水庫除險加固工程中抗滑樁的設計分析

楊 麗

(廣東宇源水利發展有限公司,廣東 梅州 514000)

0 引言

水庫水位受到降雨、干旱等問題的影響,實時干擾著水庫坡體內動靜水壓力。軟弱帶遭到浸泡之后,土體的抗剪強度開始減小,水庫相關工程建設施加的荷載受到坡體穩定性的影響,也會出現較大的波動,造成水庫滑坡的隱患[1]。從孔隙水壓力的角度來看,水庫出水的滲流方向,同樣影響著水庫坡體的穩定性。水庫水位的變化速率與坡體穩定性呈負相關,滑帶上下的巖土層滲水環境存在一定的差異。當水庫水位下降時,滑坡穩定性變化趨勢呈現為“減-增-減”;當水庫水位上升時,滑坡穩定性變化趨勢呈現為“增-減-增”[2]。也就是說,水位上升時的坡體穩定性系數大于水位下降時的坡體穩定性系數。

正是受到水位上升、下降的循環差異影響,滑坡的前緣、中部、后緣均會受到一定程度的形變,造成水庫的牽引式滑坡隱患?？紤]到水庫工程施工條件的艱難性,研究人員根據水位變化、坡體穩定性、坡體巖土結構等特點,選用抗滑樁作為水庫除險加固工程的構件?？够瑯栋惭b完成之后,水位在周期性變化的過程中,能夠減少滑坡的阻滑力,在不斷循環的水庫水位中,保證水庫坡體處于一個較為穩定的狀態,從而確保工程的加固效果。為了更加真實地反映抗滑樁的應用性能,本文研究了水庫除險加固工程中抗滑樁的設計分析這一課題。

1 水庫除險加固工程中抗滑樁設計

1.1 鉆進水庫加固巖土層抗滑樁孔

本次工程主要采用了微型抗滑樁施工,并采用機械鉆孔的形式快速鉆進樁孔,保證抗滑樁整體施工效率。在抗滑樁施工的過程中,本文對施工現場潛孔錘鉆進鉆速對成孔速度作出記錄,如下表1所示。

表1 抗滑樁孔位鉆進作業表

如表1所示,本次工程在水庫坡腳處11 m深的位置鉆孔,鉆孔號分別為1-3-W、1-5-W。鉆進樁底部位時,采用1.5 m的跟管鉆進,耗時30 min左右。鉆進碎石層與顆粒大的巖層時,鉆進速率降低。水庫除險加固工程深部巖石堅硬,本文將巖層劃分成地面至地面以下2 m、地面以下2 m至地面以下6 m、地面以下6 m至樁底部。根據不同的巖層類型,選用不同的鉆頭與鉆進速度,確保鉆進效率符合施工需求。

1.2 調整水庫除險加固工程抗滑樁位間距

本文將抗滑樁布置在滑坡前緣,通過調整水庫除險加固抗滑樁位間距,減少水庫除險工程的蓄水形變隱患。本次工程選取三組不同長度的抗滑樁,分別為18 m、20 m、22 m,將其放在地面至地面以下2 m、地面以下2 m至地面以下6 m、地面以下6 m至樁底部的鉆孔中,樁間距調整情況如圖1所示。

圖1 樁間距調整示意圖

如圖1所示,抗滑樁在加固工程中,長度越長加固效果越佳。本文在水庫滑坡較陡的位置,布置間距較短、長度較長的抗滑樁;在水庫滑坡較平緩的位置,布置間距較長,長度相對較短的抗滑樁,確保工程加固效果。

1.3 進行水庫加固抗滑樁注漿施工

在水庫滑坡遭到破壞時,主要是沿著平行于巖層面的方向發生剪斷破壞。此處存在較多的結構面巖塊,抗剪性能較差。在水庫水位循環的過程中,水的滲流作用導致加固功能的內部損壞。本文根據水庫加固工程區域的水位變化情況,計算加固工程的剪應力,公式如下:

(1)

式中:γ為加固工程的剪應力;P為水庫滑坡的破壞荷載;A為加固平面剪切面積;α為抗滑樁安裝角度;F為抗滑樁與加固平面之間的摩擦系數。根據γ確定抗滑樁的彎矩,公式如下:

M=α·G/L

(2)

2 實例分析

2.1 工程概況

為了驗證本文設計的抗滑樁是否具有加固效果,本文以興華水庫為例,對上述技術進行實例分析。興華水庫屬梅江水系,于1954年修建,主要為防洪、灌溉的綜合性利用工程,是小(2)型水庫。水庫采用均質土壩,壩址以上集雨面積為2.12 km2,河長約2.65 km,河道比降約為0.008。就目前來看,興華水庫的總庫容約5.512×106m3,正常蓄水位相應庫容約為3.368×106m3,死庫容約為6.8×104m3。水庫設計灌溉面積651.9畝,為下游人口10 000多人、耕地4 100畝,以及下游村道、通訊、電力等設施的安全提供了保障。受到當時條件的制約,興華水庫逐漸不能滿足當前灌溉、防洪需求,大壩、輸水涵管等存在不同程度的安全隱患。因此,本次工程承擔了興華水庫的除險加固工作,利用抗滑樁加固水庫,確保水庫的加固效果?？够瑯都庸唐拭嫒鐖D2所示。

圖2 抗滑樁加固剖面圖

2.2 應用結果

在上述施工條件下,本文隨機選取出330 m(相對高度50 m)下降至300 m(相對高度20 m)、350 m(相對高度50 m)下降至330 m(相對高度20 m)、400 m(相對高度50 m)下降至350 m(相對高度20 m)等水庫水位變化情況,此過程中坡體前緣、中部、后緣均存在不同程度的形變。在最大孔隙水壓力一致的條件下,使用本文設計的抗滑樁施工技術的抗滑樁樁身彎矩在最大彎矩范圍內,則可以保證加固效果。應用結果如下表2所示。

表2 應用結果

如表2所示,在水庫水位上升的過程中,受到巖土滲透的滯后影響,鄰近水庫一側的孔隙水壓力增加較快,抗滑樁的有效應力隨之減小,無法適應水庫除險加固環境。本文將水庫水位劃分成多個循環模塊,水位從最高水位降至最低水位的過程中,坡體前緣、中部、后緣均存在不同程度的形變。在此條件下,本文為水庫水位循環模塊設置了水庫除險加固工程抗滑樁樁身的最大彎矩,在此彎矩范圍內,抗滑樁樁身彎矩越小,抗滑樁加固效果越佳。使用本文設計的水庫除險加固工程中抗滑樁的施工設計之后,抗滑樁樁身彎矩在坡體前緣與中部彎矩相對較大,后緣的彎矩相對較小。無論是前緣、中部還是后緣,抗滑樁的樁身彎矩均在最大彎矩范圍之內,可以確保水庫除險加固工程的加固效果,符合本文研究目的。

3 結語

近些年來,水庫庫岸穩定性受到研究人員的廣泛關注,一旦庫岸發生滑坡,不僅會對水庫運行造成影響,還會對周圍居民與建筑物造成安全隱患。由此可見,水庫除險加固工程勢在必行。水庫水位變化的不同,導致庫岸滑坡問題。水位持續上升,滑坡問題越發嚴重;水位持續下降,滑體又容易滑入水庫,造成大型人員財產損失。為了確保水庫加固工程的安全進行,本文研究了水庫除險加固工程中抗滑樁的設計分析這一課題。從成孔、樁間距、注漿等方面,確?？够瑯兜募庸绦Ч?為水庫除險加固工程提供安全保障。