勾红钧
黔南布依族苗族自治州水利水电勘测设计研究院 贵州都匀 558000
摘要:重力坝是依靠自身重量来维持稳定的一种坝型，所以安全性高也就成为重力坝在设计过程中最基本、同时也是最重要的要求。坝基深层抗滑设计是工程关键技术，在实际水利工程设计中，深层抗滑稳定一直是混凝土重力坝设计计算的关键性问题，该问题计算考虑中，往往受地质参数，抗力角选取，结构面假设等因素影响。故其计算历来受到设计人员的重视，文中针对某工程深层抗滑稳定计算的基本方法—刚体极限平衡法,通过选取不同滑动面的计算结果,进行了分析。最终确定重力坝坝基采用坝趾处设置混凝土深齿墙措施，可同时提高坝基浅层及深层抗滑稳定安全系数。
关键词:深层抗滑稳定; 薄层状结构; 刚体极限平衡; 坝趾深齿墙
针对某水库重力坝坝基地层倾角平缓( 8° ～15°) ，基岩为薄层状结构，坝基深层抗滑设计是工程关键技术，在利用抗剪断强度理论进行坝基抗滑稳定计算的基础上，通过分析比较常见的坝基基础处理措施，最终确定重力坝坝基采用坝趾处设置混凝土深齿墙措施，可同时提高坝基浅层及深层抗滑稳定安全系数。
1、大坝布置及工程地质
某水库工程大坝坝型为混凝土重力坝，坝轴线总长 164． 20 m，坝顶宽 6． 0 m，坝顶高程 547． 80 m，最大坝高 45． 8 m。枢纽布置: 河床中间布置 1 个表孔及消能建筑物，两岸布置非溢流坝段，取水建筑物( 兼生态放水) 布置于右岸非溢流坝段。
坝址区基岩为志留系中统韩家店组( S2hn) 泥质粉砂岩与砂质页岩相间互层，岩体较破碎至较完整，属软质岩石，薄层状结构。坝区无软弱夹层、层间剪切带分布。坝址区主要发育有顺水流向及与水流向夹角约50°的两组裂隙，节理裂隙发育程度为较发育至发育。
在坝址附近岩层缓倾上游，倾向 320°，视倾角15°，在坝线至沟口方向岩层倾角变缓，倾向 305°，倾角 8°。坝基地层倾角平缓( 8° ～ 15°) ，且基岩为薄层状结构，坝址区岩层面物理力学参数建议值偏低 ，是坝基浅层及深层抗滑设计的控制性因素。
2 、大坝稳定及应力计算
由于坝址区地层倾角平缓，基岩为薄层状结构，而薄层状结构裂隙较多，这对大坝浅层及深层抗滑稳定均不利。坝基浅层抗滑稳定计算较为常规，但由于结构面力学参数建议值较低，在坝基不设置任何措施情况下，大坝拟定断面较大( 上游 530． 0 m 高程以下坝坡为 1∶ 0． 25，下游坝坡在高程 540． 0 m 以下为 1∶ 0． 8)时抗滑稳定安全系数仍不能满足规范要求，为此，须结合深层抗滑稳定分析一并采取工程措施。
根据《混凝土重力坝设计规范》的要求［2］，当坝基深层存在缓倾角结构面时，核算坝体带动基岩沿软弱结构面失稳的可能性，即深层抗滑稳定问题［3］。重力坝以刚体极限平衡分析法为基础，采用“等安全系数法”，应按抗剪断强度公式或抗剪强度公式进行计算，滑动模式见图1l。坝体带动岩层，并沿岩层面从坝址剪出。
图 1 河床坝段深层滑移模式图
由于须拉裂坝踵和左、右两侧岩石后坝体才能沿底部滑面滑出，而上游拉裂面和该坝段左、右两侧的拉裂面本身也存在一定的抗力作用，但考虑到岩体薄层状结构裂隙发育贯通，计算时暂不考虑上游拉裂面和坝段左、右两侧的拉裂面上拉力的作用，将其作为安全储备。因滑动可分为单滑面和双滑面，经分析计算，图 1中 489． 70 m 以上作用全水头时，坝体所承受的水平推力最大，单滑面为其最危险工况，本次仅对单滑面滑动模式进行计算。
通过计算，未加工程措施时，大坝深层抗滑稳定不满足规范要求。计算成果见表1
表 1 大坝深层抗滑稳定计算成果表( 未加工程措施)
3 、基础处理
由于坝体断面在浅层及深层抗滑稳定计算中均不能满足规范要求，需采取工程措施，常规措施有增大坝体剖面、坝基面倾向上游、坝基封闭抽排、坝基加设预应力锚索进行锚固、坝踵深齿、增加尾岩抗力( 含坝趾深齿、坝趾预锚、钢筋混凝土抗滑桩等) 等。
因增大坝体剖面不经济、坝基面倾向上游在施工中较难控制、坝基封闭抽排运行管理费用较高、预应力锚索施工要求较高等，本工程均不考虑采用。坝基加设深齿可同时提高坝基浅层抗滑的综合抗剪断或抗剪参数，施工较为常规，增加工程量较小，是一种较好的措施。本工程考虑在坝基设置齿墙形式，使滑移面往深层发展，从而增加坝后抗力体; 由于岩层倾向上游，通过试算，如在坝踵设深齿须下挖约 16 m 方能满足深层抗滑稳定要求，增加工程量及施工难度太大，不合理; 故在坝址设置齿墙，经试算，齿墙深 6． 0 m，宽 3 m即可满足深层及浅层的抗滑稳定要求。坝趾加设齿墙后深层滑移模式见图 2。
由于坝趾增设齿墙，进行坝基浅层抗滑稳定计算时，坝基混凝土与基岩接触面的的摩擦系数和抗剪断系数应考虑齿墙的作用。根据类似工程经验，按齿墙( 混凝土内部摩擦系数 f = 1． 0，抗剪断系数 f' = 1． 2、c' = 1． 3 MPa) 所占坝基水平长度与其余部分按面积进行加权平均，即为综合系数。经过复核计算，浅层抗滑稳定满足规范要求。坝址设置齿墙增加工程量较小、施工简便，故设计采用该措施。
4、结 语
1) 坝基存在缓倾角结构面、基岩为薄层状结构且裂隙发育时，坝基深层抗滑稳定在单滑面工况最为危险，设计应引起重视。2) 为满足坝基浅层及深层抗滑稳定，在坝趾设置混凝土齿墙，该措施安全可靠，便于施工。3) 提高重力坝抗滑稳定的措施较多，工程上具体处理时，应根据坝址的地形地质条件及施工难易程度，采取适宜的措施，以达到经济合理的最佳效果。
参考文献:
［1］长江勘测规划设计研究院有限责任公司． 重庆市秀山县茨竹水库工程初步设计代可研报告［Ｒ］． 武汉: 长江勘测规划设计研究院，2017
［2］李光平． 提高重力坝抗滑稳定的措施［J］． 四川水利，2016( 4) : 33 － 36.
论文作者:勾红钧
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/10/9
标签：坝基论文; 重力坝论文; 稳定论文; 坝址论文; 薄层论文; 基岩论文; 措施论文; 《防护工程》2018年第11期论文;