抗剪樁在拱壩除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

楊正猛，楊浩秋，陽 炎

(貴州省黔東南州水利電力勘察設(shè)計(jì)院，貴州 凱里 556000)

抗剪樁在拱壩除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

楊正猛，楊浩秋，陽 炎

(貴州省黔東南州水利電力勘察設(shè)計(jì)院，貴州 凱里 556000)

三穗縣貴秧水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程大壩為漿砌石單曲拱壩，壩高30.5m，大壩右拱端上部壩基礎(chǔ)置于強(qiáng)風(fēng)化帶變余凝灰?guī)r上，產(chǎn)狀為289°∠25°，傾向左岸，右岸順向坡，地表強(qiáng)風(fēng)化層風(fēng)化卸荷裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性較差。經(jīng)計(jì)算，基礎(chǔ)處于強(qiáng)風(fēng)化帶的頂部拱圈右拱端其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。工程措施若在右拱端拱向上增設(shè)重力墩，則勢(shì)必對(duì)右拱端邊坡深挖，造成右岸順向坡邊坡穩(wěn)定問題，增大邊坡開挖量及處理成本，且不利于環(huán)境美觀，為此該拱壩除險(xiǎn)加固在右拱端頂部采用抗剪樁進(jìn)行加固處理，經(jīng)計(jì)算，采用抗剪樁處理后右拱端抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，且工程投資相對(duì)節(jié)省，同時(shí)不需對(duì)現(xiàn)狀邊坡造成深挖破壞，利于環(huán)境美化。

拱壩；右拱端；抗滑穩(wěn)定；工程措施；抗剪樁

1 概 述

三穗縣貴秧水庫(kù)位于貴秧河的中下游，地處三穗縣長(zhǎng)吉鄉(xiāng)，距三穗縣城 22km。壩址以上流域面積70km2。工程任務(wù)以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有水產(chǎn)養(yǎng)殖等功能。貴秧水庫(kù)總庫(kù)容302萬 m3，最大壩高為30.5m。工程規(guī)模為小(1)型，工程等別為IV等，永久性主要建筑物大壩為4級(jí)建筑物。壩區(qū)樞紐由大壩、壩頂表孔泄流，壩身放水底孔和灌溉取水孔等組成。貴秧水庫(kù)于1979年修建完工，2009年進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

2.1 大壩體型

貴秧水庫(kù)大壩為100#漿砌塊石單曲拱壩，壩頂高程662.0m，壩底高程631.5m，最大壩高30.5m，壩頂厚4.3m，壩底厚8m。壩頂最大弧長(zhǎng)為101.42m。壩體體型參數(shù)見表1。

表1 拱壩體型參數(shù)表

2.2 計(jì)算組合

2.2.1 基本荷載組合

1)死水位+相應(yīng)下游水位+泥沙壓力+自重+溫升。

2)正常蓄水位+相應(yīng)下游水位+泥沙壓力+自重+溫降。

3)設(shè)計(jì)洪水位+相應(yīng)下游水位+泥沙壓力+自重+溫升。

2.2.2 特殊荷載組合

校核洪水位+相應(yīng)下游水位+泥沙壓力+自重+溫升。

2.3 計(jì)算參數(shù)

死水位 644.58m，相應(yīng)下游水位 631.50m；正常水位 656.90m，相應(yīng)下游水位 631.50m；30a一遇設(shè)計(jì)洪水位 658.76m，相應(yīng)下游水位 633.25m；200a一遇設(shè)計(jì)洪水位 659.45m，相應(yīng)下游水位 634.09m；壩體彈模4.5×103Mpa、強(qiáng)風(fēng)化帶基巖變形模量2Gpa，弱風(fēng)化帶基巖變形模量4Gpa，抗剪斷參數(shù)強(qiáng)風(fēng)化帶f/=0.45，c=100kPa，弱風(fēng)化帶f/=0.65，c=350kPa[1]。

2.4 計(jì)算公式

計(jì)算公式采用《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]SL25—2006抗剪斷公式計(jì)算。

(1)

2.5 計(jì)算結(jié)果

采用分層切條計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2：

表2 右岸分層小塊體法壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總

3 計(jì)算結(jié)果分析

從表2可以看出，右壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在頂部拱圈高程 662.0m拱圈，其基本組合設(shè)計(jì)以及特殊組合校核水位下穩(wěn)定安全系數(shù)低于規(guī)范要求的壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

4 工程處理措施

針對(duì)右壩肩頂拱高程 662.0m拱圈在設(shè)計(jì)和校核水位工況作用下其分層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)低于規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)定安全系數(shù)，在工程處理措施上可采取常規(guī)措施在右岸頂部拱圈拱向上設(shè)置重力墩來進(jìn)行加固解決，但鑒于該工程為早期已建工程，兩岸邊坡植被繁茂。在工程措施上若采用常規(guī)重力墩來進(jìn)行加固處理，則勢(shì)對(duì)右拱端邊坡進(jìn)行深挖，且右岸邊坡為順向坡，易導(dǎo)致新的邊坡穩(wěn)定問題，同時(shí)不利于現(xiàn)狀邊坡環(huán)境美觀，為此該拱壩除險(xiǎn)加固在右拱端頂部采用抗剪樁進(jìn)行加固處理。

抗剪樁加固計(jì)算原理：對(duì)右壩肩分層穩(wěn)定計(jì)算其穩(wěn)定安全系數(shù)不足規(guī)范要求的頂拱拱圈采用由抗剪樁來承擔(dān)壩肩的剩余力。

4.1 壩肩剩余力計(jì)算

根據(jù)壩體分層穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，采用試算法進(jìn)行調(diào)算，當(dāng)作用于頂部拱圈高程 662.0m的切向力值由原來在特殊工況(校核水位)情況下的1500kN/m減小到1410kN/m時(shí)，經(jīng)分析計(jì)算其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K為2.55大于特殊工況下規(guī)范規(guī)定的容許安全系數(shù)2.5；當(dāng)作用于頂部拱圈高程 662.0m的切向力值由原來在基本工況(設(shè)計(jì)水位)情況下的1393kN/m減小到1313kN/m時(shí)，經(jīng)分析計(jì)算其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K為3.05>基本工況下規(guī)范規(guī)定的容許安全系數(shù)3.0。滿足規(guī)范要求。

堰頂拱圈高程656.90m到頂拱拱圈高程662.0m其高差為 5.1m。按 5.1m高差進(jìn)行計(jì)算，則在特殊工況(校核水位)情況下，總須減小切向力為459kN；基本工況(設(shè)計(jì)水位)情況下，總須減小切向力為408kN。

4.2 抗剪樁設(shè)計(jì)

由以上計(jì)算結(jié)果，最大須減小總切向力為459kN。此459kN壩肩切向力全部考慮由抗剪樁來承擔(dān)?？辜魳恫捎娩摴軜叮鶕?jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[3]JGJ94—2008，當(dāng)樁的水平承載力由水平位移控制，且缺少單樁水平靜載試驗(yàn)資料時(shí)，鋼樁可按下式估算單樁水平承載力特征值：

(2)

經(jīng)計(jì)算得管徑為 0.3m壁厚為 20mm的單樁鋼管樁水平承載力Rha=116kN。當(dāng)布設(shè)多根鋼管樁時(shí)，多根樁的效應(yīng)綜合系數(shù)取0.7，則當(dāng)布設(shè)6根管徑為0.3m壁厚為20mm的鋼管樁時(shí)，則6根鋼管樁總水平承載力為487.2kN大于最大須減小總切向力為459kN，故只需布設(shè)6根管徑為 0.3m壁厚為 20mm的鋼管樁即可滿足右壩肩頂拱高程 662.0m拱圈的抗滑穩(wěn)定安全要求[4]。

4.3 抗剪樁布置

鋼管樁管徑為0.3m，樁孔高為12m，錨固段長(zhǎng)度按總樁高的1/3～1/5計(jì)，取為3.5m。鋼管樁為Q235鋼，壁厚為 20mm，鋼管樁孔內(nèi)配置4根螺紋鋼直徑為 25mm鋼筋并于孔內(nèi)灌注一級(jí)配C25混凝土，鋼管樁外壁與壩體結(jié)合面采用固結(jié)灌漿密實(shí)。6根鋼管樁布置于右壩段，距頂拱拱圈 662.0m建基面長(zhǎng)約 7.5m順壩肩推力向分兩排布置，樁孔外壁凈間距為 1.2m?？辜魳恫贾靡妶D1：右拱端抗剪樁布置示意圖。

圖1右拱端抗剪樁布置示意圖

5 結(jié) 語

三穗縣貴秧水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程拱壩通過采用抗剪樁處理后右壩肩上部拱端抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，同時(shí)利于已建工程的環(huán)境美化，減少水土流失。

對(duì)于已建好的拱壩，在進(jìn)行拱壩分層穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，若部分拱圈層抗滑穩(wěn)定安全偏低于規(guī)范要求時(shí)，不一定要在拱端部采用重力墩來提高其抗滑穩(wěn)定性，可結(jié)合工程實(shí)際情況采用相適宜的處理措施同樣達(dá)到加固處理效果，在工程處理節(jié)約的同時(shí)，更利于美化環(huán)境，生態(tài)和諧。

[1]中華人民共和國(guó)水利部.SL258—2000水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

[2]中華人民共和國(guó)水利部.SL25—2006砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

[3]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[4]肖艷，張光科，劉超.石城子水庫(kù)砌石拱壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)[J].西北水電，2007(04)：34-36.

1007-7596(2014)01-0189-03

2013-11-25

楊正猛(1979-)，男，貴州黎平人，工程師，從事水利水電建筑設(shè)計(jì)工作；楊浩秋(1979-)，男，貴州興義人，工程師，從事水利水電建筑設(shè)計(jì)工作；陽炎(1982-)，男，貴州榕江人，工程師，從事水利水電建筑設(shè)計(jì)工作。

TV641.31

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