重力坝深层抗滑稳定加固处理措施

王永旺

(四川大学工程设计研究院有限公司，四川 成都 610065)

1 工程现状

某水库工程大坝坝型为碾压混凝土重力坝。枢纽主要建筑物布置从左至右依次为左岸非溢流坝段、取水、放空孔坝段、表孔溢流坝段、储门槽坝段、右岸非溢流坝段。共分为13个坝段，其中1#～4#为左岸非溢流坝段，5#～9#坝段为河床坝段，10#～13#为右岸非溢流坝段。

根据地质资料显示，7#坝段位于坝纵 0+000.00～0+042.20、坝横0+109.50～0+125.50处，坝基高程344.0 m～347.5 m，置于J2S②层弱风化至微风化长石石英砂岩，分布有软弱夹层，编号为 C11～C8、C6、C5、B4、B3、C1，至上而下出露于坝基以下5.38 m～26.03 m。经分析，7#坝段坝基以下有软弱夹层，编号为 C11、C10～C8、C6、C5、B4、B3、C1，沿坝轴线方向，均贯通整个坝段。沿河方向，C11距离坝基最近，高程为338.62 m，在坝基范围贯通，上、下游延伸较长，延伸至坝后桩号为坝纵0+140.90 m处，为最危险滑面。坝后桩号坝纵0+140.16 m为跌坎，地面高程突降为336.20 m，C11在坝后跌坎后出露，存在不利临空面，可能形成沿C11夹层滑动情况，此为最不利情况，为坝基抗滑稳定浅层控制性滑面，故采用单滑面全联通计算。

采用单滑面计算模型对C11软弱夹层进行抗剪公式计算，计算结果见表1。基本工况（二）、特殊工况（一）抗剪安全系数满足规范要求，基本工况（一）抗剪安全系数不满足规范要求；对C11软弱夹层进行抗剪断公式计算，基本工况（一）、基本工况（二）、特殊工况（一）均不满足要求。故需对C11软弱夹层进行加固处理。

表1 7#坝段深层抗滑稳定计算成果表（单滑面）

2 加固处理方案

由于重力坝基础置于厚层长石石英砂岩上，要充分利用此厚层长石石英砂岩，且坝线上游有已建的混凝土重力坝，处理方案尽量减少开挖和爆破对坝基的扰动[1～2]。根据计算成果及滑动模型分析，对软弱夹层处理措施拟采用抗剪桩和深齿墙两种方案进行比选。

2.1 抗剪桩方案

由于本工程上游侧有原混凝土重力坝，结合帷幕及固结灌浆布置要求，第一排桩需在坝轴线下游10.8 m处开始布置，由于坝段宽度有限，顺水流向需布置为三排，每排3根，间排距5.0 m，桩长考虑嵌入C11软弱层以下岩体深度不小于5.0 m，故7#坝段桩长15.0 m，桩顶承台嵌入坝体1.0 m。

2.2 深齿墙方案

结合工程地形情况，在坝踵位置布置深齿墙，齿墙切断软弱夹层，齿墙基础深度达到下部完整岩体，通过齿墙提供抗力来满足深层抗滑稳定要求。混凝土深齿墙布置于7#坝段河床坝踵位置，齿墙深14.0 m，深齿墙底宽2.0 m，采用1∶0.3坡比至底板高程。

2.3 方案优化选择

抗剪桩方案：施工工艺成熟可靠，对原平滩坝体扰动较小，机械化施工具有工期优势。

混凝土深齿墙方案：为避免采用爆破开挖对砂岩基础的扰动和对原坝体的影响，需采用人工开挖齿墙，由于齿墙深度部分大于10 m，开挖量巨大，施工较为困难，施工工期不可控，施工安全也难以得到保证。

在施工安全、施工难度、施工工期及工程投资方面，抗剪桩方案优势明显。选择抗剪桩方案为软弱夹层的处理方案。

3 抗剪桩加固分析

对某水库工程重力坝7#坝段进行单滑面深层抗滑稳定计算，计算成果见表2。

表2 7#坝段单滑面计算成果表

由表2可知，工程抗剪桩加固措施设计中，抗剪桩设计抗力的大小由7#坝段C11单滑面计算确定。

3.1 抗剪桩加固分析

根据本工程基础受力情况，抗剪桩仅计算水平承载力，根据《建筑桩基技术规范》计算，群桩水平承载力计算成果见表3。

表3 群桩水平承载力计算成果表

3.2 抗剪桩布置

3.2.1 桩径选择

据表2、表3可知，在满足规范要求的桩间距情况下，每个坝段根据桩径不同，所需布置桩的排数为2～5排，由于新老坝体结合方案中，桩基只能布置在坝基中下部范围，故布置2～3排桩较为合适，则桩径需大于等于1.6 m。据国内桩基工程施工资料显示，已成机械钻孔灌注桩桩径范围为1.0 m～3.4 m，花岗岩地质情况，最大桩径为2.0 m。基于计算成果和布置要求，本工程钢筋混凝土灌注桩桩径采用直径1.60 m较为合适。

3.2.2 桩基布置

根据表3计算成果可知，7#坝段在配筋率为8%的情况下，均需要布置9根抗剪桩。结合帷幕及固结灌浆布置要求，第一排桩需在坝轴线下游10.8 m处开始布置，由于坝段宽度有限，顺水流向需布置为三排，每排3根，间排距5.0 m，桩长考虑嵌入C11软弱层以下岩体深度不小于5.0 m。根据C11软弱夹层在坝基下的展布及坝基开挖情况，7#坝段桩长15.0 m，桩顶承台嵌入坝体1.0 m。

3.3 抗剪桩水平承载力分析

群桩水平承载力及参数计算公式见式（1～9）。

考虑地震且Sa/d＜6情况下：

式中：ηh为群桩综合效应系数；ηi为桩的相互影响效应系数；ηr为桩顶约束效应系数，取为2.05；ηl为承台侧向土抗力系数为沿水平荷载方向的距径比；n1/n2为分别沿水平荷载和垂直于水平荷载方向的每排桩数；x0a为桩顶的水平位移允许值，m；Bc'为承台受侧向土抗力一边的计算宽度，m；hc为承台高度，m；μ为承台底与基土间的摩擦系数；Pc为承台底地基土分担的竖向总荷载标准值，kN；ηc为承台效应系数；A为承台总面积，m2；Aps为桩身截面面积，m2。

群桩水平承载力计算时，7#坝段计算采用参数见表4。经计算7#坝段群桩水平承载力为11686.09 kN。故群桩的水平承载力大于其在荷载效应组合下作用于基桩桩顶处的水平力，群桩水平承载力满足要求。

其他情况：

4 结语

表4 7#坝段群桩水平承载力计算参数

本工程地质条件较差，坝基抗滑稳定不能满足规范要求，故需进行加固处理。经混凝土深齿墙与抗剪桩方案对比分析，采用抗剪桩方案，即在坝基布置3排9根直径1.6 m抗剪桩。计算结果表明，经加固处理后，抗滑稳定满足规范要求。

由于工程地质条件的复杂性、隐蔽性、难预见性，再细的地质勘探工作也难完全查清所有的地质问题。加固方案虽在充分吸收、分析现有的地质资料的基础上进行研究，但在施工过程中，仍应根据开挖钻孔实际地质条件对加固方案进行补充、修改和完善[3]。

参考文献参考文献

[1]潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析[M].水利出版社,1980.

[2]李旭.重力坝抗滑稳定问题分析[J].四川水利,2007,28(06)：30-33.

[3]周伟,常晓林,袁林娟.对重力坝设计规范中双斜面抗滑稳定的补充讨论[J].水力发电学报,2005,24(2)：95-99.