某水电站坝址右岸下游场平临河侧边坡设计及稳定计算

某水电站坝址右岸下游场平临河侧边坡设计及稳定计算

李 义

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）

摘 要：该文根据工程实例介绍了临河侧边坡设计及稳定计算。临河侧边坡稳定受河水影响，边坡设计时下部采用混凝土重力式挡土墙，上部采用钢筋混凝土护面，坡内型式为混凝土面板加筋土挡土墙，筋带为钢带。这种处理方式经过稳定计算，结果满足规范要求，边坡安全稳定，设计合理可行。

关键词：临河侧边坡；水流冲刷；加筋土挡土墙；稳定计算；简化毕肖普法

1 工程概况

某水电站位于溇水干流上游河段，上距江坪河水电站约22.60km，下距江垭水电站约74.00km。该水电站正常蓄水位293.00m，死水位291.00m。根据GB 50201-2014《防洪标准》^[1]及SL 252-2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》^[2]的规定，该水电站为III等中型工程。该水电站由挡水建筑物、泄水建筑物、消能防冲建筑物、输水建筑物及左岸地下厂房等组成。

该水电站坝址河段为峡谷地形，山高坡陡，无布置施工场地的条件。在坝址右岸下游约1.20km的淋溪河中心学校下游侧有部分阶地和缓坡洼地，该场地大部分在下游梯级江垭水库正常蓄水位236.00m以下，根据物理模型试验结果，该处水流速度较大，冲刷较严重。该场地地形坡度5.00～25.00，呈条带状，顺河流方向长约880m，宽100.00m～150.00m，面积约8.5万m²。根据GB 18306-2015《中国地震动参数区划图》^[3]，本区地震动峰值加速度0.05g，相应地震基本烈度为6度。

该水电站2#场平位于溇水大桥下游至水文站上游右岸之间，场平回填至江垭水库正常蓄水位以上。2#场平设计顶部高程为240.00m，沿河水面高程约为222.60m。2#场平现状临河侧没有挡墙。

2 场平设计

2.1 场平边坡结构

2#场平临河侧边坡初步设计如下：

2#场平边坡下部为C20混凝土重力式挡土墙，砌筑至墙顶高程230.00m，该挡土墙沿河侧边坡坡比为1:0.05；边坡上部为混凝土面板加筋土挡土墙，筋材为钢带^[6]，长度为9.00m、锚固长度为6.00m^[4]，边坡外侧为钢筋混凝土护面板，防止水流冲刷，挡土墙边坡坡比为1:0.75，直接砌筑至墙顶高程240.00m。场平边坡结构设计见图2.1-1。

图2.1-1 场平边坡结构设计图

2.2 场平级别及抗滑稳定最小安全系数

根据NB/T 35111-2018《水电工程渣场设计规范》^[5]中表5.1.1，确定本场平规模为小（1）型，场平级别为4级。

根据NB/T 35111-2018《水电工程渣场设计规范》^[5]中表5.2.4，采用简化毕肖普法时，持久状况（正常运用工况）边坡抗滑稳定最小安全系数为1.20，短暂状况（暴雨或久雨工况）边坡抗滑稳定最小安全系数为1.10，偶然状况（地震工况）边坡抗滑稳定最小安全系数为1.05。

3 稳定计算

3.1 计算软件

采用理正岩土系列软件5.11版中的“边坡稳定分析”模块进行场平边坡稳定计算。

3.2 边坡稳定计算

3.2.1 计算工况

持久状况1：临河侧溇水水面高程为222.60m。

持久状况2：临河侧溇水水面高程为236.00m。

短暂状况：临河侧溇水水面高程为222.60m，边坡填料均为湿润状态。

偶然状况1：计算地震工况时，地震烈度取7度，临河侧溇水水面高程为222.60m。

偶然状况2：计算地震工况时，地震烈度取7度，临河侧溇水水面高程为236.00m。

3.2.2 2#场平稳定计算

3.2.2.1 选取典型剖面

2#场平选取4个典型剖面，对其边坡进行稳定计算。典型剖面位置见图3.2.2-1。

图3.2.2-1 2#场平典型剖面位置图

3.2.2.2 边坡稳定计算

a）4-4剖面

1）持久状况1

持久状况1：临河侧溇水水面高程为222.60m。4-4剖面地质填图见图3.2.2-2，其计算简图见图3.2.2-3。

图3.2.2-2 4-4剖面地质填图

图3.2.2-3 4-4剖面持久状况1计算简图

图3.2.2-3中①区为回填渣料，参数取用地质资料中压实度为0.85的相应数据，图3.2.2-3中各区输入参数见表3.2.2-1。

表3.2.2-1 各区输入参数

4-4剖面计算成果见图3.2.2-4。

图3.2.2-4 4-4剖面持久状况1计算成果图

持久状况1计算得到的安全系数为1.443，大于1.20，满足规范要求。

2）持久状况2

持久状况2：临河侧溇水水面高程为236.00m。同理可得其安全系数为1.628，大于1.20，满足规范要求。

3）短暂状况

短暂状况：临河侧溇水水面高程为222.60m，边坡填料均为湿润状态。同理可得短暂状况的安全系数为1.298，大于1.10，满足规范要求。

4）偶然状况1

计算地震工况时，地震烈度取7度。同理可得偶然状况1的安全系数为1.380，大于1.05，满足规范要求。

5）偶然状况2

计算地震工况时，地震烈度取7度。同理可得偶然状况2的安全系数为1.549，大于1.05，满足规范要求。

b）3-3剖面、5-5剖面、6-6剖面

同理可得3-3剖面、5-5剖面、6-6剖面各工况的安全系数。

c）2#场平各剖面各工况安全系数汇总

2#场平各剖面各工况安全系数汇总见表3.2.2-2。

表3.2.2-2 2#场平各剖面各工况安全系数汇总

注：2#场平钢带长度为9.00m，锚固长度为6.00m。

由表3.2.2-2可知，按场平临河侧边坡初步设计参数，2#场平所有典型剖面所有工况稳定计算结果均满足规范的要求，即2#场平整体趋于稳定状态，满足设计要求。

但2#场平各典型剖面短暂状况安全系数与规范允许值相比有点偏大，需要调整边坡支护措施再试算一遍。采取的措施为调整2#场平边坡筋带的总长度（调整后长8.00m）及锚固长度^[4]（调整后长5.00m），调整后2#场平的所有典型剖面所有工况均需重新计算安全系数。经计算，2#场平各典型剖面各工况安全系数汇总见表3.2.2-3。

表3.2.2-3 2#场平各典型剖面各工况安全系数汇总

注：2#场平钢带长度为8.00m，锚固长度为5.00m。

由表3.2.2-3可知，调整筋带参数后，2#场平所有典型剖面所有工况稳定计算结果均满足规范要求，但与规范允值相差不大，即2#场平整体趋于稳定状态，满足设计要求。

4 结论

综上所述，为保证边坡有足够的安全裕度，以原设计方案为最终方案，即：

2#场平边坡下部为C20混凝土重力式挡土墙，砌筑至墙顶高程230.00m，该挡土墙沿河侧边坡坡比为1:0.05；边坡上部为混凝土面板加筋土挡土墙，筋材为钢带^[6]，长度为9.00m、锚固长度为6.00m^[4]，边坡外侧为钢筋混凝土护面板，防止水流冲刷，挡土墙边坡坡比为1:0.75，直接砌筑至墙顶高程240.00m。场平边坡结构设计见图2.1-1。

参考文献：

[1] GB 50201-2014 防洪标准[S].

[2] SL 252-2017 水利水电工程等级划分及洪水标准[S].

[3] GB 18306-2015 中国地震动参数区划图[S].

[4] JTG D30-2015 公路路基设计规范[S].

[5] NB/T 35111-2018 水电工程渣场设计规范[S].

[6] 陈忠达. 公路挡土墙设计[M]. 北京: 人民交通出版社, 1999. 10.