高紹清,王 新,曹 廷,王玉江
(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 611130)
隨著水電站的建設(shè)與開發(fā),水電站庫(kù)區(qū)復(fù)建公路受使用功能限制,需要按照“原規(guī)模、原標(biāo)準(zhǔn)和原功能”原則抬高復(fù)建。按國(guó)家及行業(yè)規(guī)范規(guī)定,復(fù)建項(xiàng)目主要以三、四級(jí)公路及等外級(jí)公路為主,具有道路等級(jí)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低的特點(diǎn),并且其路線長(zhǎng)度較長(zhǎng),多展布于高山峽谷地帶,地形及工程地質(zhì)條件復(fù)雜多變。
庫(kù)區(qū)復(fù)建公路一般位于沿岸岸坡中下部,屬于傍山臨水路線。庫(kù)區(qū)復(fù)建公路所在岸坡一般較為陡峻,同時(shí)庫(kù)區(qū)蓄水后形成區(qū)域小流域氣候,庫(kù)區(qū)降雨量大幅增加。受自重、庫(kù)水位及強(qiáng)降雨影響形成的庫(kù)岸再造影響區(qū),包括了庫(kù)區(qū)塌岸、庫(kù)區(qū)滑坡、庫(kù)岸蠕變等類型。以上原因使庫(kù)區(qū)復(fù)建公路在建設(shè)期及運(yùn)營(yíng)期產(chǎn)生較多病害,導(dǎo)致項(xiàng)目投資大幅增加。
由于水電站庫(kù)區(qū)復(fù)建公路具有道路等級(jí)低、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低、路線長(zhǎng)度長(zhǎng)、地形地質(zhì)條件復(fù)雜、易受庫(kù)岸再造影響等特點(diǎn),因此水電站庫(kù)區(qū)復(fù)建公路庫(kù)岸再造影響區(qū)應(yīng)采用如下設(shè)計(jì)理念。
(1)堅(jiān)持地形選線、地質(zhì)選線原則。首先,應(yīng)在室內(nèi)地圖中圈出“雞爪”地形、深厚覆蓋層、疑似滑坡等地段,對(duì)不良地質(zhì)的成因、范圍、規(guī)模及危害程度進(jìn)行評(píng)估分析;然后,工作人員到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行復(fù)核、對(duì)比及分析,在地形圖上標(biāo)出滑坡、崩塌、巖堆、庫(kù)區(qū)塌岸影響區(qū)、庫(kù)區(qū)滑坡影響區(qū)、巖質(zhì)庫(kù)岸蠕變影響區(qū)、深厚覆蓋層變形影響區(qū)等,并在室內(nèi)采用中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司(簡(jiǎn)稱“成都院”)提出的庫(kù)區(qū)塌岸分析法及公式法進(jìn)行復(fù)核和修正庫(kù)岸再造影響范圍。值得注意的是,公路選線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能避開“雞爪”地形、庫(kù)區(qū)再造影響區(qū)等不良地質(zhì)地段。
(2)公路設(shè)計(jì)高程適宜原則。庫(kù)區(qū)蓄水后形成區(qū)域小流域氣候,庫(kù)區(qū)降雨量大幅增加,同時(shí)庫(kù)水位頻繁升降,導(dǎo)致庫(kù)區(qū)復(fù)建公路產(chǎn)生庫(kù)岸再造等現(xiàn)象,嚴(yán)重危害公路安全。為確保庫(kù)區(qū)復(fù)建公路安全,覆蓋層岸坡設(shè)計(jì)高程應(yīng)高于庫(kù)區(qū)正常蓄水位50 m;完整硬巖地段庫(kù)區(qū)復(fù)建公路設(shè)計(jì)高程應(yīng)高于庫(kù)區(qū)正常蓄水位10~20 m;風(fēng)化破碎硬巖、軟巖地段設(shè)計(jì)高程應(yīng)高于庫(kù)區(qū)正常蓄水位30~40 m。
(3)新舊結(jié)合原則。庫(kù)區(qū)復(fù)建公路設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持新舊結(jié)合原則,在確保庫(kù)區(qū)復(fù)建公路安全的前提下盡可能利用現(xiàn)有公路,減少施工便道開挖對(duì)岸坡的影響,降低公路開挖工程量及工程造價(jià),縮短工程工期。
(4)抓重點(diǎn)原則。由于水電站庫(kù)區(qū)復(fù)建公路按照“原規(guī)模、原標(biāo)準(zhǔn)和原功能”的原則抬高復(fù)建,因此其受工程造價(jià)控制較為顯著?;谒娬編?kù)區(qū)復(fù)建公路的特點(diǎn),水庫(kù)蓄水及庫(kù)水反復(fù)升降的影響是一個(gè)非常復(fù)雜且長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)的過(guò)程,在工程造價(jià)嚴(yán)格控制的前提下很難做到完全避免庫(kù)岸再造等地質(zhì)病害。因此,公路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)堅(jiān)持抓重點(diǎn)原則,做到整體可控、局部加強(qiáng),在工程造價(jià)與公路安全中取得動(dòng)態(tài)平衡。首先,應(yīng)確保水電站庫(kù)區(qū)復(fù)建公路橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)物的絕對(duì)安全可靠,嚴(yán)禁將橋梁、隧道放置于深厚覆蓋層等庫(kù)岸再造影響區(qū);其次,深厚覆蓋層岸坡不宜采用樁基托梁+擋土墻或擴(kuò)大基礎(chǔ)+擋土墻等可靠性較差結(jié)構(gòu)物;再次,松散~稍密深厚覆蓋層岸坡不宜采用高路塹邊坡,同時(shí)應(yīng)做好破碎巖質(zhì)邊坡、順層巖質(zhì)邊坡或強(qiáng)傾倒變形巖質(zhì)邊坡的支護(hù)措施;最后,可適當(dāng)減少中密~密實(shí)覆蓋層邊坡、弱膠結(jié)覆蓋層邊坡或較完整巖質(zhì)邊坡的支護(hù)工程量。
(5)統(tǒng)籌考慮原則。庫(kù)區(qū)復(fù)建公路不同于普通公路,具有一定特殊性。首先,庫(kù)區(qū)復(fù)建公路基本以三、四級(jí)公路為主,工程造價(jià)相對(duì)較低,屬于較低等級(jí)公路。從我國(guó)低等級(jí)公路的設(shè)計(jì)理念來(lái)講,低等級(jí)公路應(yīng)盡量避免或減少隧道、大橋等結(jié)構(gòu)物,以降低公路造價(jià),但這也導(dǎo)致了部分路線未能完全或者有效地避開不良地質(zhì)路段或陡崖路段。在開工建設(shè)后,庫(kù)區(qū)復(fù)建公路還存在地方政府政策、移民搬遷、宗教影響、老路保通、材料運(yùn)輸、魚類保護(hù)、水保環(huán)保等問(wèn)題,建成后又面臨水庫(kù)蓄水及庫(kù)水升降的影響。因此,在庫(kù)區(qū)復(fù)建公路設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)統(tǒng)籌考慮政府政策、工程造價(jià)、不良地形地段、地方政府要求、移民搬遷、宗教影響、水保環(huán)保等問(wèn)題,并最終取得一個(gè)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。
(6)環(huán)境保護(hù)原則。庫(kù)區(qū)復(fù)建公路基本都是沿水庫(kù)庫(kù)岸布設(shè),屬于“近岸”公路。對(duì)于平面線形,應(yīng)在滿足規(guī)范的前提下,盡量適應(yīng)地形,避免過(guò)多的高填深挖地段,減少對(duì)環(huán)境的破壞,并在工程造價(jià)可控范圍內(nèi)選取合適地段修建觀景臺(tái)(停車休息區(qū));同時(shí),選擇本地優(yōu)生樹種、草種及花種進(jìn)行邊坡坡面綠化美化工程。
西南地區(qū)水電站庫(kù)區(qū)復(fù)建公路庫(kù)岸再造影響主要分為庫(kù)區(qū)塌岸、庫(kù)區(qū)滑坡及庫(kù)岸蠕變?nèi)N類型。
以溪洛渡金陽(yáng)復(fù)建公路通山路K99+114.53 m~K100+094.44 m段工點(diǎn)為例,該段公路位于沖洪積覆蓋層階地外緣,上覆全新世沖洪積砂卵礫石層,結(jié)構(gòu)松散~稍密,層厚40~50 m。該工點(diǎn)庫(kù)區(qū)復(fù)建公路設(shè)計(jì)高程615 m,正常蓄水位高程600 m,岸坡坡度約40°,岸坡自然坡度大于水下穩(wěn)定坡度30°~34°。由于該段岸坡水庫(kù)蓄水后受庫(kù)岸再造影響,隨著水庫(kù)水位的反復(fù)升降,受庫(kù)水浸泡、浪蝕及強(qiáng)降雨等作用,產(chǎn)生了庫(kù)區(qū)塌岸,其中K99+900 m~K100+025 m段擋墻已完全垮塌,路基內(nèi)側(cè)斜坡產(chǎn)生覆蓋層淺表層坍塌。由于道路外緣路基受到淘刷,該段塌岸向上下游有擴(kuò)展跡象,路基外側(cè)漿砌石擋土墻有進(jìn)一步垮塌的可能,塌岸區(qū)向后緣也有擴(kuò)展趨勢(shì),對(duì)公路路基的穩(wěn)定性將產(chǎn)生較大影響,車輛、行人通行存在極大的安全隱患。
基于公路庫(kù)區(qū)塌岸這一情況,設(shè)計(jì)人員做出了如下處理方案。水下部分岸坡受庫(kù)水升降帶走表層砂礫土,現(xiàn)有穩(wěn)定岸坡屬于巨粒類漂石、卵石土,目前測(cè)量得出水下穩(wěn)定坡度為34°。根據(jù)庫(kù)區(qū)塌岸分析法,采用水下、水上穩(wěn)定坡度推測(cè)庫(kù)區(qū)塌岸影響范圍,并調(diào)整布置于沖洪積覆蓋層階地非塌岸區(qū)范圍內(nèi)的路線,在保證道路路基穩(wěn)定的前提下減少路線向山體一側(cè)開挖的工程量。庫(kù)區(qū)復(fù)建公路選線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)堅(jiān)持地形選線、地質(zhì)選線原則,適當(dāng)抬高公路設(shè)計(jì)高程,避開庫(kù)區(qū)塌岸影響區(qū),確保公路安全。庫(kù)區(qū)塌岸公路布線合理范圍見(jiàn)圖1。
圖1 庫(kù)區(qū)塌岸公路布線合理范圍示意
2.2.1 繞避方案
以溪洛渡水電站金陽(yáng)復(fù)建公路西金路葫蘆坪子滑坡工點(diǎn)為例。金陽(yáng)復(fù)建公路西金路K10+550 m~K13+800 m段原施工道路位于古滑坡中部,地面橫坡26°,坡度較緩,原復(fù)建公路為了控制工程造價(jià),設(shè)計(jì)方案利用舊路展線,并考慮蓄水后根據(jù)塌岸規(guī)模進(jìn)行路線調(diào)整優(yōu)化。
2013年,溪洛渡電站蓄水后產(chǎn)生庫(kù)岸再造影響,其上游K12+630 m~K13+200 m段產(chǎn)生庫(kù)區(qū)塌岸,呈斷崖狀塌岸,其中380 m長(zhǎng)度復(fù)建公路路基整體垮塌至庫(kù)區(qū),已失去使用功能,并有可能發(fā)生較大范圍失穩(wěn)。其下游側(cè)原設(shè)計(jì)K11+050 m~K12+630 m古滑坡體復(fù)活形成葫蘆坪滑坡,滑坡順河長(zhǎng)約350~405 m,橫河寬約1 020 m,前緣剪出口高程約480 m,滑坡后緣高程約960 m?;缕矫娉什灰?guī)則樹枝狀,滑坡所在覆蓋層上薄下厚,厚度約30~70 m,覆蓋層為含孤石塊碎石土。葫蘆坪子滑坡地表從高向低分布有六處較明顯的拉裂縫。通過(guò)表面變形和深部位移測(cè)斜孔監(jiān)測(cè),平面累積合位移測(cè)值為660.0 mm,沉降累積位移測(cè)值為246.8 mm,深部測(cè)斜管位移變化明顯,距孔口約27 m、31~34 m處發(fā)現(xiàn)明顯剪切面,深部測(cè)斜管受剪切破壞,庫(kù)水下降過(guò)程中變形速率較快,葫蘆坪滑坡有整體垮塌的風(fēng)險(xiǎn)。葫蘆坪子滑坡縱斷面示意見(jiàn)圖2。
圖2 葫蘆坪子滑坡縱斷面
針對(duì)葫蘆坪子滑坡的具體情況,設(shè)計(jì)人員提出了以下處理方案。結(jié)合K12+630 m~K13+200 m段庫(kù)區(qū)塌岸治理方案,如后期改為隧道繞避方案,將大幅增加工程造價(jià)。因此,公路路線方案設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)堅(jiān)持“地質(zhì)選線”原則,繞避該古滑坡體及深厚覆蓋層地段,路線內(nèi)靠,并且適當(dāng)抬高路線高程,即路線從古滑坡后緣基巖出露處通過(guò),這樣既確保了公路安全,又大幅降低了工程造價(jià)。
2.2.2 明線“柔性路基”方案
以溪洛渡水電站S307雷波段小務(wù)基滑坡工點(diǎn)為例(見(jiàn)圖3)。小務(wù)基老滑坡是由新老崩坡積堆積而成的古滑塌體,滑體順河長(zhǎng)100~200 m,橫河寬700 m,厚約30~60 m,主要以灰?guī)r塊碎石構(gòu)成?;虑熬壐叱碳s400 m,后緣高程約750 m,體積約525萬(wàn) m3,屬大型滑坡體。20世紀(jì)80年代,當(dāng)?shù)卦诠疟阑w中上部修建引水渠,由于防滲措施不到位,大量渠水下滲引起部分砂質(zhì)泥巖滑面抗剪強(qiáng)度降低,導(dǎo)致古崩滑體底部為砂質(zhì)泥巖的右側(cè)局部段產(chǎn)生滑動(dòng)。這一滑動(dòng)使S307省道外移,最終將水渠廢棄。由于前緣金沙江岸邊斜向外厚層狀灰?guī)r體的堅(jiān)強(qiáng)阻擋,且水渠廢棄后無(wú)溝水下滲,該老滑坡未出現(xiàn)整體變形滑移現(xiàn)象。根據(jù)穩(wěn)定性分析結(jié)果顯示,小務(wù)基老滑坡適當(dāng)減載后,在各種工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。庫(kù)水作用對(duì)該老滑坡淺表具有一定的再造影響,但不會(huì)對(duì)整個(gè)坡體產(chǎn)生大規(guī)模、長(zhǎng)距離的快速滑動(dòng)。
針對(duì)小務(wù)基老滑坡,設(shè)計(jì)人員做出以下處理方案??紤]到滑坡體后緣高程(750 m)較高,又受附近上田壩移民安置點(diǎn)高程控制,路線不能從塌岸區(qū)頂部通過(guò);同時(shí)根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果,滑坡體在庫(kù)區(qū)蓄水后大規(guī)模快速滑動(dòng)的可能性較小。為方便上田壩安置點(diǎn)居民出行,節(jié)省工程投資,路線選擇放棄了隧道繞避滑坡體方案,采用明線“柔性路基”方案,從滑坡體中部通過(guò)。水庫(kù)蓄水后,2~3年為沉降變形期,公路路基隨滑坡體的蠕滑而產(chǎn)生不同程度的沉降變形。因此,該段公路在蓄水后3年內(nèi)采用泥結(jié)碎石路面,暫不鋪設(shè)混凝土路面。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,小務(wù)基老滑坡明線段最大沉降量3~4 m,在沉降變形期內(nèi),需加強(qiáng)路基路面監(jiān)測(cè)與維護(hù),在路基沉降值影響行車順暢時(shí),及時(shí)采用碎石土和級(jí)配碎石墊高路基或?qū)⒙肪€向坡體內(nèi)側(cè)擴(kuò)挖,實(shí)施動(dòng)態(tài)保通,待沉降及變形趨于穩(wěn)定后,重新鋪筑路面。對(duì)于庫(kù)區(qū)內(nèi)大型滑坡體,應(yīng)加強(qiáng)前期勘探及分析評(píng)價(jià)工作,若庫(kù)區(qū)蓄水不會(huì)造成滑坡體大規(guī)??焖倩魄以诠返燃?jí)較低的情況下,可按特殊路基處理,將長(zhǎng)期沉降觀測(cè)及動(dòng)態(tài)維護(hù)相結(jié)合,待滑坡體及公路路基自行趨于穩(wěn)定。
圖3 小務(wù)基老滑坡體斷面
2.3.1 溪洛渡巖腳復(fù)建公路K8+890 m~K10+070 m段基巖庫(kù)岸變形
溪洛渡巖腳復(fù)建公路K8+890 m~K10+070 m段岸坡(巖腳分場(chǎng)鎮(zhèn))為基巖岸坡(見(jiàn)圖4),淺表覆蓋層較薄、地面橫坡陡峭。其外側(cè)至金沙江江底為斜逆向巖質(zhì)岸坡,根據(jù)后期地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn),公路路基主要位于強(qiáng)風(fēng)化白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r上。通過(guò)勘探揭示,基巖庫(kù)岸變形區(qū)內(nèi)公路下游段岸坡下部至高程570 m巖體巖性極其破碎,鉆孔巖芯多呈碎塊、角礫和砂狀,局部為5~15 cm的柱狀,少量柱長(zhǎng)10~30 cm,擠壓破碎帶普遍發(fā)育。加之該套地層中夾石膏、泥巖等軟弱巖層遇水易軟化,在蓄水工況下對(duì)岸坡穩(wěn)定不利。溪洛渡水庫(kù)蓄水前,巖腳岸坡位于金沙江天然水位高程約450 m處,蓄水后,岸坡最大淹沒(méi)高度達(dá)150 m。2015年11月初,在庫(kù)水作用下700 m高程以下岸坡發(fā)生較大范圍垮塌,靠山內(nèi)側(cè)裂縫在庫(kù)水的軟化作用下發(fā)展進(jìn)一步加劇。故岸坡巖性破碎和含軟弱巖層等欠缺的地質(zhì)條件及水庫(kù)蓄水作用為巖腳集鎮(zhèn)下游變形體變形的根本原因,變形區(qū)為水庫(kù)影響區(qū)。
針對(duì)這種情況,工作人員做出以下現(xiàn)場(chǎng)處理對(duì)策。集鎮(zhèn)區(qū)域?yàn)榱舜_保房屋居住安全,采用錨索框格梁進(jìn)行治理。由于公路長(zhǎng)度約1 180 m,需要對(duì)公路區(qū)域處理的面積較大,同時(shí)考慮沉降變形較小,如若采用錨索框格梁治理方案,工程造價(jià)特別大,因而目前采用保通觀察的方式。工程前期,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)基巖軟弱結(jié)構(gòu)面的勘察工作,針對(duì)存在可能整體滑移變形的區(qū)域,路線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)合理避讓。當(dāng)路線通過(guò)遇水軟化的巖石區(qū)域時(shí),應(yīng)該進(jìn)行合理預(yù)判,道路適當(dāng)向山體布線,預(yù)留足夠的崩塌安全距離。公路設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持高程適宜原則,對(duì)于風(fēng)化強(qiáng)烈、破碎硬巖岸坡應(yīng)適當(dāng)抬高路線高程,避開巖質(zhì)岸坡變形影響范圍。
2.3.2 溪洛渡雷波S307徐家坪庫(kù)岸變形
徐家坪塌岸變形影響區(qū)系由新老崩坡積堆積而成的崩坡積體,地形呈典型坡積裙。崩坡積體長(zhǎng)約900 m,高約90~140 m,坡度約30°~40°,坡腳高程約570~590 m,坡頂高程約680~730 m。崩坡積體下方為徐家坪平緩基座階地,崩坡積層厚20~50 m,表層結(jié)構(gòu)松散,坡體表面崩積碎石處于極限平衡狀態(tài),局部發(fā)育次級(jí)滑塌。崩坡積堆積體上方為巖質(zhì)陡壁,金沙江左岸岸坡坡腳基巖出露,巖性為泥灰?guī)r。
圖4 巖腳基巖庫(kù)岸變形剖面
根據(jù)地質(zhì)勘察,徐家坪塌岸區(qū)表層崩坡積體目前整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài),局部淺表有小規(guī)模溜滑,水庫(kù)蓄水后可能產(chǎn)生局部塌岸及變形,產(chǎn)生整體快速滑塌的可能性極小。若采用隧道繞避該塌岸區(qū),工程投資較大,且隧道進(jìn)出口需穿越深覆蓋層,施工難度較大;水庫(kù)蓄水后,塌岸區(qū)變形對(duì)隧道進(jìn)出口洞身段結(jié)構(gòu)安全存在不利影響。由于崩坡積體下方徐家坪階地較為平緩、開闊,且屬于基座階地,有條件對(duì)塌岸區(qū)進(jìn)行堆渣反壓處理,故考慮對(duì)本段路線路基內(nèi)側(cè)崩坡積中上部進(jìn)行挖方卸載,同時(shí)利用卸載棄渣對(duì)崩坡積坡腳進(jìn)行堆渣反壓。為提高反壓效果,反壓渣體應(yīng)適當(dāng)碾壓。堆渣反壓邊坡為了適應(yīng)水庫(kù)浸泡引起的沉降變形,抵抗庫(kù)水淘蝕,坡面采用了大塊石碼砌護(hù)坡(見(jiàn)圖5),坡腳設(shè)置了仰斜式混凝土護(hù)腳。目前,溪洛渡水電站蓄水五年來(lái)治理效果良好。
庫(kù)區(qū)復(fù)建公路設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持地質(zhì)選線原則、抓重點(diǎn)原則、統(tǒng)籌考慮原則,在判斷徐家坪塌岸變形影響區(qū)產(chǎn)生整體快速滑塌可能性極小的基礎(chǔ)上,根據(jù)徐家坪屬基座階地且地形寬緩的特點(diǎn),充分利用附近明線段棄渣中塊石含量較多這一有利因素,采用大塊石碼砌進(jìn)行反壓護(hù)坡,形成填石高路堤。這樣既有效消化了棄渣,又提高了路堤穩(wěn)定性,且對(duì)原崩坡積岸坡干擾較小。相較隧道方案,其工程造價(jià)大幅降低,工期較短,施工難度相對(duì)較小,可取得良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會(huì)效應(yīng)。
圖5 徐家坪塌岸變形影響區(qū)剖面設(shè)計(jì)(單位:m)
本文通過(guò)對(duì)溪洛渡水電站山區(qū)河道型水庫(kù)庫(kù)區(qū)復(fù)建公路庫(kù)區(qū)塌岸、庫(kù)區(qū)滑坡、庫(kù)岸蠕變等典型工點(diǎn)的分析,從公路設(shè)計(jì)角度提出水電站庫(kù)區(qū)復(fù)建公路庫(kù)岸再造影響區(qū)不同的設(shè)計(jì)方案與治理思路,找出了一條安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、平衡的水電站庫(kù)區(qū)復(fù)建公路設(shè)計(jì)方案。