长龙山抽水蓄能电站下水库面板堆石坝开挖支护稳定性分析.pdf

四 川 水 利 长龙山抽水蓄能电站下水库面板堆石坝开挖支护稳定性分析李宏斌(上海东华工程咨询有限公司上海)【摘 要】文章以长龙山抽水蓄能电站为研究对象对其下水库面板堆石坝开挖支护稳定性进行了研究 工程支护主要项目包括普通砂浆锚杆、自进式锚筋束、锚杆等锚杆断料使用砂轮切割机工厂处理过后的锚杆放置到安装点做好锚杆之后使用可以自进式灌浆的锚杆完成最后的灌浆起到凝固作用 两个锚杆之间的距离越小石坝边坡安全系数逐渐增大两个锚杆之间的距离若不超过 石坝边坡的危险程度随着锚杆距离的减少而增加 随着锚杆倾角的增大石坝边坡安全系数先增大后逐渐减小在锚杆倾角为 时达到最大 随着石坝边坡平台宽度增大石坝边坡安全系数逐渐增大 石坝边坡平台宽度越大石坝边坡的危险程度越低石坝边坡的危险程度随着内摩擦角及土体凝聚力的减少而增加【关键词】稳定性 开挖支护 堆石坝 边坡安全系数 长龙山抽水蓄能电站 中图分类号:文献标志码:文章编号:()引言土石坝边坡稳定性会影响大坝整体安全运行土石坝设计重要是边坡稳定性分析 在当前工程设计中常用稳定性分析以安全系数为评价指标 在分析安全系数对边坡稳定性的影响时参数土样黏聚力、内摩擦角、边坡坡角等取值都会影响结果 我国在修建电站工程时经常会出现水库面板堆石坝开挖在石坝开挖边坡坡率较大时须采取一定边坡加固措施确保石坝边坡整体稳定性预应力锚杆支护方式属于一种常用支护手段在工程中应用广泛 本文以长龙山抽水蓄能电站为研究对象对其下水库面板堆石坝开挖支护稳定性进行了研究 工程概况长龙山抽水蓄能电站位于浙江安吉其上水库主坝的表面由钢筋混凝土堆砌轴线中间是直线两岸是折线石坝最高点达 最大的石坝有 高石坝上线距离 副坝与主坝上游坝坡比皆是 将 宽的马道放在下游坡高为、坡度 的地方所有下游平均坡度比是 副坝和主坝的建筑重量共计为 万 有一个物体用来压在主坝的后方没用的施工材料和厂房废物都屯放在这里此处最多可放置面积达 万 压坡体平台高程为 宽 压坡坡度 每隔 设置一马道与公路相连的是宽度 的下库剩余马道宽度是 压坡体底部设有的排水带厚 上游和坝基排水带连接 下库大坝基础开挖支护施工项目包括:趾板开挖支护、坝基和坝肩清理建基面及处理 坝基趾板开挖高程为 保护层开挖工作面狭小且建基面开挖成型质量要求高程序复杂 主要施工技术及开挖施工 主主要要施施工工技技术术在坝体轮廓范围内需清除表面覆盖层、全风化及强风化层的松散岩体以基岩作为坝体的基础坝体两岸河床部位清理后的坝基面需得到监 四 川 水 利理人的认可对坝体区的场地清理应延伸到坝基开挖图所示的最大开挖边界外侧 的范围坝体基础面上要求清除任何突岩两岸坡宜开挖成平顺的稳定边坡避免出现台阶状不能倒坡以免妨碍堆石的压实基础面不允许欠挖水平建基面的超挖不应大于 开挖面应严格控制平整度建基面的不平整度应控制在 内趾板开挖预留保护层厚度 紧靠建基面采用手风钻钻进浅孔爆破坝基范围内的断层、破碎带基软弱夹层必须进行处理坝轴线以下的断层破碎带直接铺设反滤料、过渡料保护处理趾板下游 范围内的探坑、探槽采用 混凝土回填、其余部位的探坑、探槽采用 浆砌石回填坝基范围内的地质勘探钻孔均采用 水泥砂浆全孔回填处理 图 为坝趾板展开示意图 坝趾板展开示意 开开挖挖施施工工 开开挖挖分分区区、分分层层及及施施工工程程序序大坝基础开挖按左右岸方向开挖可分为河床区、岸坡区按上下游方向可分为趾板区和坝基区 板 高程以下为河床段 高程以上为岸坡段该部位土石方开挖分层高度覆盖层一般为 一般岩石开挖梯段高度不大于 为确保河床段趾板开挖及浇筑时和岸坡趾板开挖不发生上下交叉作业干扰趾板保护层开挖超前坝体填筑 以上光爆开挖同时尽量在河床趾板浇筑前解除岸坡保护层开挖爆破对其影响 开开挖挖方方法法土方开挖采用液压反铲按开口线沿马道方向形成边坡开口自上而下分层开挖分层厚度 采用 反铲削坡逐层甩渣开挖工作面大于 后满足装车条件时采用 推土机集料 装载机或 反铲挖装 自卸汽车运往表土存料场堆存弃料运往赤坞弃渣场 在挖掘土方边坡的过程中要符合坡面的标准要求按照要求留出削坡余量的厚度在 到 之间然后工人进行修补完善工作在开始施工后每隔 高差测量一次削坡情况 在进行石方开挖时趾板下游主要为覆盖层开挖石方开挖主要集中在趾板范围包括一般石方明挖、基础保护层开挖等 趾板范围每层开挖分三序进行首先进行外侧覆盖层开挖然后进行趾板部位石方开挖基础预留 厚的保护层最后进行保护层开挖 石方开挖从上至下分层进行分层高度不大于 由于坝基石方开挖工程量不大施工场地狭窄梯段爆破以 支架式钻机和手风钻造孔为主石方开挖集中部位采用 液压型高压潜孔钻机造孔 开挖石渣采用 反铲装 自卸汽车运往渣场 在进行石方槽挖时槽挖按 分层采用手风钻钻孔周边光面爆破成型底部水平基缓坡段槽挖采取两侧、底板光爆成型的施工方法两侧预裂孔及底板光爆、垂直主爆孔采用手风钻钻孔 土土石石方方明明挖挖施施工工工工艺艺在进行趾板开挖时大坝两岸趾板基础的开挖从两岸往河床进行开挖首先按设计线剥离表层覆盖层及全风化层将已揭露的地形地质资源提交监理人和设计单位以便趾板二次定线大坝趾板每层开挖高度一般为 左右具体按现场施工道路能进入作业面的条件确定 上层边坡支护施工脚手架搭设之前需完成下层边坡的结构预裂和部分爆破以便上层进行支护施工时采取有李宏斌:长龙山抽水蓄能电站下水库面板堆石坝开挖支护稳定性分析 效的隔离措施后下层择机进行部分爆破及出渣施工 趾板部位石方开挖边坡采用预裂爆破趾板建基面预留 保护层采用手风钻钻孔装药浅孔密布方式爆破 在进行面坑及槽挖掘工程后通过手风钻将挖掘槽和基地面坑打孔在槽坑深度不超过 的周边边坡进行爆破以到达结构层面的要求深度大于 的槽和坑在其底板设置一保护面厚度在 到 之间使用小药卷和小梯段方式组成 形对槽坑的深部进行爆破再进行挖掘 坑、槽两侧边坡预裂爆破同时起爆时一侧的预裂爆破至少滞后对侧 爆破石渣采用 液压反铲挖装 土石方开挖施工工艺流程如图 所示图 土石方开挖施工工艺流程以基准点作为挖掘的依据并准确测量在周围布置控制线路且阻断外网的切入按照控制网线的布局准确测量轴线的位置和长度再以此为基础对每个轴线进行测量 每个区域的边界桩以完善的网络技术和平面合理放置在区域的周围布置控制桩两个桩之间的距离为 走向为纵向或横向将混凝土浇灌在控制桩上使其稳固于地面以下 控制地面区各区边线和高程 土方开挖采用 反铲开挖 的推土机收集废物残渣边坡的残缺由技术工人来修葺 土石方的挖掘根据设计方案自上而下进行上下层距离 支支护护施施工工程程序序及及方方法法 支支护护施施工工程程序序边坡进行挖掘的过程中喷锚工作也随之展开挖掘的边坡初显形态达到设计标准后以横向交错的方式开展喷锚和锚杆工程 理论上讲挖掘和支撑防护工程的高度小于或等于边坡 从勘察的资料中观察到环境比较差的地势表现出的固定性差的边坡根据情况及时进行锚杆加固 地势环境非常不利的情况下前一个表层支持防护施工结束后绝对不可对下一层爆破或挖掘 支护施工工艺流程如图 所示图 支护施工工艺流程 普普通通砂砂浆浆锚锚杆杆施施工工本工程支护主要项目包括普通砂浆锚杆、自进式锚杆、锚筋束等 其中普通砂浆锚杆按杆径分 和 长度为 图 施工工艺流程图 为施工工艺流程 在进行施工时先在支撑的位置放置全站仪按照图纸中的间隔距离测量并标记出钻孔的位置钻孔使用的工具是手风钻和多臂钻打完孔后吹走孔道的浮尘和碎末然后用水冲洗符合要求后暂时将孔堵住 使用砂轮切割机进行锚杆切割处理完毕的锚杆体转运到安装地点技术人员将锚杆插入洞口 锚杆顺利完成后使用自进式锚杆把浆液输入达到凝固作用注入浆液的过程中浆液开始回流后堵住排气管浆液持续输入直至压力值达到设计要求完成上述操作后将管道口封死 大坝基础喷射出的有网喷混凝土和素喷混凝土选取凝固系数为 四 川 水 利 的混凝土喷射的厚度在 由于网喷混凝土喷射过程中散布面积较大因此需提前准备钢筋网拦截将施工场地加工后的剩余钢筋材料转运到加工厂编制成钢筋网 使用湿喷混凝土的方式降低对环境的污染程度图 喷射混凝土施工工艺流程图 为喷射混凝土施工工艺流程 在现场工艺试验喷射混凝土施工前用清水洗涤喷射物体表面由于泥化岩面接触水后没有那么干燥所以选择压力风清除其表面废料被喷面渗水的地方可以用截水群圈将渗出的水排出 进行现场测试来确定混凝土和水喷射的比例搅拌混合材料的过程中每一个材料要严格按照喷射比例配置挂网锚杆间距 等到锚杆工作完成砂浆凝固度符合要求后使用钢筋网稳固锚杆的位置用预制的混凝土块来支撑岩面和钢筋网稳固保障喷射出的混凝土能被拦截在钢筋网内钢筋网厚度应大于 使用电焊固定锚杆端头和钢筋网喷射混凝土必须填满钢筋网与岩石间空隙网面的混凝土保护厚度不小于 喷射混凝土终凝 后及时进行洒水养护养护时间不少于 基于安全系数的水库面板堆石坝开挖支护稳定性分析 安安全全系系数数定定义义使石坝进入极限状态有增量加载、强度折减两种方法 坡角增大法是保持内摩擦角、粘聚力 不变通过将边坡坡角 逐步增加从而使土体达到临界状态直至边坡为破坏状态 安全系数定义为滑动面抗滑力(矩)和下滑力(矩)的比值见下式:式中 为单个土条滑动面长度 为粘聚力 为土条块质量 为边坡坡角 为土体内摩擦角为重力加速度 参参数数改改变变对对边边坡坡安安全全系系数数的的影影响响不同参数对边坡支护具有不同的影响分析锚杆倾角、锚杆间距、土体黏聚力、边坡平台宽度、土体内摩擦角变化对边坡稳定性影响图 锚杆间距对安全系数的影响图 为锚杆间距对安全系数的影响 由图 知随着锚杆间距增大安全系数逐渐减小 锚杆间距取 、时边坡 安 全 系 数 分 别 为 、与锚杆间距为 时相比在锚杆间距为 、时边坡 安 全 系 数 分 别 提 高 了 、这说明在锚杆间距小于 时随着锚杆间距的减小边坡安全系数增速逐渐减小图 内摩擦角对安全系数的影响图 为内摩擦角对安全系数的影响 由图 知随着内摩擦角增大边坡安全系数先增大后减小 取、时边坡安全系数分别 、与 取李宏斌:长龙山抽水蓄能电站下水库面板堆石坝开挖支护稳定性分析 相比在 取、时边坡安全系数 分 别 提 高 了 、图 锚杆倾角对安全系数的影响图 为锚杆倾角对安全系数的影响 由图 知随着 的增大边坡安全系数逐渐减小 锚杆倾角取、时安全系数分别、与锚杆倾角取相比在锚杆倾角取、时边坡安全系数分别提高了 、这表明边坡安全系数随着内摩擦角 增大而增大当锚杆倾角取 时边坡安全系数最大图 边坡平台宽度对安全系数的影响图 为边坡平台宽度对安全系数的影响 由图 知随着边坡平台宽度的增大边坡安全系数逐渐 增 大 在 边 坡 平 台 宽 度 取 、时边坡安全系数分别 、与边坡平台宽度取 相 比 在 边 坡 平 台 宽 度 取 、时 边 坡 安 全 系 数 分 别 提 高 了、这说明边坡安全系数随着边坡平台宽度增大逐渐增大 边坡平台宽度越大越有利于边坡稳定性图 土体粘聚力对安全系数的影响图 为土体粘聚力对安全系数的影响 由图 知随着土体粘聚力的增大边坡安全系数逐渐 增 大 在 土 体 粘 聚 力 取、时边坡安全系数分别为、与土体粘聚力取 相比在土体粘聚力取、时 边 坡 安 全 系 数 分 别 提 高 了、这表明随着土体粘聚力增大边坡安全系数随之增大 结语本文以长龙山抽水蓄能电站为研究对象对其下水库面板堆石坝开挖支护稳定性进行了研究得出如下结论:()工程支护主要项目包括普通砂浆锚杆、自进式锚筋束、锚杆等锚杆断料使用砂轮切割机工厂处理过后的锚杆放置到安装点锚杆施工完成后利用自进式注浆锚杆进行固结灌浆()随着锚杆间距的减小石坝边坡安全系数逐渐增大 当两个锚杆之间的距离不超过 时石坝边坡的危险程度随着锚杆距离的减少而增加 随锚杆倾角的增大石坝边坡安全系数先增大后逐渐减小在锚杆倾角为 时达到最大()随着石坝边坡平台宽度增大石坝边坡安全系数逐渐增大 石坝边坡平台宽度越大越有利于石坝边坡安全稳定性随着土体粘聚力和内摩擦角的增大石坝边坡安全系数随之增大参 考 文 献叶建勇.首章水库大坝防渗加固与稳定性计算分析.水利科学与寒区工程():.沙 鹏何群霄刘冬艳.考虑渗透系数各向异性的降雨入渗岩质边坡稳定性分析.绍兴文理学院学报(自然科学)():.唐湖北蒋华春黄 伟.锚杆支护方式对边坡稳定性的影响研究.公路工程():.张 恒.钢板桩围堰施工设计在引黄济临工程中的应用.水利规划与设计():.张 阳.拱坝应力计算方法的对比分析.陕西水利():.作者简介:李宏斌(.)男汉浙江湖州人工程师专科从事水利水电工程、市政工程项目管理工作