人工堆填庫岸勘查設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

陳 勇，黃 瓊

(1.湖北地礦建設(shè)工程承包集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430072;2.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北武漢 430034)

1 工程概況

興山縣下坪庫岸是三峽后期規(guī)劃項(xiàng)目，處高嵐河建陽坪段左岸坡，上游方向與建陽坪鄉(xiāng)相鄰，下游方向以高嵐河大拐彎基巖出露處為界，根據(jù)三峽后續(xù)地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃調(diào)查，庫岸線總長約1 500 m，行政隸屬建陽坪村二組，312省道貫穿整個庫岸，交通條件較為便利。

下坪庫岸平面形態(tài)上呈弧形凹岸，高嵐河流經(jīng)建陽坪后，遇正前方右岸的突出的基巖山嘴，河床向左轉(zhuǎn)彎，形成左岸堆積的河漫灘地貌，堆積物質(zhì)為砂礫、卵石等。經(jīng)勘查測圖，河漫灘沿312省道往外寬約50～205 m，面積約12.5萬 m2，地形平緩寬闊，且緊鄰312省道，由于下坪庫岸所處的河漫灘地形平緩寬闊，交通便利，土地可利用條件好，該處已列為興山縣后續(xù)規(guī)劃移民造富項(xiàng)目——興山縣經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建陽坪片，現(xiàn)階段正進(jìn)行堆填造地。庫岸全貌見照片1。

照片1 下坪庫岸全貌Photo 1 Panorama of reservoir bank

2 勘查設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 項(xiàng)目的必要性和緊迫性

由于是國家投資項(xiàng)目，要保證立項(xiàng)，項(xiàng)目本身需具有很強(qiáng)的必要性和緊迫性，一般來說，項(xiàng)目能立項(xiàng)要有兩個條件:一是勘查對象確實(shí)為地質(zhì)災(zāi)害體，近階段確實(shí)有變形;二是要有治理的必要，即災(zāi)害體上方或前緣要有居民等保護(hù)對象。這兩個條件需同時滿足?？辈樵O(shè)計(jì)報(bào)告在對項(xiàng)目實(shí)施治理的必要性和緊迫性方面進(jìn)行了重點(diǎn)闡述:

(1)強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目背景。強(qiáng)調(diào)現(xiàn)在實(shí)施堆填抬地的是興山縣后續(xù)規(guī)劃移民造富項(xiàng)目，將建作興山縣經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建陽坪片，將來的堆填地將有成規(guī)模的商住及廠家入駐，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保護(hù)對象十分明確，對其臨水邊坡進(jìn)行治理意義重大。

(2)強(qiáng)調(diào)臨水岸坡需防護(hù)。下坪庫岸前緣河漫灘高程約158～160 m，堆填面高程為177 m，岸坡高度17～19 m，坡高較大，且堆積物質(zhì)為松散的卵礫石和泥頁巖碎塊，坡面不加防護(hù)，塌岸是必然的。預(yù)測了塌岸成災(zāi)性。

(3)強(qiáng)調(diào)治理思路上的截彎取直。對下坪庫岸進(jìn)行治理，有兩種思路，一是按現(xiàn)狀進(jìn)行治理，二是結(jié)合后期規(guī)劃移民造富項(xiàng)目進(jìn)行治理。若按現(xiàn)狀治理，治理對象為現(xiàn)狀前沿的不規(guī)則曲線岸坡，岸線長1 500 m，治理長度大，治理后作為后期規(guī)劃移民造富項(xiàng)目的興山縣經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建陽坪片用地面積小，為8.15萬m2。若結(jié)合后期規(guī)劃移民造富項(xiàng)目進(jìn)行治理，沿線前緣往前移并進(jìn)行截彎取值，治理長度1 150 m，治理岸線長度減少，治理后興山縣經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建陽坪片用地面積增大至12.36萬m2(其堆填土石方工程不在本項(xiàng)目列支)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

從以上三點(diǎn)基本論證了該庫岸會產(chǎn)生塌岸，且塌岸將來的危害對象眾多，有治理的必要;治理方法上與后期規(guī)劃移民造富項(xiàng)目相結(jié)合，進(jìn)行截彎取直，既縮短了岸線長度，節(jié)省了投資，又使造地面積增大，投資的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益相得益彰。此觀點(diǎn)在評審時得到國家級專家組認(rèn)可。

2.2 堆填庫岸邊坡坡率設(shè)計(jì)

影響邊坡穩(wěn)定的三要素是坡體的巖土體物質(zhì)成份、坡高及坡率。下坪庫岸為松散堆積物岸坡，坡體巖土性質(zhì)已定，坡高取決于坡頂高程和坡腳高程。坡頂高由堆填面決定，為177 m;坡腳高程為河漫灘前緣高程，為158～160 m，因此坡高為17～19 m。坡高也已確定，如何設(shè)定邊坡坡率顯得尤為重要。勘查設(shè)計(jì)階段我們主要從以下二個方面考量確定邊坡坡率:

(1)注重對現(xiàn)狀堆填體邊坡的自然休止角的調(diào)查。由于勘查期間，堆填在進(jìn)行，同時已有部分段在兩年前堆填完成，經(jīng)歷過庫水位往復(fù)波動，對自然休止角的調(diào)查可以為坡率確定提供參考。經(jīng)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，自然休止角在35°左右。

(2)注重對同類已治理岸坡的坡率調(diào)查。三峽庫區(qū)經(jīng)多期地災(zāi)治理，有很多類似的已治理岸坡，比較典型的如高陽庫岸、建陽坪庫岸，堆填規(guī)模及堆填物質(zhì)相近，采用的坡度為30°，且已經(jīng)受多年的庫水位往復(fù)作用的考慮，勘查階段我們對已治理岸坡的穩(wěn)定現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)岸坡基本保持完好。

因此，在確定邊坡坡率時認(rèn)為水位往復(fù)作用下的穩(wěn)定坡度比自然休止角降低4°～5°較合適。這個數(shù)據(jù)基本與同類堆填岸坡成功治理經(jīng)驗(yàn)相接近，這讓我們設(shè)計(jì)更有底，因此，設(shè)計(jì)采用了1∶1.75 坡率(30°)。

當(dāng)然，前面的思路是初擬坡率，作為設(shè)計(jì)，有必要建立模型進(jìn)行檢算驗(yàn)證，設(shè)計(jì)時以庫岸最大坡高19 m的典型剖面為例，對護(hù)坡的穩(wěn)定性進(jìn)行復(fù)核[1]。

①計(jì)算工況及荷載組合。

工況1:水位175 m(吳淞高程)形成恒定滲流時回填土坡的穩(wěn)定;

工況2:水位175 m(吳淞高程)驟降到坡腳，形成不穩(wěn)定滲流時臨水側(cè)土坡的穩(wěn)定，水位從175 m經(jīng)8 d驟降至159 m(按1.2 m/d的速度消落)。

上述兩種工況的荷載組合為:自重+汽車荷載+庫水荷載，其中汽車荷載按二級公路車輛荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即按均布荷載q=14.67 kN/m分布在寬為12 m的坡頂公路上。

②計(jì)算成果(見表1)。

表1 庫岸抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算成果表Table 1 Calculation results of stability analysis of anti-sliding reservoir bank

上述計(jì)算結(jié)果表明，在各種計(jì)算工況下，計(jì)算所得的最小安全系數(shù)均大于現(xiàn)行規(guī)范的容許值。因此，岸坡的抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

2.3 腳墻防沖刷設(shè)計(jì)

庫岸岸坡能否保持長期穩(wěn)定除了邊坡率外，還有一個重要因素是坡腳防沖刷，因此需在坡腳設(shè)防沖腳墻。防沖腳墻的基礎(chǔ)埋深與洪水沖刷有關(guān)，需進(jìn)行沖刷計(jì)算。

沖刷計(jì)算所依據(jù)的洪水流量根據(jù)洪水計(jì)算結(jié)果得到，下坪庫岸治理工程回填土坡防沖腳墻的沖刷深度按10年一遇洪水計(jì)算，按20年一遇洪水校核。治理工程高嵐河段設(shè)計(jì)洪水對應(yīng)的設(shè)計(jì)流量為1 601 m3/s，校核洪水對應(yīng)的流量為1 984 m3/s;經(jīng)對庫岸特性分段并進(jìn)行沖刷計(jì)算，最大沖刷深度為 0.5 ～2.0 m[2－3]。

堆填庫岸坡腳墻坐落的地基在河水流速超過允許不沖流速的條件下容易被沖刷而導(dǎo)致腳墻的破壞，進(jìn)而引起護(hù)坡的破壞。為了避免這類破壞，須將腳墻的底面高程設(shè)置在最大沖刷深度以下一定的深度，以維持腳墻和護(hù)坡的整體穩(wěn)定。根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30—2004)關(guān)于沿河路基防護(hù)工程基底埋設(shè)在沖刷深度以下≥1 m或嵌入基巖內(nèi)的規(guī)定，確定護(hù)坡腳墻的高度為2.0～3.5 m。

至此形成治理工程平面布置圖見圖1，典型治理剖面見圖2。

圖1 下坪庫岸治理工程平面圖Fig.1 Planar graph of control project of reservoir bank

圖2 下坪庫岸護(hù)坡典型剖面圖Fig.2 Typical profile of slope protection of reservoir bank

3 結(jié)語

本項(xiàng)目治理工程初步設(shè)計(jì)在重陽已順利通過國家專家組評審，也即意味著走完了立項(xiàng)和資金申請程序?，F(xiàn)已完成施工圖設(shè)計(jì)及評審，成果質(zhì)量得到肯定，項(xiàng)目實(shí)施在即。

三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害項(xiàng)目為國家投資項(xiàng)目，程序較規(guī)范，相對也較復(fù)雜。在進(jìn)行此類項(xiàng)目勘查設(shè)計(jì)時，首先要注重把握災(zāi)害體的成災(zāi)可能性、危害的嚴(yán)重性及治理的必理性。對于人工堆填邊坡，坡率控制是重點(diǎn)，而護(hù)面結(jié)構(gòu)包括漿砌石、干砌石、混凝土預(yù)制塊等，均屬構(gòu)造措施，坡率直接與穩(wěn)定性相關(guān)。對于涉水庫岸，除控制邊坡坡率外，尚需對庫岸坡腳設(shè)腳墻防沖，防沖刷的關(guān)鍵是沖刷深度的計(jì)算和確定，防沖腳墻基底需超過最大沖刷深度并有一定安全儲備。

[1] 三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部.三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)技術(shù)要求[R].宜昌:三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部，2004.

[2] 李煒.水力計(jì)算手冊[M].2版.北京:中國水利水電出版社，2006.

[3] 北京市政設(shè)計(jì)院.城市道路設(shè)計(jì)手冊:上、下冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1985.