某工程沟坝施工区场地稳定性探讨.doc

1、1某工程沟坝施工区场地稳定性探讨摘要：本文通过对某工程沟坝施工区场地边坡稳定分析,介绍了滑移模式和复核剖面，根据计算成果，进一步提出了边坡加固措施。 关键词：稳定分析 计算成果加固措施 中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号： 1 概况 拟建的某工程沟坝施工区场地位于大坝右岸与工程沟坝料场之间，引水洞进水口附近。该场地为砼拌和系统和骨料加工系统。施工区场地坡度约 1025，地势宽阔；场地上有工程沟坝沟，常年流水，受降水的影响雨季和旱季水量变化很大。 2 工程沟坝施工区场地边坡稳定分析 2.1 稳定分析研究原因 工程沟坝施工区场地内无断层通过，无发生强震的地质条件，地壳稳定性较好。但

2、是影响场地整体稳定性的主要因素为第层的粘土层。该粘土（lQ3）层呈灰色灰绿色，在自然状态下，稍密中密，可塑硬塑，局部含有粉土；在饱水和扰动的情况下，呈可塑软塑，性状差。该粘土层在工程沟坝施工场地内均有分布，厚度 3.010.0m，厚度不均一，局部含有碎石，在空间上后缘（工程沟坝料场侧）较厚逐渐向前缘变薄，横向上向工程沟侧逐渐变厚。粘土（lQ3）层承载力低，力学指标差。随着工程沟坝沟前缘的破坏和后期场地建筑物的加载等情2况，有可能引起场地沿此层产生滑动失稳。鉴于此，本次计算根据加载情况，对工程沟坝施工区场地做进一步稳定分析，了解该场地边坡的稳定情况，并为进行边坡的处理措施设计和研究提供依据。 2

3、.2 稳定分析标准和工况 参照水电枢纽工程等级划分及设计安全标准(DL5180-2003)，该工程沟坝施工区场地系临时性工程。根据水电水利工程边坡设计规范（DL/T 53532006）规定，确定边坡等级为级，其计算安全系数控制标准见表 2.1。 表 2.1 边坡安全系数控制标准 注：根据水工建筑物抗震设计规范 （DL 50732000）中第 1.0.6款规定“施工期的短暂状况，可不与地震作用组合” ，故本次复核计算地震下边坡的安全系数不是控制工况，仅供参考。 计算工况分为 3 种：正常运行工况；暴雨工况；地震工况（其中设计地震烈度取为 7 度） 。 计算过程中对地下水位处理：正常运行工况时，地

4、下水位线采用由地质剖面提供的地下水位线；暴雨工况时，地下水位线保持不变，地下水位线以上土体由湿容重变成饱和容重，土体采用饱和容重计算；地震工况时，地下水位线同正常运行工况。 2.3 滑移模式和复核剖面 计算采用水科院陈祖煜编写的“边坡稳定计算程序 STAB2008”。边坡3稳定安全系数采用记条块间作用力的简化毕肖普法计算。计算各剖面 3种滑动模式下的安全系数： 1、沿基覆界面的滑动安全系数； 2、对覆盖层稳定性进行分析，搜索得出覆盖层边坡大圆弧滑裂面最小滑动安全系数； 3、对覆盖层前缘或后缘部分小范围内进行分析，搜索得出边坡局部小圆弧滑裂面最小滑动安全系数。 本次复核计算共选取 13 个剖面。

5、在计算中对荷载处理是以线荷载的方式把各种荷载相应加载在各剖面荷载作用的位置上。 2.4 稳定分析成果 根据地质对地基土物理力学指标的建议值计算开挖后剖面的稳定状况（没有施加临时施工建筑物的荷载） 。计算得出的安全系数见表 2.2。 表 2.2 剖面稳定安全系数计算成果表 注：（1） 表中表示正常组合，表示特殊组合 I（暴雨工况） ； （2） 正常工况下复核计算抗剪强度指标为取建议值的上限值，暴雨工况下抗剪强度指标取建议值的下限值。 由表 2.2 的计算成果可以看出，暴雨工况下的大圆弧搜索安全系数只有 0.930，在该工况下工程沟坝边坡处于不稳定状态将产生大圆弧滑动；小圆弧滑动在正常工况和暴雨工

6、况下都处于不稳定状态。而实际现场施工区的边坡后缘地表并没有发现整体开裂和变形滑动迹象，同时在暴雨4工况下仅表现为局部的小圆弧失稳、大圆弧处于稳定的状态（这种边坡稳定状态是在边坡上有些施工荷载已经施加上去的状态，施加上的荷载基本上起到主滑力的作用） 。根据以上的计算分析可知，地质提供的地基土物理力学指标建议值有些偏低。故本次计算分析应对计算参数重新确定。 根据试验数据以及地基土各参数修正值的修正原则，进行工程沟坝施工区场地边坡稳定计算参数修正。修正后的地基土各土层的物理力学参数见表 2.3。 表 2.3 工程沟坝施工区场地边坡稳定分析参数修正值 根据施工现场反馈的边坡稳定情况为，在经过暴雨后，特

7、别是高程1380.00m1360.00m 平台间的开挖边坡，出现了局部变形和垮塌的现象，整个边坡后缘地表没有发现整体开裂和变形滑动迹象。这说明整个边坡整体是稳定的，边坡前缘局部特别是在暴雨工况下处于临界稳定状态。针对实际的边坡稳定现状，采用表 2.3 中的地基土物理力学指标值对剖面进行稳定分析，验证修正后的参数的合理性。其计算成果见表 2.4。 表 2.4 剖面稳定安全系数计算成果表 注：表中表示正常组合，表示特殊组合 I（暴雨工况） ；两种开挖坡比指的是高程 1380.001360.00m 之间边坡的开挖坡比。 5对于高程 1380.00m1360.00m 之间的边坡，按地质提出的 1:1

8、坡比开挖，计算结果为暴雨工况下为小圆弧滑动安全系数为 0.904，而现场实际开挖坡比为 1:0.75，计算小滑弧的安全系数降低为 0.830，滑弧剪出口的位置位于高程 1340.00m 和高程 1360.00m 之间，这与现场实际变形垮塌的比较吻合。故经过修正后的计算参数应比较符合现场土体的实际情况。 根据上面的计算分析可知，沟坝施工场区边坡稳定分析参数采用表2.3。 3 边坡稳定计算成果 3.1 开挖边坡稳定分析 为分析沟坝施工区场地在建筑物的加载下，边坡的稳定情况，本次计算模拟了施工场地加载情况(计算时，简化为均布荷载或集中荷载)，计算分析 13 个剖面的边坡稳定性。在计算过程中，分别复核

9、计算了沿基岩覆盖层界面、沿大圆弧（搜索滑面）和沿小圆弧（搜索滑面）三种滑面的稳定性。 表 3.1 工程沟坝施工区场地各剖面的安全系数 滑动模式 注：表中表示正常组合，表示特殊组合 I（暴雨工况） ，特殊组合 II（地震工况） 。 3.2 计算成果分析 61、沿基岩覆盖层界面滑动 由计算成果可知，13 个剖面的沿基岩覆盖层界面的安全系数正常组合时最低为 1.212，暴雨工况时最低为 1.081，特殊组合时最低为1.043。这表明 13 个剖面开挖后边坡在施工建筑物荷载下沿基岩覆盖层界面滑动安全系数都大于规范规定的 3 级边坡要求的安全系数，因此沿基覆界面的边坡整体处于稳定状态。 2、 沿搜索滑面

10、（大圆弧滑动和小圆弧滑动） 搜索滑面中大圆弧为滑动范围较大的圆弧，小圆弧为覆盖层前缘、后缘附近以及施工场地开挖形成的较陡部位搜索的圆弧，两者均为搜索出来的最不利滑面。 由计算成果可以看出，大圆弧搜索最不利滑面时，在正常运行工况时 13 个计算剖面安全系数最低值为 1.193，在 3 级边坡要求的安全系数上限值以上；在暴雨工况下，其中 K-K 剖面的安全系数不能满足规范的要求，说明施工场地边侧边坡稳定在暴雨工况下存在一定的问题；在地震工况下，A-A 剖面、B-B 剖面以及 K-K 剖面的安全系数不能满足规范的要求（由于工程沟坝系临时工程，按规范可不考虑地震荷载，故计算值仅作参考） 。 小圆弧搜索

11、最不利滑面情况下，在正常工况时，13 个计算剖面安全系数除 D-D 剖面安全系数不能满足规范要求外，其余剖面均满足 3 级边坡要求的安全系数，这说明开关站的侧边坡在施工临时荷载的作用下稳定存在一定的问题；在暴雨工况下，A-A 剖面、B-B 剖面、C-C 剖面以及 D-D 剖面的安全系数均不能满足 3 级边坡要求的安全系数；在地震工7况下，A-A 剖面、B-B 剖面、C-C 剖面以及 D-D 剖面的安全系数不能满足规范要求。 3、 分析不稳定的原因： （1） 由计算成果可以看出，13 个计算剖面在正常工况下， 3 种滑动计算模式下的安全系数基本上能达到 3 级边坡要求的安全系数，但是在暴雨工况下

12、，安全系数不能达到规范要求的部位增多，这说明暴雨工况对边坡的各土层的物理力学性状，特别是第层的粘土层的影响较大，从而影响整个边坡的稳定性。 （2） 从各个不稳定滑弧的剪出面位置分析可知，剪出口位置高程基本上在高程 1344.00m1360.00m。对比开挖前的地质剖面来看，此处高层位置由于混凝土拌和系统的建筑物以及开关站的布置，对边坡的坡脚进行了相当程度的开挖，这对于边坡的稳定性有较大的降低。同时 K-K剖面由于高程 1344.00m 平台开挖，削除了边坡的坡角，导致该处边坡稳定性降低。 （3）从目前的施工荷载堆放位置来看，多数处于平台的中外侧，这对边坡的局部稳定也存在一定的影响。 4 边坡加

13、固措施 4.1 加固措施设计 根据稳定计算成果分析可知，沟坝施工区的边坡必须进行加固处理。目前施工单位对边坡现场采取的支护结构都为挡土墙结构，特别是高程1360.00m 平台处施工单位已施工了部分挡土墙，由稳定计算成果可知，边坡基本上为前缘局部小圆弧滑动。所以结合施工区布置混凝土拌和系8统和骨料加工系统对场地开挖和已施工的挡土墙支护方案的现状，本工程边坡加固处理，在施工区边坡主滑方向主要设置挡土墙支护方案。对于施工区侧边坡，考虑到边坡的自然坡度较陡，并且边坡失稳基本上为大圆弧滑动以及尽量减少对坡脚要设置拌和系统建筑物施工的干扰，所以对于侧边坡考虑锚索支护方案。 加固措施如下： 挡墙以及回填块碎

14、石支护：范围为高程 1344.00m 平台的坡脚和高程 1360.00m 平台的坡脚。 基础砂砾石或块碎石置换和地表砼保护：高程 1360.00m 平台混凝土及砂砾石置换，高程 1344m 平台砂砾石置换。 锚索、框格梁支护：范围为施工场地的侧边坡。 在高程 1365.00m，1370.00m 各打一排 1000KN 的锚索（俯角 15 ，L50m，基岩锚固段 6m） 。 本次计算暴雨工况仅考虑雨水湿透土层，增加上部土层的瞬时荷载，未考虑雨水流动对土层的冲刷作用。因此施工区场地除考虑增加边坡稳定的加固措施外，还应做好以下措施： 各开挖平台的坡脚需设置合适的挡土墙； 施工区应设置合适的排水系统；

15、 各开挖平台露天地面部分喷 10cm 的素混凝土保护层，高程 1380m 平台以上的坡面进行浆砌石护坡，高程 1380m 平台以下的坡面进行浆砌块石框格梁护坡，框格梁内种植草皮。 5 结论与建议 1、沟坝施工区场地地层主要为块碎石土、含碎石粉质粘土、粘土和9含碎卵石土，下伏基岩为玄武岩，施工场地现阶段及天然条件下整体是稳定的。影响场地稳定性的主要因素是第层的粘土层，该层地基承载力低，力学指标差，特别是在饱水和扰动时，性状更差。在新的荷载情况下，施工场地如若失稳，将会沿此层产生滑动。 2、 通过计算表明，工程沟坝施工场地实际开挖完成后边坡在施工临时荷载的作用下，沿基岩覆盖层界面各种工况下的安全系

16、数都能满足规范规定的 3 级边坡要求的安全系数。这表明，该边坡整体上处于稳定状态。 3、从搜索出来大小圆弧最小安全系数不满足规范要求的滑出面位置可以得知，基本上处于边坡的坡脚。而此处由于布置施工建筑物，对坡脚进行了相当程度的开挖，导致边坡的稳定性有较大的降低。同时在这些部位设置挡墙以及混凝土、块碎石压重后，边坡的稳定性能满足规范的要求。 4、 从计算的工况可以看出，边坡在正常工况下基本上能满足规范要求，而在暴雨工况下，安全系数达不到规范要求的部位增多，这说明雨水对边坡的稳定性有较大的影响。建议在施工辅助设施布置时，重新考虑工程沟坝场地的地面排水系统，进一步优化排水系统布置，对露天地面和坡面进行

17、喷素混凝土保护，封闭地面和坡面，减少雨水和生产生活用水渗入，从而避免土体稳定条件的恶化。同时尽量利用右岸缆机平台公路疏导工程沟坝沟水，避免地表水流入施工场区。 5、 从目前的施工荷载堆放位置来看，多数处于平台的中外侧，这对边坡的局部稳定存在一定的影响。建议优化各施工系统的布置位置，10堆载尽可能的处于平台的内侧。同时在各开挖平台的坡脚需设置合适的挡土墙，以便增大边坡局部稳定的安全裕度。 6 、建议对工程沟坝施工区边坡稳定性进行监测，增加必要的监测设施并应及时给相关单位反馈监测资料，以便更好的掌握边坡的稳定性。参考文献： 1郑颖人， 陈祖煜， 王恭先， 等. 边坡与滑坡工程治理M. 北京： 人民交通出版社， 2007. 2陈祖煜， 汪小刚， 杨健， 等. 岩质边坡稳定性分析原理方法程序M. 北京： 中国水利水电出版社， 2005.3 DL/T 53532006 水电水利工程边坡设计规范S. 3张国新. 碾压混凝土坝的温度控制 J. 水利水电技术, 2007,( 6): 41- 46. 4徐玉杰. 碾压混凝土坝施工技术与质量控制 M . 北京: 黄河水利出版社, 2008.