进出口高边坡施工期稳定性及加固技术

进出口高边坡施工期稳定性研究及加固技术小浪底水利枢纽进口高120m的边坡上，共布置15条大断面隧洞的进口，出口边坡上布置9条泄洪洞和正常溢洪道出口，最大泄量达17000m3/s。进、出口高边坡地质条件复杂，地位重要，因而其稳定问题成为本工程最具挑战性的课题之一。一、工程地质条件1．进口边坡进口边坡走向NE23°倾向NW，前缘宽约280m，开挖坡度为1:0.2。出露地层为三叠系下统T13～T15，其平均饱和抗压强度大于60Mpa，岩层倾向下游，倾角8°～12°，属反向坡。该区发育四组节理中，走向10°～20°、倾向NW及走向50°～60°、倾向NW，倾角80°以上的两组节理对进水塔后边坡的稳定起控制作用。2．出口边坡出口边坡出露地层主要为三叠系T16地层，其中软岩地层占61％。岩层倾向下游，开挖坡度为1：0.85，为顺向坡。出口边坡宽319m，F236(F238)断层及其分支断层在此交会并发生偏转，在三个亚区中，以2、3号明流洞中心线之间的Ⅱ区边坡地质条件最差。在出口区发育的三组节理中，走向17°、倾向NWW、倾角71°的一组节理对边坡的稳定起控制作用。二、节理岩体抗剪强度的研究1．节理岩体抗剪强度指标的确定衔在小浪底痛工程中主要采缸用以下两种方恩法确定节理岩宣体的抗剪强度厉指标。率铅(1)谜以节理连通率愧为权值的岩体凑抗剪强度取值氏方法按下式计汪算岩体的抗剪截强度指标：邻霸fi=着α漠[fj·k+援f0(1-k律)],ci=热b[cj·k复+c0(1-载k)]围式中阁fi乒、启ci概为岩体的摩擦尾系数、凝聚力野；污fi奉、伸ci塌为节理面的摩蝴擦系数、凝聚盈力文;f0妥、票c0联为岩桥部分的提摩擦系数、凝离聚力惧；帆α昏、滥b若为折减系数；马k杨为节理的连通耍率。居考虑到岩赴体的破坏是在耽力的长期作用嗓下的渐进过程仔，且抗剪强度猎指标中凝聚力幕会有很大的削故弱，为此将求权得的犁fi游取其滚0.8抵倍，爱ci姻取其爬0.1煮倍作为建议值筹。我获(2)当用依Hoe负k脚—佳Brown血经验准则确定切抗剪强度指标方上述两种烂方法求得的节蛛理岩体的抗剪大强度指标见表皂1刊。颈表锣1号各岩组岩体右的抗剪强度指沟标历2育．泥化夹层抗爸剪强度的试验结研究世犬(1)晋类型漠按其泥化渡程度、颗粒组晚成和厚度变化趴，大致可分为苦五种类型：全箩泥型、泥夹角戚砾型、泥夹粉炊砂或粉砂夹泥窝型、泥膜型、朋角砾夹泥型。泥才(2)紧抗剪强度试验伏研究票遇叉①赵中型剪固结快销剪试验。试件舞尺寸苦20cmx唯20cm捎，试验成果见愧表去2凶。雨表搭2浙泥化夹层中概型固结快剪试堆验成果虫注：括号内的吓数为平均值。睡柏绞②环中型剪固结慢怨剪试验。剪切软速率蜂0.02罚～暮0昏.002mm孝/min鲁，使泥化夹层势在剪切过程中娘充分排水，其述试验成果为钓T=0.0填071+0.粒2580蛋σ劲。点雨争③华现场大型直剪挥试验，，试件岛尺寸筹50cmx买50cm松、齿70cmx茅70cm御，个别为纹100cmx宁100cm勾。试验结果为索：饱和固结快饥剪，上c=0冈，杏tg是φ攻=0.19努；饱和固结快涂剪，限制侧向梯膨胀，荒c=0.00亡4MPa盈，世tg订φ积=0.23烘；固结慢剪，芳c=0.00粱5MPa乳，盲tg框φ吓=0.25戚。司三、稳定性研面究1．设计标准库建筑物等妻级：爆I反级。设计地震萍：施工期愤7报度，水平地震们加速度犯0.10g寿；运用期梳8妄度，水平地震切加速度滨0.215g渴。抗滑稳定最帆小安全系数标博准见表铜3不。低表环3泡最小安全系夏数2．破坏模式弱碰(1)偶进口边坡字根据进口壤边坡出露地层次岩性、岩层及母节理裂隙产状敢判断，其可能封的破坏模式有宽：奶NNE来向节理与吐NW疼走向的节理相疼互交切形成的库分离体穿过软纤岩均TlS-J毒或坡脚处范T13-2评塑性剪切区千或执“山层间剪切破碎情带膛”蚁的切层滑动形派式；局部破碎大岩体的崩塌和粘卸荷板裂。巷梨(雀2)歇出口边坡串可能的破改坏模式有：广I谎、虽Ⅲ矛区边坡无断层难通过，其破坏搜形式为以纺NNE灭向节理为后缘亚与岩层层面或绑泥化夹层组成铲的顺层滑动废；善Ⅱ兰区边坡由于断由层发育、岩体叔破碎，除以呈NNE折向节理或断层烘为后缘的顺层历滑动破坏外，份另一种破坏形价式为沿破碎岩间体的圆弧滑动欠。3．分析方法茄进口边坡手主要采用三种敲方法：用刚体骆极限平衡方法孕确定稳定安全雾系数和需要施健加的锚固力；泄用非线性有限昂元法，分析整牺个边坡的应力勇、变形状态及友塑性区的范围腰，据此确定加誉固的范围及锚肃索长度；按单骤一岩体吩(仇T15-1尺岩层为进口边丢坡软岩含量最闲大的岩层屡)评指标，用二维肃边界元法分析而边坡内安全系垒数的分布情况慰，以验证加固即设计的合理性房。凡出口边坡腿稳定分析主要萄采用两种方法柄。对于欲I夏、址Ⅲ告区边坡，主要葵为顺层滑动的双失稳模式，故瓦采用传统的刚节体极限平衡分沫析方法艰；姥Ⅱ派区边坡为断层排交会带，岩体蔬破碎，采用改敞进的删Sarma酸法和相应的杠EMU辜计算程序。出献口边坡采用的吗计算参数如表烂4起所列。矩表捆4括出口边坡采主用的抗剪强度验指标四、加固设计1．进口边坡泡系统砂浆窃锚杆烘：慈Φ兔32菜锚杆，长界8饭～奴12m爆相间布置，间渣、排距均为刻3m绩。喷混凝土：逗210m咬高程以上喷钢旺纤维混凝土厚敬10cm柱，钢纤维含量头60kg家/m3吨，分三层施喷鹊。垫层厚赴3cm运，喷素混凝土向；中层喷钢纤协维混凝土，厚袍4cm云；面层喷素混散凝土，厚抱3cm堡。钢纤维长度煌20谱～液50mm共，长径比拜25响～及100窜，抗拉强度大撑于稿500MPa鞠。涛210m铸高程以下喷素摸混凝土，厚阻10cm糟。排水：龄210m朝高程以上布置州0100赌的排水孔，间姨排距均为辽3m任。孔深钞7济～比2m过，并上仰缠10°苏。预应力锚索脊：毒250m但高程以上，为绸防止边坡岩体蛙沿教NNE晨一组节理的卸情荷板裂，在不柏同部位布置住600kN恼、恶800kN丸、贡1200kN循、痒1500kN饰级锚索，锚索哑长度或20厉～呢35m际，锚索间、排威距均为冈6m叹；笋250恶～羞210m秋高程间，该区桃位于边坡的腰寇部，王1000kN逐级锚索长摸30m份、辜35m做相间布置，间仇、排距均为状许6m迫。到250危～坚230m坟高程间，采用遥全长黏结式锚企索；菠230m链高程以下采用糕一次注浆的双刑层保护锚索。棍210m岂高程以下的坡俘脚部位，为隧电洞进口区，位跑置重要，该区赤布设篮2000kN链级双层保护锚卡索，锚索间、跳排距叶6册～胶9m盾，长颈35竖～充40m碧相间布置，锚般索倾角大多数银为上仰狱15°私。2．出口边坡旋出口边坡抄的稳定，施工抛期主要是控制兽工况。突排水：在瞧消力塘周边的恼边坡内小115m朴高程布置一条极贯通性排水隧斧洞，布裤设尾Φ望100掌排水孔，孔深罗lO部～邪15m蓝。位于节理密纤集带、断层带敢内的排水孔内泻设置组合过滤思体。须挂网喷混甚凝土：喷混凝滤土厚绝0.1m邻，挂钢筋网为断镜Φ诱6泉，间距坏0.2mx番0.2m未。榨系统砂浆岁锚杆：绣NNE屠向一组节理与龄岩层层面或泥浑化夹层组合，疯形成很多潜在请的不稳定楔形川体，为此设骗置冰Φ津32抽、长皱10m安、作12m粱相间布置的系念统砂浆锚杆，脱间距撕1.0尿～假2遥.0m城。解预应力锚宇索：采用锚索跨作为出口边坡冶的主要加固措只施，出口边坡舌共布设应2000kN米、竭3000kN宴级双层保护预霉应力锚索蒸372杏根，锚索长奔35面-55m叶，根据不稳定鉴岩体条件，锚母索方向下倾严10°戒～碧25°希。象抗滑桩饮：庙Ⅱ弱区边坡由于断笛层交会，岩体每破碎，泥化夹枝层发育，岩层猫倾角由斩9°慈变为抹14°阻～赞21°兆，恶化了该区司边坡的稳定条鱼件，虽布置了棚大吨位系统预迁应力锚索，但疮边坡的稳定仍贝处在临界状态切。经综合分析销比较，最终选粘定增加绿5悼根抗滑桩，采恭用锚索和抗滑帖桩等综合加固仍措施。抗滑桩贿为减2.0mx耳5.5m委的椭圆形断面艘。们其他加固悄措施业：砍①牧减载业；概②穴加大、累跟加高消力塘乳2劳号中隔墙上游方端断面宽；歌③乡加强款3酱号排沙洞出口尿洞段混凝土衬蠢砌的整体性，骑分块间加连接吗钢筋和键槽滚；塘④扯增加三道钢筋册混凝土支挡墙炭，墙厚塔2m立，墙顶高程午165.0m佛；肢⑤兰用混凝土盖板慨封闭坡顶趣170m侨高程平台等：文五、预应力锚域索设计1．技术标准肥采用美国土材料试验学会盟ASTMA4棕16汪-87A柱标准，略270狡级。每股钢绞待线由例7第根贷φ汗5羡低松弛高强钢香丝组成，公称推直径投15.24m艇m扶，单股钢绞线扒最小破断力右260.7k场N盲。滩2躁．材料保证强抬度利用系数甲进、出口丑边坡双层保护县预应力锚索材葱料保证强度利惕用系数如表猫5沾所列。菊表趁5滨材料强度利撞用系数寒3啄．内锚固段长霉度设计矩内锚固段怜长度由以下三驱个条件确定术：混①率保证水泥凝固庙体不沿孔壁产次生剪切破坏煎；销②奸保证水泥凝固季体与钢绞线有瞒足够的握裹力酬；野③吊对双层保护锚氧索，阀PVC公波纹管内、外腿壁与水泥凝固诱体不产生剪切滑破坏。飘满足上述挖三个条件裸露宿的钢绞线长度谜分别为惩L1族、尝L2插、定L3芝，并取其大者核。移Li辣由下式计算逮股Li=kP/锅π画dici(辽ij=1,2幸,3)达上式中航k银为安全系数，院取掀2.0演；净P判为锚索的最大鼓张拉荷载；撒di固为计算直径，按对于钢绞线笋di=n·d存，芝n求为钢绞线股数质，设d夜为钢绞线的公厘称直径；冰ci秘为黏结力，对厕于砂岩、黏土孤岩，盲c1=1.0锯MPa增；水泥凝固体历与钢绞线，剑c2=2.0趋MPa灯；水泥凝固体财与爪PVC泡波纹管，景c3=5.0碍MPa雀。蛇进、出口摩边坡双层保护才锚索内锚固段杠长度、钻孔直跨径详见表宫6妖。开表旺6愚双层保护锚鄙索施工参数