发耳火电厂厂房高边坡护坡及排水设计

　　摘要:发耳火电厂厂房回填边坡高度20～50m，稳定问题尤为突出。设计经比较提出土工格栅结合三维植被网的综合处理措施，同时提出合理的排水设计，边坡实施、运行效果较好。
　　关键词：发耳电厂，土工格栅，三维植被网，回填边坡，排水设计
　　1、工程概况
　　发耳火电厂位于贵州省六盘水市水城县发耳乡境内，发耳乡北距六盘水市市区约74km，工程区距发耳乡7.5km。
　　工程装机规模4×600MW，是贵州省在建“西电东送”的重点项目。厂址座落在发耳乡卢家寨的湾河右岸与其支流卢家寨小河形成的中间台地上，而湾河河道治理范围为工程区内的湾河河段，长约1.4km左右的河道。河道治理与厂区临湾河侧的高填方边坡处理相结合。
　　河道治理的主要任务是对发耳火电厂厂区的湾河及相应的小河按照厂区防洪标准进行改造治理。对厂区河段的堤防挡墙、边坡处理、排水措施等进行设计。使河道水流顺畅，保证厂区建筑物的安全运行。工程规模为Ⅰ等，边坡为一级。
　　由于河道右岸为回填高边坡，回填高度为20.0～50.0m之间(从堤防挡墙底部至厂区公路的垂直距离)，回填料采用为透水性好的无粘性材料(如砂砾石、碎石等)为主。为确保厂区及堤防挡墙的稳定安全，减小地下水压力，保护土体和建筑物不会因产生渗透变形而破坏，设计在高回填边坡内采用加筋材料并设置排水系统，以维持边坡稳定、降低地下水，消除厂区及挡墙的安全隐患。
　　2、回填高边坡护坡设计
　　发耳火电厂河道治理工程中湾河河道右岸回填高边坡护坡及排水治理段全长754.627m，此段边坡为1:2～1:3之间，边坡的高度h=10.0～35.0m不等(从堤防挡墙顶部至厂区公路的垂直距离)。
　　2.1回填边坡的自然稳定分析
　　首先边坡不加任何加筋材料，按照设计高边坡进行回填，采用理正边坡稳定设计软件计算其回填边坡的自然稳定；计算中考虑的汽车荷载是挂车—100（进行计算的边坡以上公路为三级公路）。经计算，安全系数在1.18左右，小于规范要求的1.3，不能满足稳定要求。
　　2.2回填边坡加筋后的稳定分析
　　2.2.1回填边坡护坡处理方案比选
　　为了保证整个回填高边坡的稳定，确保发耳电厂安全正常的运行。湾河河道右岸回填边坡采用加筋材料维持整个高边坡的稳定。目前加筋材料在边坡及挡墙的应用也十分广泛，为了选择更有效、更安全、更经济的边坡稳定方案，对回填边坡处理进行了两种方案的比选。
　　方案1：采用预制C20钢筋混凝土面板网格草皮护坡：布置形式为将堤后的回填料回填一层，碾压一层，堤顶以上的边坡增设拉筋带，拉筋带采用聚烯烃土工加筋带，规格为30×2.8mm，水平间距为1.5m，层间距为0.5m，呈梅花型布置，拉筋带的迎水面端部通过预制钢拉环与钢筋混凝土面板固接，钢筋混凝土面板厚度为0.5m，表面采用菱型网格，其中用草皮护坡。本方案工程投资1064万元。
　　方案2：采用土工格栅结合三维植被网格草皮进行护坡：当土体中加入土工格栅碾压后，格栅与土体的相互作用主要有：格栅表面与土的摩擦作用；土对格栅的被动阻抗作用；格栅孔眼对土的咬合锁定作用。这些作用使格栅具有了抵抗来自填料的水平剪力，阻抗土体破裂面的形成。为确保坡面的稳定，在迎水面端部，底层的土工格栅回包至其上一层一段距离。本方案工程投资912万元。
　　方案1、方案2边坡的安全稳定上均能满足要求。在满足安全稳定的前提下，对方案1、方案2进行了以下几点综合比较：
　　a、用土工格栅在于使土体能真正起到加筋作用，双向土工格栅使土体在平面的两个方向均受到约束，并且建筑加筋边坡工程，可以不设面板；用拉筋带只能单向起到稳定作用(垂直于河流方向)。
　　b、采用土工格栅的铺设在施工中较为简便，不设面板也可以缩短施工工期；而采用拉筋带就必须在坡面上设置面板，面板后固定锚环，由拉筋带、锚杆将面板固定在坡面上，施工工序较为烦琐。
　　c、土工格栅结合三维植被网格草皮护坡，美观大方，更符合生态治理的要求。
　　d、与方案1相比，方案2工程投资相对更节省。
　　因此推荐采用方案2，即：土工格栅结合三维植被网格草皮护坡方案。
　　2.2.2回填高边坡加筋土的设计
　　本工程根据上述方面对土工格栅进行了综合对比后，选定了CATT塑料聚合土工格栅。此种材料适用于加筋土挡墙、桥台、边坡以及路基加筋等。当土体中加入土工格栅夯实后，格栅与土体的相互作用有：格栅表面与土的摩檫作用；土对格栅的被动阻抗作用；格栅孔眼对土的咬合琐定作用。这些作用使格栅具有了抵抗来自填料的水平剪力，提高了软弱地基的承载力，阻抗土体破裂面的形成。
　　本工程选用的土工格栅为CATT塑料聚合双向(异型)，型号为CATTSG50-30。高边坡采用了加筋材料，再次采用理正边坡稳定设计软件计算其回填边坡的稳定（计算参数与自然边坡时的情况一致）。计算成果如表2-1所示：
　　表2-1计算成果表

　　
　　计算成果表明：1、加入土工格栅后的回填边坡进行的稳定计算，安全系数K值明显提高，满足其稳定要求。
　　2.3回填高边坡及铺设加筋材料的施工要求
　　湾河河道回填高边坡所采用的回填料为透水性相对较好的无粘性材料，填料的选择易压实、与加筋材料有足够的摩擦力、满足化学和电化学的标准，对浸水工程水稳定性好。边坡回填前，对于腐植土、耕植土等较松散的覆盖层应先清楚干净，并实施预碾后方能进行边坡的填筑；回填料中碎石、砂卵石等石料不少于50%，回填采用分层碾压。本工程的高边坡回填单层厚度为50cm，回填一层，碾压一层，然后铺设土工格栅。
　　下图为回填边坡加筋材料布置的剖面示意图：
　　
　　2.4回填高边坡坡面护坡处理
　　高边坡回填施工完成后，为防止坡面局部松散土石颗粒被雨水冲走，同时为营造回填边坡的美观，保护整个厂区的绿化环境，设计考虑绿化整个回填边坡，在其表面铺撒草籽，采用三维植被网就是为了保护整个边坡的草籽及幼草不被雨水冲走流失。它的疏松、凹凸不平的面层，使其有90%以上的空间填充土壤及砂料，将草籽及表面土壤牢牢护在立体网中间，同时网垫表层可使风及水流产生无数小涡流，起到缓冲消能的作用，大大提高了植被覆盖率，起到了良好的固土阻滞效果。
　　本工程采用的三维植被网型号为EM-3，三维植被网垫的底层为一个高模量基础层，采用双向拉伸网，其强度高，可以有效地防止植被变形，三维植被网的表面为一个起泡层，膨胀的立体网包可以充填土壤及沙粒，植物的根系可从整个土工网垫中舒适地穿过，植被网垫和泥土形成一种牢固的复合体系，这种复合体系可以防止水土流失，当边坡出现沉降时，不会造成架空，是一种理想的边坡防护网。
　　3、高边坡回填的排水设计
　　本次发耳电厂高边坡回填的排水设计主要针对湾河河道右岸边坡（左岸边坡的墙体和填土不高）。河道右岸的堤防挡墙高10.0～15.0m，墙后厂区回填土石料高度为20.0～50.0m左右，而回填边坡的稳定直接关系到整个火电厂的安全，必须充分考虑排水设施的有效性及可能存在的局部失效情况，故设计着重从以下几个方面强化排水设施系统：
　　3.1三维立体网状排水结构
　　排水系统分为主排水沟（横向排水管）及支排水沟（纵向排水管）两种，主沟布置垂直于水流方向，间距4m，设置坡度为5‰；支沟布置平行于水流方向，间距3m、5m至8m从密到稀(远离河道挡墙方向)设置，设置坡度为2‰；层间距为5m，为了迅速降低厂区内的地下水，各层间在主、支盲沟连接处采用1m直径的碎石桩连接，因此形成了三维立体网状的排水系统。
　　3.2全方位的排水设施
　　厂区的排水设施，从墙体排水孔、墙背排水管、网状塑料盲沟、竖向碎石桩到缓冲区的碎石墙、较低地势区的渗水井等形成了较为系统、较为全面、衔接紧密的排水结构。挡墙后的纵向排水管之间用横向排水管连接，同时横向排水管通过墙身上设置的排水通道（设置在河道常年洪水位以上墙身上的φ100PVC排水管）排入河道内。堤防挡墙及护坡后的排水系统与厂区回填设置的缓冲带衔接，厂区的地下水通过缓冲带迅速下降通过挡墙后排水系统排入河道。另外在湾河河道下游较低地势区设置了渗水井，有较的汇集厂区地下水及坡面水。
　　3.3可靠及有效的排水材料
　　本次采用的排水材料为HMY-系列塑料盲沟，与传统盲沟相比，具有开孔率高、抗压性能强、排水量大、耐久性好等优点。
　　塑料盲沟由塑料芯体外包裹滤膜组成。塑料芯体是以热可塑性合成树脂为主要原料，经过改性，在热熔状态下，通过喷嘴挤压出细的塑料丝条，再通过成型装置将挤出的塑料丝在结点上熔接，形成三维立体网状结构。
　　本工程右岸回填边坡采用了中空圆型盲沟(外包一层200g/m2的滤膜)，在抗压性能满足要求的前提下选择通水量大、排水性能好的型号，选用了主(φ120)、支(φ80)盲沟两种外型尺寸。排水系统的塑料盲沟分为主排水沟（横向排水管）及支排水沟（纵向排水管）两种，主沟型号为HMY-120K，支沟型号为HMY-80K。
　　采用这种网格状的排水系统可有效地降低地下水位，确保回填边坡及河道挡墙的稳定安全，为电厂正常运行提供保障。
　　下图为回填边坡排水系统的剖面示意图：
　　
　　4结语
　　目前，发耳电厂厂区河道及高填方边坡治理已基本实施完成，现场监测表明，边坡排水效果十分显著，边坡稳定性好，且相当美观，对火电厂的基础安全提供了可靠保证。可见，土工格栅结合三维植被网格草皮进行护坡并结合立体排水设施，对高填方边坡的治理是十分有效的措施之一。