东勘测设计研 究院，浙江杭州3 1 0 0 1 4 ) 摘要 ：龙开 口混凝土重力坝右岸边坡分 布大范围变形体 ，坝头基础位 于风化破碎 区 ，且存 在深层软弱结构面 。坝 基按常规开挖放坡势必扰动 右岸 变形 体 ，对边坡稳定不利 。通过 技术 经济比较 ，将原设计的边坡锚拉板方案改为桩 板墙方案 ，大大减少了开挖范围和对右岸变形体 的扰 动 ，增强 了右岸边坡稳定性 ，节 省了工程投资 。监测数据表明 ， 右坝头桩板墙运行正常 ，直立边坡 稳定性 良好 。 关键词 ：边坡 ；加固 ；桩板墙 ；龙 开 口水 电站 Tr e a t m e n t o n t h e Ri g h t S l o p e o f Lo n g k a i k o u Co n c r e t e Gr a v i t y Da m Hu a n g Yi h u i ，Ga o Ya f e n ， Xi o n g L i g a n g ( Hy d r o C h i n a H u a d o n g E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ， H a n g z h o u 3 1 0 0 1 4 ， Z h e j i a n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Be c a u s e t h e fig h t s l o p e o f L o n g k a i k o u C o n c r e t e Gr a v i t y Da m i s ma i n l y d i s t ri b u t e d wi t h r o c k d e f o r ma t i o n ，t h e rig h t a b u t me n t i s l o c a t e d i n w e a t h e ri n g a n d f r a c t u r e a r e a a n d t h e r e i s d e e p- s e a t e d w e a k s t r u c t u r e p l a n e ，t h e c o n v e n t i o n a l e x c a v a t i o n o f d a m f o u n d a t i o n w i l l u n a v o i d a b l y d i s t u r b rig h t r o c k ma s s d e f o rm a t i o n a n d c a u s e u n s t a b l e s l o p e By t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c c o mp a ris o n ， f o r me r d e s i g n e d a n c h o r p l a t e s c h e me f o r s l o p e r e i n f o r c e me n t i s r e p l a c e d b y t h e s h e e t - p i l e w a l l s c h e me T h e n e w d e s i g n c a n g e atl y r e d u c e t h e e x c a v a t i o n o f a n d the d i s t u r b a n c e t o the ri g h t s l o p e ，i mp r o v e t h e s t a b i l i t y o f r i g h t s l o p e a n d s a v e i n v e s t me n t s T h e mo n i t o rin g d a t a s h o w tha t the s h e e t p i l e wa l l i s i n a g o o d c o n d i t i o n a n d t h e s l o p e i s s t a b l e Ke y W o r d s ： s l o p e ； r e i n f o r c e me n t ； s h e e t - p i l e w a l l ； L o n g k a i k o u Hy d r o p o w e r S t a t i o n 中图分类号 ： T V 5 4 3 8 4 ( 2 7 4 ) 文献标识码 ： A 文章编号 ： 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 1 8 0 3 1 工程概况 龙 开 口水 电站 是 金 沙 江 中游 河 段规 划 的第 6个 梯 级 电站 ，坝址 位 于云 南 省 鹤庆 县 朵 美 乡境 内 。其 右 岸 山体 总 体 表 现 为 台地 斜 坡相 问 的地 貌 变 形 山 体 岩性 主要 为 二叠 系上 统 上 段 的玄 武 岩 组 ，表 层 为 第 四 系 堆 积 物 覆 盖 。 右 岸 边 坡 构 造 极 为 发 育 ， 主 要 表 现 为规 模 较 小 的断 层 、平 行发 育 的成 组 裂 隙及 少 量 的柱 状 节 理 。成 组 平 行 发 育 的节 理 将 玄 武岩 切 割 成 似 层状 结 构 ，这组 裂 隙对 边坡 变 形 有 明 显 的控 制 作 用 。 右 坝 肩 边 坡 变 形 体 后 缘 高 程 在 1 5 4 8 m 附 近 ， 前缘 边 界在 1 3 5 0 i n高程 附 近 ，总 体 积 约 5 5 0万 I l l 。 边坡 1 3 5 0 m 高程 以上 分布 t t 等 7层 凝 灰岩 夹 层 ， 各 层接 触 面 均 有 5 3 0 c m 厚 度 不等 的层 问 错动 带 或 挤 压 带 ，平 硐 揭 露凝 灰 岩 层 呈 波状 起 伏 。边坡 内 多 组 节 理 发育 ，上 覆 岩层 沿 凝 灰 岩 软 弱 面变 形 ，使 岩 I I i i W ta e r P o w e r V o 1 3 7 N 。 8 体 产 生拉 裂 变 形 ，变 形 岩 体呈 碎 块 状 散体 结 构 ，部 分 为碎 裂 结 构 ，岩 块 间 多 架 空 ，岩 屑 、泥质 充 填 其 中。分 析认 为 ，右坝 肩变 形体 边坡 为蠕 滑一 拉 裂型 。 右 坝 头边 坡 岩体 处 在 变形 体 下盘 为 强 风 化 破 碎 松 弛 区。分 布高程 下 边界 为 1 2 8 0 1 3 2 0 IT I 上 边 界 为 1 3 5 0 1 3 9 5 m。 强 风 化 岩 层 厚 3 1 2 9 4 6 i n 。 其 中 ，凝 灰 岩 夹 层 t 。 规 模 较 大 ，钻 孔 及 地 表 揭 露 厚 度 约 1 0 6 4 1 T I ，为 泥 夹 岩 屑 型 ，部 分 为 泥 型 ，性 状 与 凝 灰 岩夹 层 t t 相 比明显 较差 ，抗 剪( 断 )强 度 也 明显 低 于其他 凝灰 岩 夹层 。 2 右坝头处理方案比选 计 算 分 析认 为 ，天 然状 态 和 地震 工 况 右 岸 变形 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 8 1 0 作者简介 ：( 1 9 7 9 - ) ，男 ，湖北黄冈人，工程师 ，主要从 事水工设计工作 第 3 7 卷第 8 期 黄熠辉 ， 等 ： 龙开口混凝土重力坝右坝头边坡处理措施 体边 坡基 本 稳 定 ，暴 雨 工 况边 坡 处 于 临 界稳 定 。施 工 开 挖 坡 度 若 陡 于 天 然 坡 度 ，边 坡 将 失 稳 下 滑 。 限 于篇 幅 ，本 文仅 针 对 右 坝 头边 坡 处 理措 施 进 行 分 析 研 究 。右 坝 头边 坡 处 理 基本 原 则 为 ：在满 足 大 坝 基 础 开 挖质 量 的前 提 下 ，尽 可 能 减 少对 右 岸 变 形 体 的 扰 动 。为 此 ，设 计 曾研究 过 右 坝 头 采用 软 硬 接 头 的 混 合 坝形 式 。即 ，混凝 土坝 与 粘 土 心墙 堆 石 坝 通过 刺 墙式 或 侧墙 式 进 行 连接 。计 算 分析 表 明 ，地震 过 程 中 混 凝 土和 土 石 料接 触 部 位 都 出现 了拉 裂 、脱 开和剪 切破坏 。此外 ，国 内外 的混合 坝应 用于 1 0 0 r n 以上 的大 坝非 常 少见 。鉴 于 目前 在高 地 震烈 度 区高 心墙 堆 石 坝 和混 凝 土 坝 的接 头部 位 的处 理技 术 还 不 十分 成 熟 ，难 以保 证 拦 河 大 坝 的安 全 运行 ，设 计 先 后进 行 了锚拉 板方 案 和桩板 墙方 案 的技术 经济 比较 ， 最 终 确 定 右 坝 头 边 坡 的处 理 措 施 。 2 1 锚 拉板 方 案 坝 基岸侧边 坡坡度 1 ： 0 2每隔 6 m设一 级宽 2 m 的 马道 采 用“ 钢 筋 混 凝 土 板 + 锚 索 ”支 护( 下称 锚 拉 板 ) ；坝顶 1 3 0 3 0 i n高 程 以上 坝 头边 坡 坡度 1 ： 0 5，采 用“ 网 格 梁 + 锚 索 + 挂 网 喷 锚 +系 统 排 水 孔 ” 支护 。该 方 案 可 以减 少 开挖 ，对 右 岸变 形 体 的扰 动 也 较 小 坝 基 开 挖 边 坡 通 过 钢 筋 混 凝 土 板 贴 坡 ，并 用 预应 力 锚 索加 固 ，可 以保 证 坝 头边 坡 在 施 工期 和 运 行 期 的稳 定 。 同时 ，大 坝 建 基 面 为 弱 上 弱 下 岩 体 能 满 足 承载 力 要 求 ，也 不 存 在深 层 抗 滑 稳定 问 题 。但 锚 拉板 施 工 对 基坑 开 挖 干 扰较 大 ，受施 工 程 序 限制 ，开 挖边 坡 卸 荷松 弛 及 变形 对 工 程 边 坡及 其 上部 的变 形体 稳定 不利 ，施 工安 全 隐患较 多 。 2 2桩板 墙方 案 为 尽量 减 少 对 右 岸变 形 体 的切 脚 ，最 大 限度 地 避 免扰 动 右岸 变 形 体 ，设 计 提 出 了桩 板墙 方 案 ：将 右坝 头 桩号 向河 床 移动 3 0 I T I ，调 整 到坝 右 0 + 4 5 7 0 0 桩 号 处 ，坝头 布设 抗 滑 桩 ，并 通 过 预 应 力锚 索 加 固 边 坡 ，桩 间 直 立 边 坡 用 钢 筋 混 凝 土 板 进 行 支 护 。 坝 右 0+ 4 5 7 0 0桩 号 布 置 一 排 共1 1根 抗 滑 桩 ， 桩 体 采 用 C 3 0混凝 土 ，大坝 附 近 4 8号 桩 桩底 高 程 1 2 5 3 i n ，其 他 桩底 高程 相 应抬 高 。除 坝轴 线 处 5号 桩 断 面 尺 寸 为 6 mx 4 m 外 ，其 他 均 为 3 mx 4 m，桩 问净距 5 m。大 坝 附近 抗 滑桩 上 部 布置 2 0 0 0 k N 预 应 力锚 索 。坝轴 线处 5号 桩 与大坝 间设 两道 铜 止水 ， 坝 头 加 强 帷幕 灌 浆 。抗 滑 桩 问顶 部 以联 系梁 连接 ， 桩 间直 立 岩 面采 用钢 筋混 凝 土板 支 护 。3、4号 桩 间 和 8、9号桩 间 各设一 道结 构缝 ；同时 ，部分 桩 间板 设 置排水 孔 ，以降低地 下 水位线 ，确保抗 滑 桩稳定 。 桩 板 墙方 案 一 方 面 可 以通 过 右坝 头 挡 水 坝长 度 的 调整 ，大 幅减 少 了开挖 范 围 ，提 高 工 程 区右 岸 强 变 形 体 的稳 定 安 全裕 度 ；另 一方 面 ，抗 滑桩 、预 应 力 锚索 、桩 问 混凝 土板 可 进一 步 增 强 变形 体 下 部 坝 头 强风 化 边 坡施 工期 的稳 定性 ，也 间 接地 增 强 了右 岸上 部 变形体 的整体 稳定性 。 2 3两种 方案 主要 工程 量及 投资 比较 锚拉 板 方 案 及桩 板 墙 方 案 主要 工 程 量及 工程 可 比投 资对 比情 况见 表 1 。 表 1 锚拉板方案及 桩板墙 方案主要工程量及投资对 比 由表 1可 知 ，桩 板 墙 方案 的工 程 量普 遍 小 于 锚 拉 板 方 案 ，工 程 投 资 比锚 拉 板 方案 减 少 2 2 4 5万 元 。 节 省 了近一 半 的投资 ，具 有较 大 的优势 。 2 4边坡稳定分析及抗滑桩结构计算 预应 力 锚 索 抗 滑桩 的设 计 计算 基 于 4个 基 本 假 定 ： 将 所 研 究 的边 坡 简 化 为平 面 应 变 问题 ； 对 桩 与锚 索 按 弹 性受 力 进 行 分析 ，桩 身 变位 、岩 体抗 力 及 锚 索 张 力 在 整 个 工 作 阶 段 呈 线 弹性 ； 将 桩 、 锚 固段 桩 周 岩 土体 及 锚 索 系统 作 为 一 整体 ，视 为超 静定 结 构 ，锚索 按 弹 性 支 承考 虑 ； 将 锚 索 与 桩 的 变形 协 调 ，即锚 索 在水 平方 向 的伸 长量 与 锚 索作 用 点处 桩 的位移 量相 等 。 以 5号桩 中心 剖面 为例 ，稳定 计 算结果 见 表 2。 表 2 5号桩剖面稳定性分 析成果 工 况 萎 安 全 系 数 力矩平衡力平衡 施加单 施加力之后 宽推力 的安全 系数 k N m 力矩平衡力平衡 由表 2可知 ，长期 荷 载 作用 的滑 坡 设 计 推 力 为 1 3 5 0 k N m， 短 期 最 不 利 荷 载 下 滑 坡 推 力 增 量 E 为 6 1 0 k N m。 5号 桩 桩 长 为 5 0 m， 自 由 段 长 为 3 5 m，锚 固段 长 为 1 5 m：桩 的 中心 间 距 为 1 1 m； 滑 坡 推 力 考 虑 按 梯 形 分 布 作 用 在 抗 滑 桩 上 。 滑 动 面 以下 的地 基 系数 按 悬 臂 桩法 计 算 。桩 的计 算 宽度 为 7 1 T I ，抗 弯 刚 度 为 3 X1 0 k N r n ，桩 的 变 形 系 数 为 0 1 7 4，按 弹性 桩进行计 算 。锚 索预拉 力取 1 2 5 0 k N。 桩 身 内 力 计 算 结 果 见 图 1 2。 最 大 弯 矩 为 1 9 0 9 6 6 k N m，发 生 在 桩 深 3 6 2 I T I的部 位 ；最 大 剪力 为 1 7 6 4 1 k N，发 生在桩 深 3 5 m 的部位 。经计 算 W a t e r P o w e r V o 1 3 7 N o 8翻 确 定 抗 滑 桩 主 受 力 筋 采 用 直 径 为 3 6 mm 的 级 钢 。 2 5 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 之 5 0 0 0 0 l1 0 0 0 0 0 栅 5 0 0 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 桩深 m 图 1 5号桩桩身弯矩 1 l* 0 2 0 3 0 4 0 ； 桩深 m I 图 2 5号 桩 桩 身 剪 力 2 5右 坝 头 处理 方 案 的选 取 及 施 工 经 上述 经 济 技 术 最 终 确 定 右 坝 头处 理 措 施 为 桩 板 墙 方 案 。 右 坝 头 边 坡 于 2 0 0 8年 1月 开 挖 ，4 月 进 行 抗 滑 桩 井 筒 开 挖 自 上 而 下 开 挖 一 段 支 护 一 段 ，根 据 开 挖 揭露 的 围岩 条 件 ，采 用 钢筋 混 凝 土 护 壁 或 喷 锚 支 护 。 2 0 0 8年1 1月 开 挖 支 护 完 成 ， 开 始 桩 体 的 钢 筋 混 凝 土施 工 。2 0 0 9年 1月 抗 滑 桩 混 凝 土 浇注 完 成 ，开始 桩 的临河 侧 大 坝 基 坑 的 开挖 ，预 应 力 锚 索 于 1月 开 始 施 工 张 拉 。2 0 0 9年 2月 进 行 桩 间 钢 筋 混 凝 土 板 施 工 支 护 ， 3月 桩 的 临 河 侧 基 坑 开挖 完 成 ，5月右 坝 头桩 板 墙 支 护措 施施 工完 毕 。 3 安全监测成果 为 监 测 右 坝 头 抗 滑 桩 的 变 形 及 受 力 情 况 ， 在 5、8号 抗 滑 桩 各 布 置 1个 测 斜 孔 监 测 抗 滑 桩 的变 形 情 况 在 5号抗 滑桩 两 侧 竖 向钢 筋 的 不 同 高程 布 + “ +一+” + +” +一 +一+“+” +一 + ( 上 接 第 6 页 ) 进 行 项 目效 益 费 用 比 的 分 析 ，从 而 找 到 合理 的后 扶 政策 ，是 需要 进一 步研 究 的 内容 。 参考 文献 ： f 1 仲秋 ，施闰庆 安徽 J 县水库移 民后期扶持政策实施的 凋查与思 考 J 河海大学学报 ，2 0 1 0 ( 3 ) ： 2 6 2 9 2 金 莹 移民心态特 征与三 峡库 区后期 扶持对 策 以重 庆为例 J 农业现代化研究 ，2 0 1 0 ( 4 ) ： 4 1 6 - 4 2 0 3 袁志明 肇庆市水 库移 民后期 扶持工作 存在 的问题及对 策思考 J 广东水利水 电，2 0 1 0 ( 2 ) ： 1 7 - 1 9 E甄Wa l e r P o w e r V t 3 7 8 置 6支 钢 筋计 监 测 钢 筋应 力 在 5号 抗 滑 桩 桩体 与 后 壁 山 体接 触 部 位 布置 了 4支 压应 力 计 监 测其 接 触 应 力 。 右 坝 头 共 布 置 了 4台 2 0 0 T锚 索 测 力 计 ，其 中 5号 桩 2台 ，6、 8号 桩 各 1台 。 截 止 到 2 0 1 0年 8月 的监 测 数 据 表 明 ： 实 测 最 大 钢 筋 拉应 力 为 3 8 7 MP a 应力 值 总 体 上 较 小 并基 本 趋 于稳 定 应 力 变化 速 率 亦较 小 钢 筋受 力 正 常 。 抗 滑 桩 与 变 形 体 接 触 面 实 测 最 大 压 应 力 为 0 5 3 MP a ，变 化 量较 小 ，且 到后 期压 应 力 值均 有 所 减 小 ，桩 体 受 力 正 常 。 从 2 0 0 9年 5月 份 开 始 ， 由 于 桩 临 河 侧 大 坝 基 坑 开 挖 完 成 以 及 雨 季 的 到 来 ，各 锚 索 测 力 计 实 测 数 据 明 显 增 大 ，到 2 0 0 9年 7 月 以 后 基 本 趋 于 稳 定 ，实 测 最 大 拉 力 为 1 5l 2 4 k N 锚 索 受 力 正 常 。 5 、8号 抗 滑 桩 均 存 在 一 定 程 度 的挠 度 变 形 ，顶 部 略 向河 床 向 变 化 ，累 计 位 移 量 2 4 6 6 mm，从 位 移 一 时 问 变 化 过程 线 来 看 ，该 挠 度 变 形 未 见 持 续 增 大 趋 势 ， 在 设 计 允 许 变 形 范 围 之 内 。 4 结语 龙 开 口水 电 站 坝 址 右 岸 边 坡 分 布 大 范 围 变 形 体 且 坝头 处 岩 体 为强 风 化 破碎 区 。为 了不 扰 动 右 岸 变 形 体 ，保 障右 岸边 坡 施 工 运行 期 的稳 定 ，坝 基 开 挖 又 必须 满 足 大 坝建 基 面 要求 ，通 过 计算 分 析 及 工 程 投 资 比较 ，最终 确 定 右 坝 头采 用 桩 板墙 方 案 进 行 支 护 处 理 ，大 大 减 少 了 开 挖 量 和 对 右 岸 变 形 体 的 扰 动 ， 增 强 右 岸 边 坡 稳 定 性 ； 同时 ，也 节 省 了工 程 投 资 ， 工 程效 益 显 著 。监 测 数 据 表 明 ，右 坝 头桩 板 墙 运 行 正 常 ，直立边 坡 稳定性 良好 。 参考文 献 ： f 1 周德 培 ，王 建松 预 应力锚 索抗 滑桩 内力的一 种计算方 法 f J 岩石力学 与工程学报 ，2 0 0 2 ，2 1 ( 2 ) ： 2 4 7 2 5 0 2 李海光 新 型支 挡结构设计 与工程实例 M 北京 ：人 民交通 出 版社 ，2 0 0 4 ( 责 任编 辑杨健 ) 十一 +- +一 +一 十一 一 一 + 一 - +一 + 一 一+ 4 张春美 ，曾庆连 廖 清成 ，等 基 于增收 目标 的水库移 民后期 扶持问题 探讨 f J 人 民长江 ，2 0 0 9 ( 1 ) ： 9 7 9 9 5 程林 杰 ，王东来 ，张兵法 安丘市 实施移 民后 期扶持 项 目的做 法与成效 J 山东水利 2 0 1 0 ( 7 ) ： 2 9 3 2 6 姚凯文 水 库移 民安置 f M 北京 ：中国水利水电出版社 ，2 0 0 8 7 钟永光 系统动力学 M 北京 ：科学 出版社 ，2 0 0 9 8 李旭 社会 系统动 力学 M 上海 ：复 旦大学出版社 ，2 0 0 9 f 9 陈伟 ，尹迅飞 ，姚凯文 ，等 丹江 口水库建设征地移民安置河南 试点监测与评估 l 号报告f R 北京：江河水利水电咨询中心 ，2 0 0 9 ( 责任 编辑 陈 萍 ) 0 O 0 0 O O 0 0 O O 0 O 0 0 O O O O 0 O O O O O O 0 O 0 0 5 0 5 5 0 5 0 5 2 1 1 _1 1 2 2 z) I