湖南省平原型水庫庫區(qū)建筑物破壞預(yù)測研究

彭鵬程

（湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院 長沙市 410007）

前 言

近10 多年來，隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對水能資源的開發(fā)利用進入了前所未有的新階段。為了開發(fā)水能資源，湖南省在湘、資、沅、澧等幾條流域投資興建了多座徑流式電站，這些水電站為國民經(jīng)濟的發(fā)展作出了巨大貢獻，但同時也帶來了諸如水庫塌岸和浸沒等環(huán)境地質(zhì)問題，部分建筑物因此受到影響和破壞，特別是中下游地區(qū)平原型水庫尤為如此。

多年來，先后完成了湖南省境內(nèi)數(shù)十個中小型水電站的前期勘測設(shè)計工作，在這些中小型水利水電工程前期勘察中，由于受到勘察設(shè)計費用和設(shè)計周期的限制，對庫區(qū)浸沒和塌岸的評價基本依靠《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[1]推薦的常規(guī)方法進行預(yù)測，后期運行過程中情況比較復(fù)雜。我們本次選取了幾個工程做為樣本，重點對工程運行幾年來庫區(qū)發(fā)生的建筑物破壞情況進行了詳細調(diào)查； 詳細分析了其破壞特征及規(guī)律，并對地質(zhì)工程師在庫區(qū)此類地質(zhì)災(zāi)害中防治的方法和作用進行了探討。

1 工程區(qū)內(nèi)建筑物破壞特征及規(guī)律

近幾年來，我們對已建成的白竹洲、東坪、浪石灘、株溪口水電站等庫區(qū)受影響的建筑物進行了充分調(diào)查，調(diào)查范圍包含房屋位置、地基持力層、建筑物結(jié)構(gòu)；白竹洲庫區(qū)共調(diào)查房屋312 棟，其中需拆除的房屋37 棟；東坪庫區(qū)共調(diào)查房屋251 棟，需拆除的房屋67 棟；浪石灘庫區(qū)共調(diào)查房子80 棟，其中受浸沒塌岸影響需拆除房屋18 棟。分別按危險性級別進行了分類，Ⅰ類是損毀嚴重需拆除的房屋，Ⅱ類是問題嚴重但暫時留觀房屋，Ⅲ類是有問題需留觀的房屋78 棟，Ⅳ類無直接影響。我們根據(jù)房屋位置、地基持力層、建筑物基礎(chǔ)情況及房屋樓層高度和發(fā)展時間對上述幾個電站庫區(qū)進行了歸納分析，結(jié)果見附表。

從附表可以看出，由于浸沒和塌岸引起的房屋破壞有以下幾個特點：

（1）破壞范圍多發(fā)生在近岸地段。統(tǒng)計表明約71%的破壞發(fā)生在離岸50 m 以內(nèi)，25%發(fā)生在（50～100）m 內(nèi)，超過100 m 發(fā)生破壞的概率極少；近壩庫區(qū)段的比例高于庫尾。

（2）受影響破壞的建筑物，與建筑物本身的基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性較大。一般以2～3 層為主，1 層房屋影響較小，4 層以上房屋本身結(jié)構(gòu)較好，影響較小。壤土、砂壤土、人工填土等地基上的建筑物影響較大，粘土、粉質(zhì)粘土等地基土上的建筑物影響相對較小。

（3）破壞形式多表現(xiàn)為不均勻沉降引起的房屋基礎(chǔ)或房屋墻體開裂、房前地坪開裂、部分岸坡垮塌，少見房屋整體垮塌。

（4）破壞一般表現(xiàn)為漸行性發(fā)展，時間一般發(fā)生在水庫蓄水后2～5年范圍內(nèi)，在更長時間后，變形逐步趨于穩(wěn)定。

2 建筑物破壞成因分析

水庫蓄水前，地下水位較低、建筑物基礎(chǔ)持力層的含水量較小、土層的有效容重較大、凝聚力和內(nèi)摩擦角較大，地基承載力較大，能夠滿足建筑物對地基的承載力和變形要求；水庫蓄水后，隨著河水位的升高，水庫周邊地下水位壅高，加上土的毛細管水抬升，部分民房建筑物基礎(chǔ)持力層位于地下水位之下，當作用時間較長時，在地下水的作用下，有兩個方面的影響： 一是由于土的軟化作用導(dǎo)致土的力學強度降低，地基承載力下降；二是由于土的有效重量減小而導(dǎo)致地基土承載力下降[2]。根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基的不同情況，對房屋的影響有三類。當房屋為超過4 層的多層和高層建筑時，由于基礎(chǔ)多為樁基，其埋置深度較深，所以地下水位的變化對其地基承載力影響不大；當房屋為2～3 層，其基礎(chǔ)埋深一般（1～2）m，，地基承載力受地下水位的抬升而影響較大，特別是當基礎(chǔ)為透水性好的壤土時，隨著地基承載力下降更易導(dǎo)致基礎(chǔ)不均勻沉陷產(chǎn)生房屋開裂，當?shù)鼗鶠椴煌杆恼承酝習r，其影響較??；當房屋為1層建筑時，由于其本身結(jié)構(gòu)對承載力要求較低，其基礎(chǔ)埋深淺，對地下水位的變化引起的地基承載力下降不敏感，所以一般不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性破壞，但會導(dǎo)致房屋地面經(jīng)常處于潮濕狀態(tài)。這一分析與前述的破壞特點是吻合的。

3 建筑物破壞預(yù)測及對策研究

建筑物區(qū)的預(yù)測是項復(fù)雜和敏感的工作，它關(guān)系到業(yè)主、當?shù)卣?、庫區(qū)居民的切身利益，直接關(guān)系到庫區(qū)人民的生命財產(chǎn)安全。以前對建筑物區(qū)的前期預(yù)測基本依靠公式，指出籠統(tǒng)大致的區(qū)域，事實證明，這是遠遠不夠的，沒有針對性。針對建筑物區(qū)，在前期勘察過程中應(yīng)對影響區(qū)內(nèi)的建筑物類型、層數(shù)、結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)砌置深度、持力層性質(zhì)進行詳細的調(diào)查，在此基礎(chǔ)上根據(jù)勘察成果才能進行比較準確的預(yù)測判斷。

水庫蓄水后，工程運行期間的前幾年，我們對建筑物區(qū)采用逐戶逐棟上門調(diào)查的方式，對影響區(qū)內(nèi)的建筑物按不同的類別做了詳細的調(diào)查，對問題房屋作了詳細的留觀，并以表格形式做了詳細的統(tǒng)計和分析，具體方法如下：

（1）確定觀測時間及間隔。從留觀開始實施起，在每年的汛期前后、洪水期后、大暴雨后、水庫水位變幅發(fā)生異常后以及發(fā)生其他重大影響情況后均應(yīng)進行觀測。

（2）確定主要留觀內(nèi)容。對留觀的房屋，主要監(jiān)測的內(nèi)容包括：房屋地基基礎(chǔ)的變形、沉降、開裂及變化等情況，房屋墻體開裂及變化情況，房屋整體變形情況等，臨河房屋還應(yīng)觀測岸坡沖刷影響變化情況。

對于受超設(shè)計洪水影響的，不列入留觀范圍。

（3）確定留觀方式。對留觀內(nèi)容，要求每一棟房屋設(shè)計一個檔案，包括每次監(jiān)測的內(nèi)容登記表一式四份，照片打印存檔，影像資料存檔。對墻體開裂的，設(shè)置紙條觀測裂縫變化情況。如條件允許，對留觀房屋集中區(qū)進行地質(zhì)剖面沉降和變形監(jiān)測。

（4）作出留觀結(jié)論：根據(jù)留觀內(nèi)容，前后監(jiān)測對比，業(yè)主、當?shù)卣⒋迕翊?、地質(zhì)工程師一致認為屬于危房或需要拆除的，留觀結(jié)束，房屋作拆除處理；四方一致認為影響較小，無需再留觀的，留觀結(jié)束，房屋不作處理；四方一致認為需繼續(xù)留觀的，繼續(xù)留觀；兩年留觀期結(jié)束，四方意見不統(tǒng)一的，申請危房鑒定后處理。

在白竹洲水電站庫區(qū)、東坪水電站庫區(qū)，通過完成上述認真細致的調(diào)查，做到了基礎(chǔ)材料扎實、理論依據(jù)充分、調(diào)查結(jié)果公正；結(jié)論取得業(yè)主、當?shù)卣?、庫區(qū)居民代表的簽字認可，在此基礎(chǔ)上再分類提出整治建議。這一方法被證明是行之有效的，具有科學性、客觀性、實效性，具有公信力，不但節(jié)約了大量資金，而且極大緩和了庫區(qū)因房屋破壞而帶來的社會矛盾，減少了群體事件的發(fā)生。建議在以后類似工程中給予推廣和使用。

受多種因素影響，庫區(qū)建筑物破壞預(yù)測是個復(fù)雜的過程，具有漸進性，任何公式的預(yù)測都有其局限性。所以要特別強調(diào)富有經(jīng)驗的地質(zhì)工程師的現(xiàn)場作用，建議地質(zhì)工程師在工程運行后前5年進行全程的跟蹤和觀測，對重點地段布置觀測斷面，以便作出更科學和準確地預(yù)報。

4 結(jié) 語

在徑流式水電站的開發(fā)過程中，庫區(qū)會不同程度地產(chǎn)生由浸沒和塌岸引起的環(huán)境地質(zhì)問題，其中導(dǎo)致的建筑物破壞問題非常敏感和復(fù)雜，對其進行準確地預(yù)測是庫區(qū)防治工作的重要依據(jù)。以往的工作和結(jié)論往往過多地強調(diào)和依靠公式計算，而忽視了現(xiàn)場調(diào)查工作。在進行庫區(qū)浸沒、塌岸預(yù)測時，經(jīng)驗公式具有一定的作用，但有較大的局限性，甚至和實際情況差異較大，由于這類破壞具有漸進性特點，強調(diào)地質(zhì)工程師在工程運行后一段時期進行全過程進行動態(tài)觀察和監(jiān)測，特別是對影響區(qū)問題房屋的留觀，會起到事半功倍的效果，呼吁地質(zhì)工程師在整個防治過程應(yīng)發(fā)揮更重要建設(shè)性的作用。

[1] 水利部.水利水電工程地勘察規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[2] 水利部中國水電工程顧問集團. 水利發(fā)電工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2011.