亭子口水利樞紐魚類增殖站蓄水池及南側邊坡處理合理性探討

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

亭子口水利樞紐魚類增殖站蓄水池及南側邊坡處理合理性探討

龔萬陽

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

魚類增殖站現(xiàn)場施工遭遇了蓄水池南側邊坡不穩(wěn)定，影響蓄水池發(fā)揮其正常的蓄水功能，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘察報告描述的情況，對魚類增殖站蓄水池及其南側邊坡提出合適的治理方案，并對兩個方案進行技術對比分析，主要從邊坡工程和蓄水池工程兩個方面來探討方案技術上的可行性。以蓄水池的功能要求和邊坡的穩(wěn)定性要求作為衡量標準，同時還對兩個方案進行經(jīng)濟合理性分析，主要從邊坡工程和蓄水池工程的工程量和總價兩個方面來探討方案經(jīng)濟上的合理性，以費用最低作為衡量標準。并最終確定一個技術上可行，經(jīng)濟上合理，并且能夠滿足魚類增殖站功能需求，同時安全可靠的實施方案。

魚類增殖站 蓄水池 邊坡處理 技術可行性 經(jīng)濟合理性 亭子口水利樞紐

1 工程概況

嘉陵江亭子口水利樞紐魚類增殖站位于亭子口水利樞紐大壩右岸下游約1.3km處，為亭子口工程水資源保護的永久建筑物，該工程規(guī)劃用地面積約2.67hm2，由親魚池、魚苗池、催產(chǎn)孵化育苗車間、魚苗培育車間以及管理用房等組成。

高位蓄水池位于場地西南側，場地高程約408.9m，表層土體主要由粉質(zhì)黏土夾碎石、素填土組成，蓄水池平面尺寸為34.0m×16.0m，水池高5.0m，水池水深4.5m，位鋼筋混凝土結構。

高位蓄水池前緣邊坡為小壩溝邊坡，該邊坡為回填土邊坡，邊坡安全等級為一級，邊坡坡腳高程374m～376m，坡頂高程402m～407m，坡高約28m～31m，邊坡堆填形成380m、390m、400m三級馬道，馬道寬約5m。邊坡高程380m以下采用格賓式擋墻支護；380m～390m之間采用1∶1.8坡率放坡并采用干砌石護坡；390m以上坡率1∶1.55，為自然堆填而成

該邊坡回填至今未見變形跡象，在天然狀態(tài)下，該邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。場地擬建蓄水池位于該邊坡坡頂，蓄水池建成蓄水后，其荷載作用在邊坡后緣，可能沿該邊坡覆蓋層與基巖接觸面產(chǎn)生蠕滑變形或以小壩溝溝底為剪出口覆蓋層產(chǎn)生圓弧型滑動，致使蓄水池基礎產(chǎn)生拉裂變形。因此修建蓄水池可能使該邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，需對該邊坡進行加固處理。

2 工程地質(zhì)條件

本設計參考的地質(zhì)資料為《嘉陵江亭子口水利樞紐魚類增殖流放站補充勘察地質(zhì)說明書(施工圖階段)》、《嘉陵江亭子口水利樞紐魚類增殖流放站工程地質(zhì)勘察報告(一次性勘察)》。

2.1 地形地貌

擬建魚類增殖站場地位于亭子口水利樞紐大壩右岸下游約1.3km處(蒼溪縣亭子鄉(xiāng)車家壩)壩區(qū)內(nèi)2#公路西側，為右岸前期工程時修建的水廠。水廠地面高程407m，水廠北側及西側為修建水廠開挖的人工邊坡，坡比約1∶2，坡高5m～12m，坡頂高程414m～418.5m。場地前緣為壩區(qū)開挖棄渣堆填形成邊坡，部分采用干砌片石護坡，少量采用自然堆填，形成380m、390m、400m三級馬道，馬道寬約5m。4#公路(壩區(qū)至小壩溝渣場)從場區(qū)北側通過，2#公路(上壩公路)從場區(qū)東側通過。

該場地南側有一條東西走向的沖溝發(fā)育(小壩溝)，流向嘉陵江，流量100L/min～600L/min，為一常年性流水沖溝。至亭子口壩區(qū)公路已經(jīng)建好，公路直接通入場區(qū)，交通方便。

2.2 地層巖性

2.2.1 覆蓋層

2.2.2 白堊系下統(tǒng)蒼溪組(K1c)

由砂巖、粉砂巖、粘土巖軟硬相間不等厚組成，根據(jù)巖性及其組合特征，由老至新依次為：

(1)K1c3-2層：紫灰色細粒巖屑砂巖夾少量極薄層砂質(zhì)粘土巖，巖性穩(wěn)定，厚度變化不大；

(2)K1c3-3層：褐紅色粉砂巖，上部夾紫紅色砂質(zhì)粘土巖，下部青灰色細粒巖屑砂巖夾褐紅色粉砂巖，巖性變化較大；

(3)K1c4-1層：上部紫紅色砂質(zhì)粘土巖與褐紅色粉砂巖互層，下部褐灰色細粒巖屑砂巖夾褐紅色粉砂巖；

(4)K1c4-2層：灰白色厚層細粒長石石英砂巖，巖性穩(wěn)定。該層巖石結構松散，性狀較差。

2.3 水文地質(zhì)條件

場地原屬淺丘槽谷地貌，隨大壩主體工程的結束及配套設施的完善，場地地表水隨地表排水溝匯集集中排泄于嘉陵江或小壩溝。場地內(nèi)亦未見有地下水溢出，場地地下水貧乏。

2.4 地質(zhì)特征及主要地質(zhì)問題

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，場地及附近地形坡度平緩，無崩塌、泥石流、滑坡、危巖等其它不良地質(zhì)現(xiàn)象存在；場區(qū)南側因人工堆積形成的高約20m的土質(zhì)邊坡(小壩溝邊坡)，底部5m用格賓擋墻支護，其上有6m高的干砌片石護坡，經(jīng)歷多年的自然沉降現(xiàn)已處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

2.5 巖土物理力學參數(shù)

表1 巖土物理力學參數(shù)建議值

3 處理方案合理性分析

3.1 邊坡穩(wěn)定性復核

3.1.1 邊坡安全等級和計算參數(shù)

高位水池前緣邊坡安全等級為三級，邊坡設計使用年限為50年。邊坡穩(wěn)定性復核時計算參數(shù)如下:

(1)素填土：天然重度21.0kN/m3，內(nèi)摩擦角φ取12°，粘聚力取15kPa；

(2)粉質(zhì)粘土：天然重度20.6kN/m3，內(nèi)摩擦角φ取12°，粘聚力取15kPa。

3.1.2 邊坡計算簡圖和計算結果

高位水池前緣邊坡計算簡圖如圖1所示，計算采用理正巖土計算軟件。

圖1 邊坡計算簡圖

由理正軟件計算結果可知，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為0.816，小于1.0，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要采取治理措施。

3.2 邊坡處理方案比選

根據(jù)計算復核，為滿足高位蓄水池前緣邊坡穩(wěn)定要求，現(xiàn)針對高位水池布局進行調(diào)整，擬采用以下兩種處理方式對比分析：蓄水池縮小加高方案和蓄水池減半異地復建方案。

3.2.1 水池縮小加高方案

該方案將水池平面尺寸由34m×16m縮減為26m×16m，同時將原蓄水池高度由5m增高至6m。由于現(xiàn)場已將蓄水池向北側平移5m，本方案實施后，蓄水池邊緣距離邊坡水平距離最近為15.5m。

邊坡處理方案∶在第一級馬道(高程380.0m)處以1∶2.20的坡比削坡，坡高大于8m時需要設置馬道，馬道寬度4.0m。經(jīng)方案布置，邊坡在高程388.0m、396.0m和401.0m處分別設置馬道，馬道寬度依次為4m、4m和4.5m，邊坡坡面采用漿砌石護坡，護坡面由下至上依次為：15cm厚粗砂墊層、15cm厚碎石墊層和30cm厚漿砌石護坡。在邊坡底部距離約11.2m處設置C15素混凝土擋土墻，擋土墻墻高約7.0m，擋墻底部坐落于基巖。

在401.0m高程處設置C15素混凝土擋土墻，擋土墻頂部高程為自然地面高程(約406.9m)，墻頂距離蓄水池邊緣距離不小于5.0m，擋土墻高度約7.0m，擋土墻長度約21m。本方案涉及邊坡治理后典型斷面如圖2所示。

圖2 方案一邊坡治理后典型斷面

蓄水池加高1m需要采取以下加固措施：水池加高1m，加高的側壁配筋同原池壁，先將池壁頂部混凝土保護層鑿除后清洗干凈，加高部分的鋼筋與原鋼筋焊接，焊接長度應滿足規(guī)范要求。

蓄水池池壁加固措施∶水池內(nèi)側鋼筋需要加固，先將水池內(nèi)側混凝土保護層鑿除后清洗干凈，在池壁內(nèi)側采用化學植筋的方式植入鋼筋，鋼筋型號20@200，鋼筋植入長度不小于300mm，植筋范圍沿水池外側池壁布置，植筋需要進行相關檢測后方可進入下一步工序；在植入的鋼筋上方焊接鋼筋20@200，并且與原池壁內(nèi)側鋼筋焊接，完成后在鑿毛區(qū)域澆筑10cm厚細石混凝土，細石混凝土標號需提高一級。本方案涉及主要工程量如下表2所示。

表2 方案一主要工程量

3.2.2 蓄水池減半異地復建方案

該方案將水池減半，即平面尺寸由34m×16m縮減為17m×16m，水池高度不變；在4號路與魚苗培育車間之間增設一座蓄水池，新增蓄水池為總蓄水量的一半，蓄水池尺寸為17m×16m，水池高度5.0m，同時新增配套管線。

處理后蓄水池池邊距離邊坡水平距離最近約22m，此時，邊坡處理方案如下∶在第一級馬道(高程380.0m)處以1∶2.20的坡比削坡，與自然地面銜接，坡高大于8m時設置馬道，馬道寬度4.0m。經(jīng)方案布置，邊坡在高程388.0m、396.0m和404m處分別設置馬道，馬道寬度均為4m，邊坡坡面采用漿砌石護坡，護坡面由下至上依次為：15cm厚粗砂墊層、15cm厚碎石墊層和30cm厚漿砌石護坡；邊坡底部采用1.5m×1.0m漿砌石護腳。

本方案涉及邊坡治理后典型斷面如圖3所示。

圖3 方案二邊坡治理后典型斷面

新增蓄水池(平面尺寸17m×16m)工程量與同尺寸原水池工程量相同，新增蓄水池池壁厚度配筋等相關信息同原水池。本方案涉及主要工程量如下表3所示。

表3 方案二主要工程量

3.2.3 技術方案合理性比較

方案一中的邊坡工程內(nèi)容較多，涉及到了土坡放坡和混凝土擋墻澆筑，施工內(nèi)容多，工藝較多，技術性較強，安全風險也相對較高，方案一中的蓄水池工程是在原蓄水池的基礎上進行加高，對原蓄水池基礎的要求較高，蓄水池加高的工藝要求也更為嚴格。

方案二中的邊坡工程內(nèi)容要相對少很多，僅僅涉及到了土坡放坡和漿砌石護面，施工內(nèi)容簡單，只是土方工程量相對較大，方案二中的蓄水池工程的施工工藝和技術標準與原蓄水池相同，施工上對原蓄水池沒有什么太大的要求。

總體而言，方案一要比方案二技術上更復雜，對施工和原蓄水池基礎要求更高，但是占地相比原設計會減小。方案二施工技術簡單，對原蓄水池沒有任何要求，但是由于要新建一個蓄水池，所以在總蓄水量不變的情況下，工程量增加的較多，相比原設計其占地面積需要增加，而且還要新選擇一塊合適的地址。從技術而言，方案一和方案二都合理，但很難評價哪個方案更合適。

4 經(jīng)濟合理性分析

4.1 投資方案比較

根據(jù)以上兩個技術方案和其相對應的工程量清單與單價計算可得對應的方案一投資和方案二投資，分別對方案一和方案二進行經(jīng)濟比較，優(yōu)選出經(jīng)濟上效果更好的方案作為擬實施的方案，予以優(yōu)先考慮。

4.1.1 邊坡工程經(jīng)濟比較

方案一邊坡工程涉及主要工程量及投資如下表4所示。

表4 邊坡工程(方案一)

方案二邊坡工程涉及主要工程量及投資如下表5所示。

表5 邊坡工程(方案二)

經(jīng)分析可知：方案一與方案二下的邊坡工程技術方案不同，但是總投資額相同，可見不論是采用方案一還是采用方案二所需要投資是一樣的，在經(jīng)濟方面沒有明顯的優(yōu)劣之分，采用任何一個方案都可以。

4.1.2 蓄水池工程經(jīng)濟比較

方案一蓄水池工程涉及主要工程量及投資如下表6所示

表6 蓄水池工程(方案一)

方案二蓄水池工程涉及主要工程量及投資如下表7所示。

表7 蓄水池工程(方案二)

經(jīng)分析可知：方案一與方案二下的蓄水池工程技術方案不同，而且經(jīng)濟上相差也很大，方案一下的蓄水池工程投資總額為339513.632元，方案二下的蓄水池工程投資總額為638303.62元，方案二相比方案一投資額要多出近一倍，而且主要投資集中在鋼筋混凝土工程上。

4.1.3 綜合經(jīng)濟比較

方案一的總投資比方案二的總投資要小很多，主要是由于方案一在原蓄水池的基礎上進行加高，而不是像方案二那樣重新再新建一個同等體積的蓄水池，尤其是在拆除工程和混凝土工程方面要少很多投資，從經(jīng)濟方面而言，方案一比方案二要合適很多。應當優(yōu)先考慮使用方案一作為實施方案。

5 總結

由計算結果可知，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，而且需要采取治理措施。方案一和方案二蓄水總量的要求相同，對邊坡的要求不同，但是都可以達到很好的治理效果，同時滿足蓄水總量不變的要求，方案一在邊坡治理上技術難度更大，要求更高，在蓄水池加高時工藝要求更為嚴格；方案二在邊坡治理上工程量更多，耗時相對更長，新建蓄水池需要增加占地，工程量相對要多很多，而且耗時也要增加，總體而言各有優(yōu)劣。

經(jīng)經(jīng)濟分析和比較可知，方案一和方案二的邊坡工程技術方案雖然不同，但是總投資額卻相同，在經(jīng)濟方面沒有優(yōu)劣之分。方案一與方案二的蓄水池工程技術方案也不同，卻直接導致了經(jīng)濟上的巨大差異，方案一的蓄水池工程投資總額為339513.632元，方案二的蓄水池工程投資總額為638303.62元，相比之下方案二比方案一多出近一倍多，從經(jīng)濟方面而言，方案一比方案二要更加合適。應當優(yōu)先考慮使用方案一作為實施方案。

綜合技術方案分析、經(jīng)濟比較分析以及最終效果要求等多方面的因素，在滿足蓄水總量要求和邊坡穩(wěn)定性要求的條件下，技術上可行，工藝上可靠，耗時短、占地少，使得投資盡可能的小，方案一和方案二均能滿足技術和工藝的要求，在此條件下要更多地考慮方案經(jīng)濟效果的優(yōu)劣，在經(jīng)濟效果的分析中方案一明顯優(yōu)于方案二。綜合上述各種因素，重點考慮方案一作為實施方案，同時加強方案實施上的管理，以確保方案實施后，能夠取得明顯的效果。

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2095-1809(2017)06-0008-06

龔萬陽(1990-)，男，湖北宜昌人，碩士，從事水利水電工程管理工作。