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文档简介

贵州省岩石力学与工程学会 20 11年度学术交流论文集 索风营水电站中坝碴场护坡失稳分析及修复治理 宗美宏 , 段金林 ( 中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院 , 贵州贵阳5 50 08 2) 摘要 : 本文主要详述了中坝硅场 的现状 , 对 中坝硅场 护坡的失稳原因进行深入分析 , 给出最合理的修 复治理措施 。 通过地面水及地表水的引排 、 渠身修复 、 边坡修复加固等综合治理措施 , 满足碴场 的长期稳定 要求 。 关键词 : 中坝珍场 ;护坡失稳;排水工程;修复治理 。 O 工程概况 中坝碴场位于左岸下游中坝冲沟 , 距坝址水平距离约 Ik m , 其容积从高程76 4 m 一 84 4m 为 24 2 x 104扩 。 中坝冲沟常年有水 , 按最大暴雨汇水面积测算 , P = 1 0%的频率洪水流量为1以m , s / 。 高程 76 4m 一 84 4m 的 自然坡度约为 10 0 , 水流在高程 75 2m 处汇人乌江 。 中坝弃碴场永久综合治理措施完成后至 20 08年8月9日 , 弃碴场一直稳定 。 2X ( )8 年 8月 1 0 日乌江索风营水电站区域发生超设计标准(P = 5% )大暴雨 , 中坝弃碴场靠河道局部边 坡出现垮塌 , 人河石碴约 1 . 0万扩 。 1 中坝碴场现状 在中坝碴场永久治理实施的时候 , 未完全按照设 计单位的设计图纸来进行 。 由于多种原因仅完成了主 沟明渠进水口 、 明渠段 、 台阶消能的施工 , 未完成消力 池 、 钻孔灌注桩及右侧分支明渠 的布置 。 由于堆碴超 出规划 , 在明渠下游约 4 0 m 处 , 增加了一条平行的副 明渠 。 中坝碴场现有主 、 副明渠排水 , 出口消能跌坎及部 分坡面被冲毁 , 见图 1 。 2 护坡失稳原因分析 根据多次现场勘察 , 经研究分析 , 中坝碴场发生局 部护坡垮塌原因如下 : 图1 中坝碴场现状 (l )中坝碴场右侧# 2冲沟未按设计要求修建明渠将山洪拦截引进人明渠 , 相当大的洪水从堆碴体内部 流走 , 抬高了堆碴体的浸润线 , 加剧对护坡坡脚的冲刷 , 导致局部护坡坡脚失稳 。 ( 2 )超设计标准洪水通过排水明渠局部裂缝或排水孔 (原设计没有) 进人明渠底板以下碴体 , 抬高碴体 浸润线 , 加剧对碴体的冲刷 , 加大动水压力和静水压力 , 增大对护坡的不利作用 。 (3 )由于堆碴体自由沉降导致明渠和消能跌坎出现裂缝 , 没有及时维护和修补 , 山洪潜人台阶下 的碴 体 , 扩大了破坏能力 。 (4 )由于地下水的冲蚀 , 跌坎末端的河滩基础变形导致跌坎末端破坏 , 从而跌坎水流冲刷坡脚 , 形成坡 面和跌坎的循环破坏 。 综上所述 , 中坝弃碴场局部垮塌主要原因为超设计标准洪水通过以上途径进人堆碴体 , 抬高了堆碴体的 一 24 1 一 贵州省岩石力学与工程学会 2 0 1 1 年度学术交流论文集 浸润线 , 冲刷坡脚基础 , 导致局部护坡坡脚失稳 , 引起局部护坡垮塌 。 3 中坝碴场排水工程修复治理措施 3 . 1 防洪标准 根据水电水利工程边坡设计规范(D口T 5353一20 06)5 . 0 1和5 . 0 . 2 条 , 中坝弃碴场失事仅对建筑物 正常运行有影响而不危害建筑物安全和人身安全的 , 该边坡级别可以降低一级 , 为 A类l 级边坡 。 根据水利水电枢纽工程等级划分及设计标准( 山区丘陵部分 )(SD J1 2 一刀8 ) 及补充规定 , 参照防洪 标准( GB50 20 1一刁4)4 . 0 . 5 条对尾矿坝的有关规定 , 综合考虑碴场容量 (2 4 2万m , ) 、 堆碴高度 、 可能对下游 造成的危害 、 经济合理和安全可靠的相关因素 , 确定碴场建筑物为W等 , 相应 防洪设计标准 为 3 0 一 5 0年一 遇 。 综合以上分析 , 中坝弃碴场边坡为 A类1 1 1 级边坡 , 持久工况安全系数为 1 . 巧 一 1 . 0 5 , 防洪设计标准为 3 0 年一遇 。 3 . 2 综合治理措施 根据护坡失稳原因分析 , 中坝弃碴场局部垮塌主要是由于超设计标准洪水引起 。 因此中坝碴场加固处 理措施主要为排水 , 辅以坡面修复 。 具体的治理方案有以下四个 。 方案一 : 改造副明渠泄流 , 治理措施包括上游冲沟水引人主明渠 、 主明渠修复和加高 、 副明渠修复 、 主明 渠汇人副明渠 、 消能 、 地下排水 、 坡面修复及河道清理 。 方案二 : R号堆积体挖明渠泄流 , 治理措施包括上游冲沟水引人主明渠 、 主 明渠修复和加高 、 副明渠修 复 、 主明渠汇人副明渠 、 尾水明渠及消能 、 地下排水及坡面修复 。 方案三 : 原设计方案修改完善 , 治理措施包括上游冲沟水引人主明渠 、 主明渠修复和加高 、 副明渠修复 、 地下排水 、 主明渠尾水消能及坡面修复 。 方案四 : n号堆积体隧洞泄流 , 治理措施包括上游 冲沟水引人主明渠 、 主明渠修复和加高 、 副明渠修复 、 主明渠汇人副明渠 、 穿过2#堆积体的泻流洞 、 尾水明渠 及消能 、 地下排水及坡面修复 。 最终 , 业主方选择了第二个方案R号堆积体 挖明渠泄流 。 治理措施总布置见图 2 。 ( l )上游右冲沟水处理 该冲沟水流没有引人主明渠 , 直接进人中坝弃碴 场碴体 内 , 需将该冲沟水流汇集 并引人明渠 。 该冲沟 洪峰流量(3 P . 3% )为5 7 . 6m , / s; 明渠总长 20 0 . sm ; 依 据地形明渠前部分坡比1 0 % 、 后部分 3% ; 明渠矩形断 面 , 净尺寸为3 . sm x Zm(底 x 宽) ;底板为5 0em 厚 C20 混凝土 , 侧墙为4 0 c m 厚 M 7 . 5浆砌石 , 过流面为 1c 0m 厚CZO混凝土 。 明渠基础挖填结合 。 ( 2 )主明渠进水口处理 图2 中坝碴场治理措施总布里图 经现场踏勘 , 主明渠底板被崩塌石碴覆盖 , 有个别大石块 , 推测主明渠底板局部砸坏或没连接到冲沟底 部 , 导致部分冲沟水没有进人明渠 , 流人地下 。 可采取清碴 、 修复底板方案 : 先人工清除沟内石碴至沟外 , 然 后浇筑钢筋混凝土底板 。 (3 )主明渠渠身修复 主明渠底板多处出现冲坑 , 主要采取底板修复 , 在主明渠底板浇筑 1c 0m厚C2 0 混凝土 , 冲坑位置用 C2 0 混凝土填实 , 并将排水孔封堵 。 一 24 2 一 责州省岩石力学与工程学会20 1 1年度学术交流论文集 ( 4 )主明渠渠身加高 根据本地区的气候及降雨特性 , 主明渠进口洪峰流量 (玛 . 3% )为5 8 m , / , , 与上游冲沟明渠汇合后洪峰 流量( 玛 . 3% )为 116m 3/s。 排水明渠泄流能力按明渠水力学公式计算 : Q = 华己粤些拱 二 ( l + 2丫l + 耐 h。) “ J l 5乃 。, , , b J i ,/ 式中 : Q一过流量 , 扩s / 。 嘛一正常水深比 , h、 = ho/b 。 断面边坡系数 。 b一渠道底宽m 。 i一渠道底坡 。 h 0一正常水深 , m 。 n 一糙率 , 混凝土取 0 . 01 4 。 主明渠净尺寸约为3m(底宽 ) x Zm(高) 计算结果见表 1 。 表 1 ,侧墙坡比 1:0 . 3 , 底坡约为2% 。 排水明渠泄流能力 水水深 h。(m) ) ) 主明渠下泄流量 Q(m今 s ) ) ) 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 . 5 5 58 . 48 8 8 l l l l l 2 4 . 98 8 8 1 1 1 . 5 5 5 4 6 . 48 8 8 1 1 1 . 7 7 756 . 65 5 5 2 2 2 2 272 . 89 9 9 2 2 2 . 7 7 7116 . 75 5 5 3 3 3 . 1 1 114 5 . 54 4 4 通过以上计算可以看出 , 主明渠进口段满足泄洪要求 , 汇合后不能满足泄洪要求 , 需加高 。 根据过流能 力计算 , 考虑超高 , 明渠侧墙需达 3m , 方满足设计流量要求 , 即需加高 l m 。 侧墙加高后 , 在侧墙后回填土 石 。 (5)副明渠进口处理 副明渠进口存在石碴多 ,翼墙挡水长度不够, 需设挡碴坎 , 加长翼墙 。 (6)副明渠渠身修复 副明渠局部侧墙撞毁 、 淤积严重 、 边坡塌方严重 。 主要采取修复明渠 、 清除沟内石碴 、 治理明渠边坡 。 副明渠设计流量为(玛 . 3% )为2 7 . sm , / s 。 现副明渠净尺寸为3m(底宽) x Zm(高) , 侧墙坡比 1 : 0 . 3 , 底坡约为2% 。 经过流能力计算 , 考虑超高 , 副明渠过流能力满足泄洪要求 。 (7) 主明渠汇人副明渠 主明渠汇人副明渠部分 , 设计流量为 (玛 . 3% ) 为 11 6m , / s。 由于高差较大 , 明渠后段采用跌坎形式 ;该 部分明渠总长5 7 . 7m , 其中跌坎段长o r m , 渠道段长4 7 . 7m , 坡比2% ; 明渠底净宽3m ; 考虑石碴开挖施工稳 定 , 侧墙坡比为 1 : ; l 开挖永久边坡坡比 1 : 1 . 5 。 一2 4 3 一 贵州省岩石力学与工程学会 20 11年度学术交 流论文集 ( 8 )出口明渠及消能 主明渠流量大于副明渠 , 主明渠汇人副明渠后以出口明渠直线穿过 2# 堆积体 , 再沿着堆积体做跌坎和 消力池消能 , 将水引人乌江 。 跌坎总长 1 37m , 高差 5 9 m , 依地势采取 3级变坡 , 坡比分别为 1:4 、 1 : 1 . 3 、 1:5 。 跌坎过流断面采用矩形 断面 , 底宽从汇合段的4m渐变为7 m , 边墙高3m 一 4m , 厚50 c m 。 跌坎侧墙和底板采用 C2 0 二级配混凝土 , 底板采用双层配筋 。 为改善跌坎地基的摩擦力 , 跌坎下部布置了钢管桩伸人地基 8 一 10m , 间排距 2 x Zm 。 跌坎右侧 1:1 . 5 填碴 , 1 : 1开挖;左侧开挖边坡为1:0 . 7 5 , 采取喷锚支护 。 消力池为 CZO钢筋混凝土结构 , 长约1 8 m , 边墙高3 . sm , 底板宽从 7m 扩散至1 5 m , 底板厚 lm 。 在底板 设置深 2 8 m 的钻孔灌注桩 , 间排距约sm , 最后一排钻孔灌注桩延伸1 8 m 左右 , 与岸坡钻孔灌注桩连接 。 ( 9 )岸坡修复 岸坡已破坏 , 需修复 : 由于人河石碴约 1 . 0万扩 , 对施工营地取水口及电站尾水有影响 , 需清理 。 为防止乌江水流掏蚀岸坡坡脚 , 沿岸坡布置一排钻孔灌注桩 , 间距 sm 。 坡脚采用混凝土护坡脚 , 坡面采用干砌石压坡 。 坡脚和坡面布置排水孔 , 坡脚

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