進(jìn)出口高邊坡施工期穩(wěn)定性研究及加固技術(shù)小浪底水利樞紐進(jìn)口高120m的邊坡上，共布置15條大斷面隧洞的進(jìn)口，出口邊坡上布置9條泄洪洞和正常溢洪道出口，最大泄量達(dá)17000m3/s。進(jìn)、出口高邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜，地位重要，因而其穩(wěn)定問題成為本工程最具挑戰(zhàn)性的課題之一。一、工程地質(zhì)條件1．進(jìn)口邊坡進(jìn)口邊坡走向NE23°傾向NW，前緣寬約280m，開挖坡度為1:0.2。出露地層為三疊系下統(tǒng)T13～T15，其平均飽和抗壓強(qiáng)度大于60Mpa，巖層傾向下游，傾角8°～12°，屬反向坡。該區(qū)發(fā)育四組節(jié)理中，走向10°～20°、傾向NW及走向50°～60°、傾向NW，傾角80°以上的兩組節(jié)理對(duì)進(jìn)水塔后邊坡的穩(wěn)定起控制作用。2．出口邊坡出口邊坡出露地層主要為三疊系T16地層，其中軟巖地層占61％。巖層傾向下游，開挖坡度為1：0.85，為順向坡。出口邊坡寬319m，F(xiàn)236(F238)斷層及其分支斷層在此交會(huì)并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在三個(gè)亞區(qū)中，以2、3號(hào)明流洞中心線之間的Ⅱ區(qū)邊坡地質(zhì)條件最差。在出口區(qū)發(fā)育的三組節(jié)理中，走向17°、傾向NWW、傾角71°的一組節(jié)理對(duì)邊坡的穩(wěn)定起控制作用。二、節(jié)理巖體抗剪強(qiáng)度的研究1．節(jié)理巖體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定銜在小浪底痛工程中主要采缸用以下兩種方恩法確定節(jié)理巖宣體的抗剪強(qiáng)度厲指標(biāo)。率鉛(1)謎以節(jié)理連通率愧為權(quán)值的巖體湊抗剪強(qiáng)度取值氏方法按下式計(jì)汪算巖體的抗剪截強(qiáng)度指標(biāo)：鄰霸fi=著α漠[fj·k+援f0(1-k律)],ci=熱b[cj·k復(fù)+c0(1-載k)]圍式中閣fi乒、啟ci概為巖體的摩擦尾系數(shù)、凝聚力野；污fi奉、伸ci塌為節(jié)理面的摩蝴擦系數(shù)、凝聚盈力文;f0妥、票c0聯(lián)為巖橋部分的提摩擦系數(shù)、凝離聚力懼；帆α昏、濫b若為折減系數(shù)；馬k楊為節(jié)理的連通耍率。居考慮到巖赴體的破壞是在耽力的長(zhǎng)期作用嗓下的漸進(jìn)過程仔，且抗剪強(qiáng)度獵指標(biāo)中凝聚力幕會(huì)有很大的削故弱，為此將求權(quán)得的犁fi游取其滾0.8抵倍，愛ci姻取其爬0.1煮倍作為建議值籌。我獲(2)當(dāng)用依Hoe負(fù)k腳—佳Brown血經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則確定切抗剪強(qiáng)度指標(biāo)方上述兩種爛方法求得的節(jié)蛛理巖體的抗剪大強(qiáng)度指標(biāo)見表皂1刊。頸表鑼1號(hào)各巖組巖體右的抗剪強(qiáng)度指溝標(biāo)歷2育．泥化夾層抗爸剪強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)研究世犬(1)晉類型漠按其泥化渡程度、顆粒組晚成和厚度變化趴，大致可分為苦五種類型：全籮泥型、泥夾角戚礫型、泥夾粉炊砂或粉砂夾泥窩型、泥膜型、朋角礫夾泥型。泥才(2)緊抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)伏研究票遇叉①趙中型剪固結(jié)快銷剪試驗(yàn)。試件舞尺寸苦20cmx唯20cm捎，試驗(yàn)成果見愧表去2兇。雨表搭2浙泥化夾層中概型固結(jié)快剪試堆驗(yàn)成果蟲注：括號(hào)內(nèi)的嚇數(shù)為平均值。睡柏絞②環(huán)中型剪固結(jié)慢怨剪試驗(yàn)。剪切軟速率蜂0.02罰～暮0昏.002mm孝/min魯，使泥化夾層勢(shì)在剪切過程中娘充分排水，其述試驗(yàn)成果為釣T=0.0填071+0.粒2580蛋σ勁。點(diǎn)雨?duì)帰廴A現(xiàn)場(chǎng)大型直剪揮試驗(yàn)，，試件島尺寸籌50cmx買50cm松、齒70cmx茅70cm御，個(gè)別為紋100cmx寧100cm勾。試驗(yàn)結(jié)果為索：飽和固結(jié)快饑剪，上c=0岡，杏tg是φ攻=0.19努；飽和固結(jié)快涂剪，限制側(cè)向梯膨脹，荒c=0.00亡4MPa盈，世tg訂φ積=0.23烘；固結(jié)慢剪，芳c=0.00粱5MPa乳，盲tg框φ嚇=0.25戚。司三、穩(wěn)定性研面究1．設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)建筑物等妻級(jí)：爆I反級(jí)。設(shè)計(jì)地震萍：施工期憤7報(bào)度，水平地震們加速度犯0.10g壽；運(yùn)用期梳8妄度，水平地震切加速度濱0.215g渴。抗滑穩(wěn)定最帆小安全系數(shù)標(biāo)博準(zhǔn)見表銅3不。低表環(huán)3泡最小安全系夏數(shù)2．破壞模式弱碰(1)偶進(jìn)口邊坡字根據(jù)進(jìn)口壤邊坡出露地層次巖性、巖層及母節(jié)理裂隙產(chǎn)狀敢判斷，其可能封的破壞模式有寬：奶N(yùn)NE來向節(jié)理與吐NW疼走向的節(jié)理相疼互交切形成的庫(kù)分離體穿過軟纖巖均TlS-J毒或坡腳處范T13-2評(píng)塑性剪切區(qū)千或執(zhí)“山層間剪切破碎情帶膛”蟻的切層滑動(dòng)形派式；局部破碎大巖體的崩塌和粘卸荷板裂。巷梨(雀2)歇出口邊坡串可能的破改壞模式有：廣I謊、雖Ⅲ矛區(qū)邊坡無(wú)斷層難通過，其破壞搜形式為以紡NNE滅向節(jié)理為后緣亞與巖層層面或綁泥化夾層組成鏟的順層滑動(dòng)廢；善Ⅱ蘭區(qū)邊坡由于斷由層發(fā)育、巖體叔破碎，除以呈NNE折向節(jié)理或斷層烘為后緣的順層歷滑動(dòng)破壞外，份另一種破壞形價(jià)式為沿破碎巖間體的圓弧滑動(dòng)欠。3．分析方法茄進(jìn)口邊坡手主要采用三種敲方法：用剛體駱極限平衡方法孕確定穩(wěn)定安全霧系數(shù)和需要施健加的錨固力；泄用非線性有限昂元法，分析整犧個(gè)邊坡的應(yīng)力勇、變形狀態(tài)及友塑性區(qū)的范圍腰，據(jù)此確定加譽(yù)固的范圍及錨肅索長(zhǎng)度；按單驟一巖體吩(仇T15-1尺巖層為進(jìn)口邊丟坡軟巖含量最閑大的巖層屢)評(píng)指標(biāo)，用二維肅邊界元法分析而邊坡內(nèi)安全系壘數(shù)的分布情況慰，以驗(yàn)證加固即設(shè)計(jì)的合理性房。凡出口邊坡腿穩(wěn)定分析主要萄采用兩種方法柄。對(duì)于欲I夏、址Ⅲ告區(qū)邊坡，主要葵為順層滑動(dòng)的雙失穩(wěn)模式，故瓦采用傳統(tǒng)的剛節(jié)體極限平衡分沫析方法艱；姥Ⅱ派區(qū)邊坡為斷層排交會(huì)帶，巖體蔬破碎，采用改敞進(jìn)的刪Sarma酸法和相應(yīng)的杠EMU辜計(jì)算程序。出獻(xiàn)口邊坡采用的嗎計(jì)算參數(shù)如表爛4起所列。矩表捆4括出口邊坡采主用的抗剪強(qiáng)度驗(yàn)指標(biāo)四、加固設(shè)計(jì)1．進(jìn)口邊坡泡系統(tǒng)砂漿竊錨桿烘：慈Φ兔32菜錨桿，長(zhǎng)界8飯～奴12m爆相間布置，間渣、排距均為刻3m績(jī)。噴混凝土：逗210m咬高程以上噴鋼旺纖維混凝土厚敬10cm柱，鋼纖維含量頭60kg家/m3噸，分三層施噴鵲。墊層厚赴3cm運(yùn)，噴素混凝土向；中層噴鋼纖協(xié)維混凝土，厚袍4cm云；面層噴素混散凝土，厚抱3cm堡。鋼纖維長(zhǎng)度煌20譜～液50mm共，長(zhǎng)徑比拜25響～及100竄，抗拉強(qiáng)度大撐于稿500MPa鞠。濤210m鑄高程以下噴素摸混凝土，厚阻10cm糟。排水：齡210m朝高程以上布置州0100賭的排水孔，間姨排距均為遼3m任。孔深鈔7濟(jì)～比2m過，并上仰纏10°蘇。預(yù)應(yīng)力錨索脊：毒250m但高程以上，為綢防止邊坡巖體蛙沿教N(yùn)NE晨一組節(jié)理的卸情荷板裂，在不柏同部位布置住600kN惱、惡800kN丸、貢1200kN循、癢1500kN飾級(jí)錨索，錨索啞長(zhǎng)度或20厲～呢35m際，錨索間、排威距均為岡6m嘆；筍250惡～羞210m秋高程間，該區(qū)桃位于邊坡的腰寇部，王1000kN逐級(jí)錨索長(zhǎng)摸30m份、辜35m做相間布置，間仇、排距均為狀許6m迫。到250危～堅(jiān)230m墳高程間，采用遙全長(zhǎng)黏結(jié)式錨企索；菠230m鏈高程以下采用糕一次注漿的雙刑層保護(hù)錨索。棍210m豈高程以下的坡俘腳部位，為隧電洞進(jìn)口區(qū)，位跑置重要，該區(qū)赤布設(shè)籃2000kN鏈級(jí)雙層保護(hù)錨卡索，錨索間、跳排距葉6冊(cè)～膠9m盾，長(zhǎng)頸35豎～充40m碧相間布置，錨般索傾角大多數(shù)銀為上仰獄15°私。2．出口邊坡旋出口邊坡抄的穩(wěn)定，施工拋期主要是控制獸工況。突排水：在瞧消力塘周邊的惱邊坡內(nèi)小115m樸高程布置一條極貫通性排水隧斧洞，布褲設(shè)尾Φ望100掌排水孔，孔深羅lO部～邪15m藍(lán)。位于節(jié)理密纖集帶、斷層帶敢內(nèi)的排水孔內(nèi)瀉設(shè)置組合過濾思體。須掛網(wǎng)噴混甚凝土：噴混凝濾土厚絕0.1m鄰，掛鋼筋網(wǎng)為斷鏡Φ誘6泉，間距壞0.2mx番0.2m未。榨系統(tǒng)砂漿歲錨桿：繡NNE屠向一組節(jié)理與齡巖層層面或泥渾化夾層組合，瘋形成很多潛在請(qǐng)的不穩(wěn)定楔形川體，為此設(shè)騙置冰Φ津32抽、長(zhǎng)皺10m安、作12m粱相間布置的系念統(tǒng)砂漿錨桿，脫間距撕1.0尿～假2遙.0m城。解預(yù)應(yīng)力錨宇索：采用錨索跨作為出口邊坡冶的主要加固措只施，出口邊坡舌共布設(shè)應(yīng)2000kN米、竭3000kN宴級(jí)雙層保護(hù)預(yù)霉應(yīng)力錨索蒸372杏根，錨索長(zhǎng)奔35面-55m葉，根據(jù)不穩(wěn)定鑒巖體條件，錨母索方向下傾嚴(yán)10°戒～碧25°希。象抗滑樁飲：廟Ⅱ弱區(qū)邊坡由于斷笛層交會(huì)，巖體每破碎，泥化夾枝層發(fā)育，巖層貓傾角由斬9°慈變?yōu)槟?4°阻～贊21°兆，惡化了該區(qū)司邊坡的穩(wěn)定條魚件，雖布置了棚大噸位系統(tǒng)預(yù)遷應(yīng)力錨索，但瘡邊坡的穩(wěn)定仍貝處在臨界狀態(tài)切。經(jīng)綜合分析銷比較，最終選粘定增加綠5悼根抗滑樁，采恭用錨索和抗滑帖樁等綜合加固仍措施。抗滑樁賄為減2.0mx耳5.5m委的橢圓形斷面艘。們其他加固悄措施業(yè)：砍①牧減載業(yè)；概②穴加大、累跟加高消力塘乳2勞號(hào)中隔墻上游方端斷面寬；歌③鄉(xiāng)加強(qiáng)款3醬號(hào)排沙洞出口尿洞段混凝土襯蠢砌的整體性，騎分塊間加連接嗎鋼筋和鍵槽滾；塘④扯增加三道鋼筋冊(cè)混凝土支擋墻炭，墻厚塔2m立，墻頂高程午165.0m佛；肢⑤蘭用混凝土蓋板慨封閉坡頂趣170m僑高程平臺(tái)等：文五、預(yù)應(yīng)力錨域索設(shè)計(jì)1．技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)肥采用美國(guó)土材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)盟ASTMA4棕16汪-87A柱標(biāo)準(zhǔn)，略270狡級(jí)。每股鋼絞待線由例7第根貸φ汗5羨低松弛高強(qiáng)鋼香絲組成，公稱推直徑投15.24m艇m扶，單股鋼絞線扒最小破斷力右260.7k場(chǎng)N盲。灘2躁．材料保證強(qiáng)抬度利用系數(shù)甲進(jìn)、出口丑邊坡雙層保護(hù)縣預(yù)應(yīng)力錨索材蔥料保證強(qiáng)度利惕用系數(shù)如表貓5沾所列。菊表趁5濱材料強(qiáng)度利撞用系數(shù)寒3啄．內(nèi)錨固段長(zhǎng)霉度設(shè)計(jì)矩內(nèi)錨固段憐長(zhǎng)度由以下三驅(qū)個(gè)條件確定術(shù)：混①率保證水泥凝固廟體不沿孔壁產(chǎn)次生剪切破壞煎；銷②奸保證水泥凝固季體與鋼絞線有瞞足夠的握裹力酬；野③吊對(duì)雙層保護(hù)錨氧索，閥PVC公波紋管內(nèi)、外腿壁與水泥凝固誘體不產(chǎn)生剪切滑破壞。飄滿足上述挖三個(gè)條件裸露宿的鋼絞線長(zhǎng)度謎分別為懲L1族、嘗L2插、定L3芝，并取其大者核。移Li辣由下式計(jì)算逮股Li=kP/鍋π畫dici(遼ij=1,2幸,3)達(dá)上式中航k銀為安全系數(shù)，院取掀2.0演；凈P判為錨索的最大鼓張拉荷載；撒di固為計(jì)算直徑，按對(duì)于鋼絞線筍di=n·d存，芝n求為鋼絞線股數(shù)質(zhì)，設(shè)d夜為鋼絞線的公厘稱直徑；冰ci秘為黏結(jié)力，對(duì)廁于砂巖、黏土孤巖，盲c1=1.0鋸MPa增；水泥凝固體歷與鋼絞線，劍c2=2.0趨MPa燈；水泥凝固體財(cái)與爪PVC泡波紋管，景c3=5.0礙MPa雀。蛇進(jìn)、出口摩邊坡雙層保護(hù)才錨索內(nèi)錨固段杠長(zhǎng)度、鉆孔直跨徑詳見表宮6妖。開表旺6愚雙層保護(hù)錨鄙索施工參數(shù)