高边坡工程施工.docx
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高边坡工程施工
边坡工程（龙马水电站）
边坡规划
本工程边坡工程主要为左岸的电站进水口、厂房边坡，右岸的溢洪道边坡。
左岸建筑物区自然山坡较陡，一般在40º～50º之间，基本为裸露的弱风化岩石，岩层走向与自然坡面近乎垂直，对边坡稳定不利的结构面不发育，自然山坡稳定。
电站进水口边坡高150m，厂房开挖边坡高接近200m。
溢洪道最高开挖边坡位于引渠与闸室相交部位及泄槽尾段，坡高约120m。
溢洪道布置范围覆盖层垂直厚度一般<10m，引渠发育一个堆积体，其底界垂直埋深约25m，泄槽分布一滑坡堆积体（Hb1），其底界水平埋深约27m。
基岩岩性为石英砂岩夹泥质钙质砂岩及少量泥岩，岩层产状为N30°～45°W，NE∠47°～65°。
发育的Ⅲ级结构面共有F8、F9、F10、F11、F12及F14；Ⅳ级结构面较发育，主要有两组：
a.N10°～40°W，NE∠35°～65°,宽度一般为3cm～5cm，主要由碎裂岩、片状岩、糜棱岩、角砾岩和少量断层泥组成，平均发育间距约为11m（多为层间挤压面）；b.N23°～35°E，NW∠52°～80°,宽度一般为3cm～5cm，局部为10cm～20cm，主要为碎裂岩、片状岩和少量断层泥，宽处夹透镜体，平均发育间距约为17m；节理主要发育三组：
a.N10°～40°W，NE∠35°～65°；b.N15°～65°E,NW∠52°～80°；c.N15°～30°E,NW∠20°～35°（顺坡卸荷裂隙）。
强风化岩体下限埋深约10m～30m，岩体卸荷深度一般为30m～46m。
对溢洪道开挖边坡稳定不利的结构面较发育。
开挖边坡每20m高设一级马道，马道宽3m，开挖坡比：
弱风化1:
0.5，强风化1:
0.8，全风化及坡积层1:
1～1:
1.4。
岩石开挖边坡采取系统锚杆Ф25@2.5m×2.5m，L=6m、挂钢筋网Ф6.5@0.2m×0.2m、喷15cm厚混凝土支护，对存在不稳定楔形体部位视分布规模采取预应力锚杆、锚索加固，溢洪道边坡岩石较破碎并且范围较大部位用贴坡混凝土加锚索加固。
土质边坡主要分布在溢洪道引渠，开挖坡度相对较缓，下部用贴坡混凝土加锚索加固，上部用浆砌石护坡。
所有边坡均设排水设施。
边坡稳定分析
（1）基本资料
表5.4-45边坡稳定计算荷载组合
设计状况
作用组合
主要考虑情况
作用类别
备注
自重
外水压力
孔隙水压力
外荷载
地震作用
正常
雾化
持久状况
基本
组合
运行期，正常蓄水位情况
√
√
√
√
偶然状况
特殊
组合Ⅰ
洪水/水位骤降
√
√
√
√
特殊
组合Ⅱ
地震情况
√
√
√
√
√
表5.4-46岩体力学参数
编号
边坡性状
参数
天然容重
（KN/m3）
饱和容重
（KN/m3）
Фˊ（°）
cˊ
（KN/m2）
1
崩塌堆积体
24
40
20
22
2
接触带
17
20
20
22
2
强风化岩体
31
350
24
25.5
3
弱风化岩体
38.66
700
25.8
27
（2）进水口边坡稳定分析
进水口为2级建筑物，其边坡级别也为2级。
①.计算方法
计算应用软件为中国水利水电科学研究院改进的边坡稳定分析程序“EMU”，计算方法为边坡稳定极限分析能量法，并用YCW进行了边坡失稳模式分析。
计算中滑裂面由程序自动搜索，以确定最小安全系数。
②.计算工况及荷载
a.基本组合
a）.施工期：
材料的自重和孔隙水压力，其中孔隙水压力按孔压系数0.15确定（计算图中地下水位线较低，考虑施工期间的暴雨对边坡的影响）；
b）.运行期：
材料的自重和孔隙水压力，其中孔隙水压力系数取0.15。
b.特殊组合
运行+7度地震：
材料自重+孔隙水压力+地震作用，其中，地震作用按拟静力法计算，计算原理见《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-1997）,程序中输入的水平地震系数计算如下：
а=水平向设计地震加速度代表值×地震效应折减系数
=0.1g×0.25
=0.025g
③.计算结果
表5.4-47进水口边坡计算成果
滑面形式
工况
安全系数计算值
安全系数规范值
局部
施工期
3.997
1.15
整体
施工期
5.838
1.15
整体
运行期
5.838
1.15
整体
地震
3.849
1.05
经过计算分析，进水口边坡整体是稳定的。
边坡的开挖多处于弱风化部位及弱风化卸荷带，从弱风化破坏的可能性不存在，即发生整体破坏的可能性不存在，但从岩层层面与节理面、小规模结构面的组合分析，也存在楔形体破坏的可能性，因此在开挖中，根据实际揭露的地质条件，有针对性的布置一定量的预应力锚索进行加固。
（2）厂房边坡稳定分析
厂房为2级建筑物，其边坡级别也为2级。
①.计算方法及采用的地质力学参数同进水口边坡。
②.计算工况及荷载
a.基本组合
a）.施工期：
材料的自重和孔隙水压力，其中孔隙水压力按孔压系数0.15确定（计算图中地下水位线较低，考虑施工期间的暴雨对边坡的影响）；
b）.运行期：
材料的自重和孔隙水压力，其中孔隙水压力系数取0.15。
b.特殊组合
运行+7度地震：
材料自重+孔隙水压力+地震作用，其中，地震作用按拟静力法计算，计算原理见《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-1997）,程序中输入的水平地震系数计算如下：
а=水平向设计地震加速度代表值×地震效应折减系数
=0.1g×0.25
=0.025g
③.计算结果
表5.4-48厂房边坡计算成果
滑面形式
工况
安全系数计算值
安全系数规范值
局部
施工期
4.032
1.15
整体
运行期
4.374
1.15
整体
地震
3.784
1.05
经过计算分析，厂房边坡整体是稳定的。
边坡的开挖多处于弱风化部位及弱风化卸荷带，从弱风化破坏的可能性不存在，即发生整体破坏的可能性不存在，但从岩层层面与节理面、小规模结构面的组合分析，也存在楔形体破坏的可能性，因此在开挖中，根据实际揭露的地质条件，有针对性的布置一定量的预应力锚索进行加固。
（3）溢洪道边坡稳定分析
可研阶段对影响溢洪道开挖边坡稳定的不利结构面进行了现场岩石力学试验，以便分析研究边坡稳定性，相应采取加固处理措施。
计算应用软件为中国水利水电科学研究院改进的边坡稳定分析程序“EMU”，计算方法为边坡稳定极限分析能量法，并用YCW进行了边坡失稳模式分析。
计算中滑裂面由程序自动搜索，以确定最小安全系数。
溢洪道为1级建筑物，其边坡级别也为1级。
规范规定：
对于1级、2级边坡，应采取两种或两种以上常用计算分析方法，包括有限元法等进行验算，综合分析评价边坡变形与稳定安全性。
根据规范，水工建筑物边坡稳定计算分析应区分不同的荷载组合或运用状况，采用平面刚体极限平衡方法中的下限解法进行计算时，抗滑稳定安全系数应不小于下述规定（1料的自级边坡）：
施工期：
[K]≥1.25
运行期：
[K]≥1.25
地震：
[K]≥1.05
水位骤降：
[K]≥1.15
地震烈度：
根据《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-1997）规定，按7度进行本工程抗震设防。
a计算工况及荷载：
a）基本组合
施工期：
材重和孔隙水压力，其中孔隙水压力按孔压系数0.15确定（计算图中地下水位线较低，考虑施工期间的暴雨对边坡的影响）；
运行期：
材料的自重和孔隙水压力，其中孔隙水压力按假定浸润线确定。
b）特殊组合
运行+7度地震：
材料自重+孔隙水压力+地震作用，其中，地震作用按拟静力法计算，计算原理见《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-1997）,程序中输入的水平地震系数计算如下：
а=水平向设计地震加速度代表值×地震效应折减系数
=0.1g×0.25
=0.025g
b计算工况说明
正常蓄水位工况下，滑裂面上的水压通过孔压系数计算，孔压系数取0.15；
根据《龙马水电站现场岩石力学试验成果》，溢洪道边坡PD107内沿节理面的试验成果：
残余强度：
f=0.194MPa（11°），c=0MPa
峰值强度：
f，=0.234MPa（13°），c，=0MPa
c计算结果
下面列出溢洪道引渠、泄槽不能自稳边坡的计算成果。
表5.4-49溢洪道边坡计算成果表
位置
滑体高程
工况
安全系数
允许安全系数
备注
1-1
溢0-130.781m
EL.643m~EL.694m
正常
0.689
1.25
锚固力6200kN
（单宽）
地震
0.630
1.05
暴雨
0.641
1.05
2-2
溢0-102.242m
EL.647.5m~EL.716m
正常
0.560
1.25
锚固力8300kN
（单宽）
地震
0.511
1.05
暴雨
0.531
1.05
4-4
顺边坡开挖面
EL.623m~EL.690m
正常
1.176
1.25
锚固力1600kN
（单宽）
地震
1.026
1.05
暴雨
1.113
1.05
EL.623m~EL.668m
正常
0.765
1.25
锚固力6800kN
（单宽）
地震
0.716
1.05
暴雨
0.716
1.05
5-5
顺边坡开挖面
EL.644m~EL.703m
正常
1.878
1.25
/
地震
1.606
1.05
暴雨
1.790
1.05
EL.623m~EL.658m
正常
0.832
1.25
锚固力3400kN
（单宽）
地震
0.765
1.05
暴雨
0.778
1.05
6-6
溢0-177.312m
EL.624m~EL.682m
正常
0.748
1.25
锚固力5200kN（单宽）
表5.4-50溢洪道边坡可能发生楔形体滑动的结构面组合
编号
结构面组合（产状）
位置
Lmyq1
引渠段EL.703m以上
溢0-050.000桩号
Lmxc2
泄槽段EL.623m以上
溢0+115.000桩号
Lmxc3
泄槽段EL.623m以上
溢0+122.000桩号
Lmxc4
泄槽段EL.607.5m以上
溢0+138.000桩号
Lmck5
出口段EL.618m以上
溢0+360.000桩号
其中：
lmxc2，lmxc3，lmxc4与地质分析较吻合，lmck5节理面组合与施工中发生滑动部位楔形体吻合。
竟过计算分析，溢洪道边坡大部分是稳定安全的，但溢洪道引渠、泄槽部分边坡均需进行预赢利锚索加固。
下游河道护岸工程
设计原则
护岸工程属次要建筑物，为3级，按100年一遇洪水标准进行护岸设计，泄洪雾化防护标准相应按100年一遇洪水进行岸坡防护设计。
根据泄水建筑物出口岸边地质条件，结合有关资料进行工程类比，确定岸坡抗冲流速如下：
冲积层：
1.5m/s～2m/s；
强风化岩体：
3m/s～5m/s；
弱风化岩体：
8m/s～10m/s；
微新岩体：
12m/s～15m/s。
护岸范围内右岸地形坡度一般25°～35°，覆盖层厚一般0m～1.6m，下部基岩岩性为石英砂岩夹泥质钙质砂岩及少量泥岩，均为弱风化，稳定性较好。
但该段发育一组缓倾角的卸荷裂隙，与边坡夹角仅10°～30°，相应采取必要的加固处理措施。
左岸地形坡度一般12°～30°，530m～540m高程为少量坡积层覆盖，厚度约5.5m，520m～530m高程多为冲积层覆盖，厚度约6m～17m，下部基岩岩性为石英砂岩夹泥质钙质砂岩及少量泥岩，多为弱风化。
护岸工程上部发育崩塌堆积体B2，天然情况下是稳定的，但其组成物质松散，在泄洪雾化作用下含水量饱和后，可能产生失稳，部分挖除后，相应采取必要的加固处理措施。
水工模型试验研究成果表明：
导流隧洞出口流速较高；根据观察，库水位越高，导流洞对下游河床的冲刷越严重，因此，选用最高库水位575.12m进行试验、测量，最大岸边流速21.7m/s，距导流洞出口10m，位于右侧。
导流洞出口50m以下流速小于5.0m/s；最大岸边回流流速-3.31m/s，位于左岸排沙隧洞上游。
冲坑最深点496.80m，位于导流洞出口下游70m河道偏右岸。
因此，应对导流洞出口右岸进行保护。
排沙隧洞挑流水股对出口河床及河岸也有一定冲刷，特别是下闸蓄水期间及水库放空时，下游河床水位较低，冲刷相对严重；溢洪道在渲泄特大洪水时，河床及两岸有不同程度的冲刷；泄洪雾化降雨也将对岸坡产生冲刷；因此，应对泄水建筑物出口下游岸坡采取防护措施。
下游河岸保护范围按如下原则确定：
（1）根据模型试验成果，左岸护岸范围从排沙隧洞出口开始至下游285m处，右岸护岸范围为溢洪道挑流鼻坎下游100m左右。
（2）护岸工程安排在枯水期施工，12月至次年4月，5年一遇（P＝20％）洪水流量为460m3/s，相应河床水位为523m，因此护岸最低开挖高程选择在523m；下泄100年一遇洪水时，下游河床天然水位532.86m，泄500年一遇洪水，下游河床天然水位534.33m，因此，左右岸高程635m以下采用钢筋混凝土护岸。
崩塌堆积体稳定分析及处理措施
（1）地质条件
坝址河谷为横向谷，岩层产状对岸坡稳定有利，植被发育，岸坡稳定性总体较好。
但在局部地段，由于岸坡陡峻，冲沟切蚀，形成局部的倾倒崩塌。
坝址左岸分布有两个崩塌堆积体。
一号崩塌堆积体（B1）分布于左岸6号冲沟与8号冲沟之间，即排沙隧洞进口上游库区内，其地面平均坡度为31.5°，堆积体以上边坡平均坡度为45°。
崩塌堆积体后缘高程约630m，前缘高程约525m，宽约190m，水平厚度7.25m～23.75m，总体积约为（35～40）×104m3。
崩塌堆积体主要由孤石、块石、碎石组成，块石间充填有泥、砂、碎石等。
蓄水后B1位于正常蓄水位以下。
堆积体底部未见成层的细颗粒物质，无滑移迹象，堆积体（B1）在自然状态下是稳定的。
二号崩塌堆积体（B2）发育于左岸旧家箐下游，下游护岸工程范围上部，其地面平均坡度为38.5°。
后缘高程约710m，前缘高程约560m，堆积体宽度约210m，水平厚度8.85m～34.9m。
估计方量约（23～90）×104m3。
堆积体的组成物质为块碎石土，表层为坡积层，组成物质颗粒稍细，为碎石质粉土；下部以碎、块石为主，粘土充填，块石以紫红色砂岩及粉砂岩为主，块径一般为0.3m～1m。
岩块无磨圆及搬运迹象。
B2部位地表多为草、杂木林及部分橡胶林，植被发育，其前缘的公路上已有基岩出露，堆积体厚度极不均匀。
堆积体无滑移现象，在自然状态下是稳定的。
（2）下游护岸工程左岸边坡稳定分析
计算应用软件为中国水利水电科学研究院改进的边坡稳定分析程序“EMU”，计算方法为边坡稳定极限分析能量法。
计算中滑裂面由程序自动搜索，以确定最小安全系数。
边坡级别为2级。
表5.4-51边坡计算作用组合
设计状况
作用组合
主要考虑情况
作用类别
备注
自重
外水压力
孔隙水压力
外荷载
地震作用
正常
雾化
持久状况
基本组合
运行期，正常蓄水位情况
√
√
√
√
短暂状况
特殊组合Ⅰ
施工期
√
√
偶然状况
特殊组合Ⅱ
洪水/水位骤降
√
√
√
√
特殊组合Ⅲ
地震情况
√
√
√
√
√
表5.4-52岩体力学参数
编号
土层名称
参数
天然容重
（KN/m3）
饱和
容重
（KN/m3）
Фˊ（°）
cˊ
（KN/m2）
1
崩塌堆积体
31
30
20
22
2
强风化岩体
31
350
24
25.5
3
弱风化岩体
38.66
700
25.8
27
表5.4-53下游护岸工程左岸边坡稳定计算成果表
剖面
滑体高程
工况
安全系数
允许安全系数
备注
1
EL.520m~EL.623m
正常
0.822
1.15
锚固力5000kN
（单宽）
施工
0.983
1.05
地震
0.824
1.05
雾化
0.770
1.05
2
EL520m~EL.600m
正常
1.013
1.15
锚固力1900kN（单宽）
图5.4-100下游护岸工程左岸边坡计算剖图
（3）处理措施
经稳定分析，崩塌堆积体B1是稳定的，不进行处理。
下游护岸工程及崩塌堆积体B2采取如下处理措施：
沿左右岸护岸范围河边523m高程开挖5m宽施工平台并槽挖3m深作混凝土齿墙，在齿墙底部垂直打一排3Φ28@2.5m，L=18m锚筋桩锚固齿墙。
左岸：
岸坡相对较缓，为崩塌堆积体，在555m、534m高程留3m、5m宽马道，开挖坡比1:
1，对岸坡进行清理后，开挖面用1m厚混凝土贴坡衬砌，内外层配Φ20@200mm×200mm钢筋网，并设系统排水管，用2000KN，L=40m预应力锚索锚固岸坡。
右岸：
覆盖层较薄，其下为弱风化基岩，岸坡是稳定的。
在535m高程留3m宽马道，开挖坡比1:
0.8，对岸坡进行清理后，用Φ25@2.5m×2.5m，L=6m系统锚杆锚固岸坡，535m高程以下用1m厚混凝土贴坡衬砌，表层配Φ20@20cm×20cm钢筋网，并设系统排水管。
535m高程以上开挖面采用挂网、喷混凝土支护。
旧家箐冲沟治理工程
厂房位于旧家箐与把边江交汇口，旧家箐冲沟常年流水，为保证施工期安全及运行期冲沟中水流和泥沙不危及厂房安全，冲沟按如下原则进行治理：
（1）冲沟治理工程为3级次要建筑物，按100年一遇洪水标准进行治理设计；
（2）冲沟内设浆砌石泄水道，按渲泄100年一遇洪水流量166m3/s确定泄水道断面尺寸宽13m、高4m，因冲沟坡降较大，泄水道底板设计为阶梯式消能；
（3）冲沟内靠近排沙隧洞的交通洞进口设置拦渣坝一道，施工期禁止在冲沟中堆渣和弃渣。
拦渣坝高10m，采用浆砌石重力坝，坝基置于基岩上，溢流面宽13m，顶部设钢筋混凝土交通桥。
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