過(guò)水灣水庫(kù)蓄水對(duì)杭瑞高速公路香家灣1#橋影響評(píng)價(jià)

朱應(yīng)強(qiáng)

(思南縣水務(wù)局，貴州思南565100)

0 引言

過(guò)水灣水庫(kù)工程位于貴州省思南縣寬坪鄉(xiāng)，屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅盗睾又Я魃系臈罴液?。?xiàng)目建設(shè)以灌溉為主，兼有供水及發(fā)電等綜合效益。主要樞紐建筑物有大壩、導(dǎo)流洞和灌溉渠道及灌區(qū)渠系建筑物。水庫(kù)正常蓄水位678.0 m，相應(yīng)庫(kù)容為1 039萬(wàn)m3、校核洪水位680.826 m，最大壩高約50 m。正常蓄水位678.0 m時(shí)，水庫(kù)主河道回水長(zhǎng)7.1 km，左支流回水長(zhǎng)1.51 km、右支流回水長(zhǎng)1.46 km。杭瑞高速公路思南至遵義段香家灣1#橋位于壩址以上4.5 km左支流上，左支流大橋處河床高程669.0 m，淹沒(méi)6#、7#橋臺(tái)及樁基，橋面高程約為747.0 m，橋面高于正常蓄水位69.0 m。水庫(kù)蓄水后將淹沒(méi)杭瑞高速公路思南至遵義段香家灣1#大橋橋臺(tái)及橋樁基礎(chǔ)，是否對(duì)大橋結(jié)構(gòu)有改變和對(duì)環(huán)境有影響，水位抬升后橋基工程區(qū)的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件是否有改變，對(duì)橋基的穩(wěn)定、兩岸邊坡是否有影響作出相應(yīng)地質(zhì)評(píng)價(jià)。主要采取定性分析法和定量分析計(jì)算法。

1 定性分析法

1.1 橋位區(qū)工程地質(zhì)條件

1.1.1 橋位區(qū)地質(zhì)概況

1)地形地貌:1#大橋位于楊家河上游左支流蘇家寨河段，為“U”形橫向河谷，河流流向N54°W，河床高程668～669.0 m，河床寬10 m左右，兩岸山頂高程800～860 m，相對(duì)高差150～200 m，左岸地形坡度25～30°，右岸地形坡度35～40°，兩岸山體寬厚完整，屬淺切低山溶蝕地貌。

2)地層巖性:1#橋位區(qū)出露的地層巖性為寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群(∈2－3ls)灰、深灰色中厚層、灰質(zhì)、泥質(zhì)、細(xì)粒白云巖，底部為淺灰色薄層石英砂巖，厚度＞600 m，分布于整個(gè)橋位區(qū)及兩岸較高位置。第四系殘坡積層(el+dlQ)、砂質(zhì)土，黏土零星分布于斜坡地帶及溶溝溶槽，厚0～2 m，河床為沖洪積砂卵礫石層，厚約3～4.0 m。

3)地質(zhì)構(gòu)造及結(jié)構(gòu)面:橋位區(qū)位于東華溪背斜北西翼，距背斜軸部約0.39 km，背斜兩翼巖層產(chǎn)狀較對(duì)稱，巖層產(chǎn)狀:N85°E/NW∠20°。橋位區(qū)無(wú)斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖層為單斜構(gòu)造，中厚層至厚層塊狀結(jié)構(gòu)。

4)巖溶水文地質(zhì)條件:橋位區(qū)為“U”形橫向河谷，以垂直溶蝕為主，水平溶蝕次之，橋位區(qū)下游發(fā)育溶洞高于河水面3～5 m，為巖屋型，婁山關(guān)群下部為泥質(zhì)白云巖具有一定阻水性，下部泥質(zhì)白云巖襯托，巖溶發(fā)育深度受到限制。根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪，橋位區(qū)未發(fā)現(xiàn)有溶洞發(fā)育。根據(jù)對(duì)原公路勘察鉆孔資料收集，橋基基礎(chǔ)孔樁為一樁一孔，橋位區(qū)20余個(gè)鉆孔均未遇掉鉆，遇溶洞的現(xiàn)象。溶蝕強(qiáng)風(fēng)化深度4～7.0 m。根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪，在橋位區(qū)上下游河段均有泉水出露，鉆孔終孔水位均高于河水位，為地下補(bǔ)給河水，為補(bǔ)給型河谷。根據(jù)水樣簡(jiǎn)分析試驗(yàn)、原公路勘察在橋位區(qū)河水取樣試驗(yàn)及水庫(kù)勘察取水樣簡(jiǎn)分析，水質(zhì)對(duì)鋼筋混凝土無(wú)腐蝕性。

5)大橋設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況:通過(guò)對(duì)大橋勘察，橋位區(qū)6#橋基孔樁底高程為663.027 m，低于河床高程7.3 m，樁徑為2 m，7#橋基孔樁底部高程為662.83 m，樁徑為2 m，基礎(chǔ)均置于弱風(fēng)化巖體上及地下水位以下，水庫(kù)正常蓄水位時(shí)淹沒(méi)6#橋基及橋臺(tái)3.3 m、淹沒(méi)7#橋基及橋臺(tái)6.4 m，兩岸其余橋基均置于弱風(fēng)化巖體上，從現(xiàn)場(chǎng)兩岸坡開(kāi)挖及孔樁開(kāi)挖未發(fā)現(xiàn)有溶洞發(fā)育及軟弱夾層，兩岸坡開(kāi)挖后坡度變緩為臺(tái)階形，表層局部殘坡積及部分強(qiáng)風(fēng)化巖體已開(kāi)挖清除。橋位區(qū)在勘察階段鉆孔揭露未發(fā)現(xiàn)有溶洞發(fā)育，對(duì)兩岸邊坡評(píng)價(jià)是穩(wěn)定的，施工完成后對(duì)兩岸邊坡不進(jìn)行支護(hù)處理。根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況及對(duì)大橋施工方了解，橋基孔樁開(kāi)挖中未遇溶洞發(fā)育，各孔樁開(kāi)挖深度在6 m以下石渣新鮮較完整，處于弱風(fēng)化，巖石(體)強(qiáng)度較高。

1.2 橋位區(qū)工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

橋位區(qū)位于東華溪背斜北西翼近軸部，為單斜構(gòu)造，巖層為中厚層至厚層塊狀結(jié)構(gòu)、灰質(zhì)白云巖。采用赤平投影方法分析如下:

橋位區(qū)巖層緩傾下游，傾角20°，與河流呈大角度相交，左岸坡開(kāi)挖呈臺(tái)階性，地形坡度20°～50°，發(fā)育兩組裂隙傾角大于兩岸坡度角，裂隙的交線傾向方向?yàn)镹W向，交線傾角大于兩岸邊坡坡度角，裂隙面及交線在邊坡上無(wú)出露位置，巖層層面與兩岸邊坡交線傾角大于坡度角，巖層層面為硬性接觸，巖層為中厚層至厚層塊狀結(jié)構(gòu)，巖層面起伏差3～10 mm，未發(fā)現(xiàn)有軟弱夾層及泥化夾層分布，不具備滑坡條件，自然邊坡整體穩(wěn)定。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已開(kāi)挖兩岸邊坡地形及巖層面，水庫(kù)蓄水后在橋位區(qū)抬高水頭8 m，校核洪水位時(shí)抬高水頭10.8 m，6#橋臺(tái)淹沒(méi)2.6 m、7#橋臺(tái)淹沒(méi)3.4 m，水頭抬高小，對(duì)橋基產(chǎn)生浮托力約為橋基、橋臺(tái)總重1.75%，8#橋基基礎(chǔ)原設(shè)計(jì)時(shí)位于地下水位以下，3#、4#、5#橋基均位于地下水位之上，蓄水后基礎(chǔ)也仍然位于地下水位之上，橋基基礎(chǔ)位于地下水位以下能滿足大橋承載力要求，水庫(kù)蓄水橋位區(qū)水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件無(wú)大的改變、影響小，承載力未進(jìn)行改變，水庫(kù)蓄水后承載力滿足工程要求。

兩岸邊坡開(kāi)挖后坡度較原地形坡度緩或成臺(tái)階形，無(wú)軟弱夾層及緩傾結(jié)構(gòu)面，主要結(jié)構(gòu)面為巖層層面，巖層是連接成一整體，無(wú)斷裂構(gòu)造切割破壞形成不穩(wěn)定體，因此修建大橋開(kāi)挖邊坡后邊坡整體也是穩(wěn)定的。

水庫(kù)蓄水后對(duì)整個(gè)河道只是水面變寬，橋位區(qū)水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件無(wú)大的改變，對(duì)環(huán)境及生態(tài)環(huán)境有所改善。水位在橋位區(qū)抬升8 m左右，將淹沒(méi)橋臺(tái)、橋樁鋼筋混凝土柱體3.5～6.0 m，水庫(kù)在非正常情況下運(yùn)行(突降暴雨等情況)時(shí)，兩岸及溪溝來(lái)水量增大，可能會(huì)有固體漂浮物隨水流而下撞擊橋臺(tái)(柱)，對(duì)混凝土?xí)袚p傷或樁體表面混凝土剝離等現(xiàn)象，水體對(duì)大橋建筑物鋼筋結(jié)構(gòu)有銹蝕作用，擬采取補(bǔ)救措施對(duì)6#、7#樁柱鋼筋混凝土構(gòu)筑物進(jìn)行防滲處理及適當(dāng)防撞擊處理。

高速公路通車(chē)后，為了防止運(yùn)輸危險(xiǎn)物品及化學(xué)物品車(chē)輛發(fā)生交通事故導(dǎo)致危險(xiǎn)品及化學(xué)品進(jìn)入水庫(kù)內(nèi)污染水源，擬防范措施對(duì)大橋公路兩側(cè)加強(qiáng)防護(hù)。對(duì)兩岸坡作截水溝等引排地表水，減少對(duì)兩岸坡沖刷。

2 定量分析計(jì)算法

2.1 邊坡級(jí)別

根據(jù)相關(guān)水工建筑物的級(jí)別及邊坡與水工建筑物的相互間關(guān)系，確定該工程水工建筑物為Ⅲ級(jí)，對(duì)應(yīng)的邊坡的級(jí)別為4級(jí)。

2.2 邊坡的運(yùn)用條件

正常運(yùn)行條件是水庫(kù)達(dá)到正常蓄水位678.0 m時(shí)向灌區(qū)及供水區(qū)開(kāi)閘放水，進(jìn)入水庫(kù)水量及供水量基本保持平衡狀態(tài);非正常運(yùn)行條件是突降暴雨或需加大放水量等異常情況。

2.3 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

根據(jù)《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》SL 386—2007，邊坡的級(jí)別為4級(jí)，對(duì)應(yīng)邊坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為:正常運(yùn)用條件:1.25;非正常運(yùn)用條件:1.2。根據(jù)該邊坡的特點(diǎn)，邊坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取范圍內(nèi)的大值，即正常運(yùn)用條件取1.25，非常運(yùn)用條件取1.2。

2.4 邊坡的計(jì)算和分析

2.4.1 計(jì)算選用的地質(zhì)剖面

對(duì)1#橋選用的地質(zhì)剖面見(jiàn)圖1。

圖1 香家灣1#橋地質(zhì)剖面圖

2.4.2 計(jì)算巖土力學(xué)參數(shù)

根據(jù)《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》SL55—2005，強(qiáng)風(fēng)化取巖屑夾泥型 f=0.3 ～0.4，C=0.02 ～0.035 MPa，弱風(fēng)化取 f=0.4 ～0.45，C=0.035 ～0.05 MPa。水下部分 f值折減0.85，C 值折減0.5。

2.4.3 計(jì)算分析結(jié)果

1)潛在滑動(dòng)面為順巖層層面滑動(dòng)，校核洪水位680.00 m，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果

2)潛在滑動(dòng)面為裂隙面和巖層層面組成，校核洪水位680.00 m，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果表

對(duì)1#橋邊坡在水庫(kù)蓄水前后各種工況下的計(jì)算結(jié)果表明，抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

1)1#橋位區(qū)原設(shè)計(jì)橋基基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上且深度低于河床以下，水庫(kù)蓄水后沒(méi)有改變持力層的地質(zhì)條件，兩岸邊坡為橫向邊坡，邊坡穩(wěn)定性較好。水庫(kù)蓄水后抬高水頭8 m左右，對(duì)兩岸邊坡水文地質(zhì)及工程地質(zhì)影響較小，對(duì)基礎(chǔ)承載力未改變，邊坡穩(wěn)定。為了水庫(kù)及高速公路運(yùn)行安全，對(duì)5#、6#橋基進(jìn)行加固處理，6#、7#橋臺(tái)及樁柱在正常蓄水位以下對(duì)混凝土構(gòu)筑物進(jìn)行防滲處理及防撞擊處理。

2)水庫(kù)正常蓄水后水面變寬，對(duì)生態(tài)環(huán)境有所改善，需對(duì)公路橋面加強(qiáng)防護(hù)措施。將大橋兩岸邊坡作排水溝將地表水引排進(jìn)河內(nèi)。

[1]SL 55—2005中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[2]DL 5336—2006水利水電工程水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程[S].

[3]SL 386—2007水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]邊坡與滑坡工程治理新技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)編寫(xiě)組.邊坡與滑坡工程治理新技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)[K].北京:地質(zhì)出版社，2009.