進出口高邊坡施工期穩(wěn)定性及加固技術(shù)

進出口高邊坡施工期穩(wěn)定性研究及加固技術(shù)小浪底水利樞紐進口高120m的邊坡上，共布置15條大斷面隧洞的進口，出口邊坡上布置9條泄洪洞和正常溢洪道出口，最大泄量達17000m3/s。進、出口高邊坡地質(zhì)條件復雜，地位重要，因而其穩(wěn)定問題成為本工程最具挑戰(zhàn)性的課題之一。一、工程地質(zhì)條件1．進口邊坡進口邊坡走向NE23°傾向NW，前緣寬約280m，開挖坡度為1:0.2。出露地層為三疊系下統(tǒng)T13～T15，其平均飽和抗壓強度大于60Mpa，巖層傾向下游，傾角8°～12°，屬反向坡。該區(qū)發(fā)育四組節(jié)理中，走向10°～20°、傾向NW及走向50°～60°、傾向NW，傾角80°以上的兩組節(jié)理對進水塔后邊坡的穩(wěn)定起控制作用。2．出口邊坡出口邊坡出露地層主要為三疊系T16地層，其中軟巖地層占61％。巖層傾向下游，開挖坡度為1：0.85，為順向坡。出口邊坡寬319m，F(xiàn)236(F238)斷層及其分支斷層在此交會并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在三個亞區(qū)中，以2、3號明流洞中心線之間的Ⅱ區(qū)邊坡地質(zhì)條件最差。在出口區(qū)發(fā)育的三組節(jié)理中，走向17°、傾向NWW、傾角71°的一組節(jié)理對邊坡的穩(wěn)定起控制作用。二、節(jié)理巖體抗剪強度的研究1．節(jié)理巖體抗剪強度指標的確定銜在小浪底痛工程中主要采缸用以下兩種方恩法確定節(jié)理巖宣體的抗剪強度厲指標。率鉛(1)謎以節(jié)理連通率愧為權(quán)值的巖體湊抗剪強度取值氏方法按下式計汪算巖體的抗剪截強度指標：鄰霸fi=著α漠[fj·k+援f0(1-k律)],ci=熱b[cj·k復+c0(1-載k)]圍式中閣fi乒、啟ci概為巖體的摩擦尾系數(shù)、凝聚力野；污fi奉、伸ci塌為節(jié)理面的摩蝴擦系數(shù)、凝聚盈力文;f0妥、票c0聯(lián)為巖橋部分的提摩擦系數(shù)、凝離聚力懼；帆α昏、濫b若為折減系數(shù)；馬k楊為節(jié)理的連通耍率。居考慮到巖赴體的破壞是在耽力的長期作用嗓下的漸進過程仔，且抗剪強度獵指標中凝聚力幕會有很大的削故弱，為此將求權(quán)得的犁fi游取其滾0.8抵倍，愛ci姻取其爬0.1煮倍作為建議值籌。我獲(2)當用依Hoe負k腳—佳Brown血經(jīng)驗準則確定切抗剪強度指標方上述兩種爛方法求得的節(jié)蛛理巖體的抗剪大強度指標見表皂1刊。頸表鑼1號各巖組巖體右的抗剪強度指溝標歷2育．泥化夾層抗爸剪強度的試驗結(jié)研究世犬(1)晉類型漠按其泥化渡程度、顆粒組晚成和厚度變化趴，大致可分為苦五種類型：全籮泥型、泥夾角戚礫型、泥夾粉炊砂或粉砂夾泥窩型、泥膜型、朋角礫夾泥型。泥才(2)緊抗剪強度試驗伏研究票遇叉①趙中型剪固結(jié)快銷剪試驗。試件舞尺寸苦20cmx唯20cm捎，試驗成果見愧表去2兇。雨表搭2浙泥化夾層中概型固結(jié)快剪試堆驗成果蟲注：括號內(nèi)的嚇數(shù)為平均值。睡柏絞②環(huán)中型剪固結(jié)慢怨剪試驗。剪切軟速率蜂0.02罰～暮0昏.002mm孝/min魯，使泥化夾層勢在剪切過程中娘充分排水，其述試驗成果為釣T=0.0填071+0.粒2580蛋σ勁。點雨爭③華現(xiàn)場大型直剪揮試驗，，試件島尺寸籌50cmx買50cm松、齒70cmx茅70cm御，個別為紋100cmx寧100cm勾。試驗結(jié)果為索：飽和固結(jié)快饑剪，上c=0岡，杏tg是φ攻=0.19努；飽和固結(jié)快涂剪，限制側(cè)向梯膨脹，荒c=0.00亡4MPa盈，世tg訂φ積=0.23烘；固結(jié)慢剪，芳c=0.00粱5MPa乳，盲tg框φ嚇=0.25戚。司三、穩(wěn)定性研面究1．設(shè)計標準庫建筑物等妻級：爆I反級。設(shè)計地震萍：施工期憤7報度，水平地震們加速度犯0.10g壽；運用期梳8妄度，水平地震切加速度濱0.215g渴?？够€(wěn)定最帆小安全系數(shù)標博準見表銅3不。低表環(huán)3泡最小安全系夏數(shù)2．破壞模式弱碰(1)偶進口邊坡字根據(jù)進口壤邊坡出露地層次巖性、巖層及母節(jié)理裂隙產(chǎn)狀敢判斷，其可能封的破壞模式有寬：奶NNE來向節(jié)理與吐NW疼走向的節(jié)理相疼互交切形成的庫分離體穿過軟纖巖均TlS-J毒或坡腳處范T13-2評塑性剪切區(qū)千或執(zhí)“山層間剪切破碎情帶膛”蟻的切層滑動形派式；局部破碎大巖體的崩塌和粘卸荷板裂。巷梨(雀2)歇出口邊坡串可能的破改壞模式有：廣I謊、雖Ⅲ矛區(qū)邊坡無斷層難通過，其破壞搜形式為以紡NNE滅向節(jié)理為后緣亞與巖層層面或綁泥化夾層組成鏟的順層滑動廢；善Ⅱ蘭區(qū)邊坡由于斷由層發(fā)育、巖體叔破碎，除以呈NNE折向節(jié)理或斷層烘為后緣的順層歷滑動破壞外，份另一種破壞形價式為沿破碎巖間體的圓弧滑動欠。3．分析方法茄進口邊坡手主要采用三種敲方法：用剛體駱極限平衡方法孕確定穩(wěn)定安全霧系數(shù)和需要施健加的錨固力；泄用非線性有限昂元法，分析整犧個邊坡的應(yīng)力勇、變形狀態(tài)及友塑性區(qū)的范圍腰，據(jù)此確定加譽固的范圍及錨肅索長度；按單驟一巖體吩(仇T15-1尺巖層為進口邊丟坡軟巖含量最閑大的巖層屢)評指標，用二維肅邊界元法分析而邊坡內(nèi)安全系壘數(shù)的分布情況慰，以驗證加固即設(shè)計的合理性房。凡出口邊坡腿穩(wěn)定分析主要萄采用兩種方法柄。對于欲I夏、址Ⅲ告區(qū)邊坡，主要葵為順層滑動的雙失穩(wěn)模式，故瓦采用傳統(tǒng)的剛節(jié)體極限平衡分沫析方法艱；姥Ⅱ派區(qū)邊坡為斷層排交會帶，巖體蔬破碎，采用改敞進的刪Sarma酸法和相應(yīng)的杠EMU辜計算程序。出獻口邊坡采用的嗎計算參數(shù)如表爛4起所列。矩表捆4括出口邊坡采主用的抗剪強度驗指標四、加固設(shè)計1．進口邊坡泡系統(tǒng)砂漿竊錨桿烘：慈Φ兔32菜錨桿，長界8飯～奴12m爆相間布置，間渣、排距均為刻3m績。噴混凝土：逗210m咬高程以上噴鋼旺纖維混凝土厚敬10cm柱，鋼纖維含量頭60kg家/m3噸，分三層施噴鵲。墊層厚赴3cm運，噴素混凝土向；中層噴鋼纖協(xié)維混凝土，厚袍4cm云；面層噴素混散凝土，厚抱3cm堡。鋼纖維長度煌20譜～液50mm共，長徑比拜25響～及100竄，抗拉強度大撐于稿500MPa鞠。濤210m鑄高程以下噴素摸混凝土，厚阻10cm糟。排水：齡210m朝高程以上布置州0100賭的排水孔，間姨排距均為遼3m任?？咨钼n7濟～比2m過，并上仰纏10°蘇。預應(yīng)力錨索脊：毒250m但高程以上，為綢防止邊坡巖體蛙沿教NNE晨一組節(jié)理的卸情荷板裂，在不柏同部位布置住600kN惱、惡800kN丸、貢1200kN循、癢1500kN飾級錨索，錨索啞長度或20厲～呢35m際，錨索間、排威距均為岡6m嘆；筍250惡～羞210m秋高程間，該區(qū)桃位于邊坡的腰寇部，王1000kN逐級錨索長摸30m份、辜35m做相間布置，間仇、排距均為狀許6m迫。到250?！珗?30m墳高程間，采用遙全長黏結(jié)式錨企索；菠230m鏈高程以下采用糕一次注漿的雙刑層保護錨索。棍210m豈高程以下的坡俘腳部位，為隧電洞進口區(qū)，位跑置重要，該區(qū)赤布設(shè)籃2000kN鏈級雙層保護錨卡索，錨索間、跳排距葉6冊～膠9m盾，長頸35豎～充40m碧相間布置，錨般索傾角大多數(shù)銀為上仰獄15°私。2．出口邊坡旋出口邊坡抄的穩(wěn)定，施工拋期主要是控制獸工況。突排水：在瞧消力塘周邊的惱邊坡內(nèi)小115m樸高程布置一條極貫通性排水隧斧洞，布褲設(shè)尾Φ望100掌排水孔，孔深羅lO部～邪15m藍。位于節(jié)理密纖集帶、斷層帶敢內(nèi)的排水孔內(nèi)瀉設(shè)置組合過濾思體。須掛網(wǎng)噴混甚凝土：噴混凝濾土厚絕0.1m鄰，掛鋼筋網(wǎng)為斷鏡Φ誘6泉，間距壞0.2mx番0.2m未。榨系統(tǒng)砂漿歲錨桿：繡NNE屠向一組節(jié)理與齡巖層層面或泥渾化夾層組合，瘋形成很多潛在請的不穩(wěn)定楔形川體，為此設(shè)騙置冰Φ津32抽、長皺10m安、作12m粱相間布置的系念統(tǒng)砂漿錨桿，脫間距撕1.0尿～假2遙.0m城。解預應(yīng)力錨宇索：采用錨索跨作為出口邊坡冶的主要加固措只施，出口邊坡舌共布設(shè)應(yīng)2000kN米、竭3000kN宴級雙層保護預霉應(yīng)力錨索蒸372杏根，錨索長奔35面-55m葉，根據(jù)不穩(wěn)定鑒巖體條件，錨母索方向下傾嚴10°戒～碧25°希。象抗滑樁飲：廟Ⅱ弱區(qū)邊坡由于斷笛層交會，巖體每破碎，泥化夾枝層發(fā)育，巖層貓傾角由斬9°慈變?yōu)槟?4°阻～贊21°兆，惡化了該區(qū)司邊坡的穩(wěn)定條魚件，雖布置了棚大噸位系統(tǒng)預遷應(yīng)力錨索，但瘡邊坡的穩(wěn)定仍貝處在臨界狀態(tài)切。經(jīng)綜合分析銷比較，最終選粘定增加綠5悼根抗滑樁，采恭用錨索和抗滑帖樁等綜合加固仍措施?？够瑯顿V為減2.0mx耳5.5m委的橢圓形斷面艘。們其他加固悄措施業(yè)：砍①牧減載業(yè)；概②穴加大、累跟加高消力塘乳2勞號中隔墻上游方端斷面寬；歌③鄉(xiāng)加強款3醬號排沙洞出口尿洞段混凝土襯蠢砌的整體性，騎分塊間加連接嗎鋼筋和鍵槽滾；塘④扯增加三道鋼筋冊混凝土支擋墻炭，墻厚塔2m立，墻頂高程午165.0m佛；肢⑤蘭用混凝土蓋板慨封閉坡頂趣170m僑高程平臺等：文五、預應(yīng)力錨域索設(shè)計1．技術(shù)標準肥采用美國土材料試驗學會盟ASTMA4棕16汪-87A柱標準，略270狡級。每股鋼絞待線由例7第根貸φ汗5羨低松弛高強鋼香絲組成，公稱推直徑投15.24m艇m扶，單股鋼絞線扒最小破斷力右260.7k場N盲。灘2躁．材料保證強抬度利用系數(shù)甲進、出口丑邊坡雙層保護縣預應(yīng)力錨索材蔥料保證強度利惕用系數(shù)如表貓5沾所列。菊表趁5濱材料強度利撞用系數(shù)寒3啄．內(nèi)錨固段長霉度設(shè)計矩內(nèi)錨固段憐長度由以下三驅(qū)個條件確定術(shù)：混①率保證水泥凝固廟體不沿孔壁產(chǎn)次生剪切破壞煎；銷②奸保證水泥凝固季體與鋼絞線有瞞足夠的握裹力酬；野③吊對雙層保護錨氧索，閥PVC公波紋管內(nèi)、外腿壁與水泥凝固誘體不產(chǎn)生剪切滑破壞。飄滿足上述挖三個條件裸露宿的鋼絞線長度謎分別為懲L1族、嘗L2插、定L3芝，并取其大者核。移Li辣由下式計算逮股Li=kP/鍋π畫dici(遼ij=1,2幸,3)達上式中航k銀為安全系數(shù)，院取掀2.0演；凈P判為錨索的最大鼓張拉荷載；撒di固為計算直徑，按對于鋼絞線筍di=n·d存，芝n求為鋼絞線股數(shù)質(zhì)，設(shè)d夜為鋼絞線的公厘稱直徑；冰ci秘為黏結(jié)力，對廁于砂巖、黏土孤巖，盲c1=1.0鋸MPa增；水泥凝固體歷與鋼絞線，劍c2=2.0趨MPa燈；水泥凝固體財與爪PVC泡波紋管，景c3=5.0礙MPa雀。蛇進、出口摩邊坡雙層保護才錨索內(nèi)錨固段杠長度、鉆孔直跨徑詳見表宮6妖。開表旺6愚雙層保護錨鄙索施工參數(shù)