過水灣水庫蓄水對杭瑞高速公路香家灣1#橋影響評價

朱應強

(思南縣水務局，貴州思南565100)

0 引言

過水灣水庫工程位于貴州省思南縣寬坪鄉，屬長江流域烏江水系六池河支流上的楊家河。項目建設以灌溉為主，兼有供水及發電等綜合效益。主要樞紐建筑物有大壩、導流洞和灌溉渠道及灌區渠系建筑物。水庫正常蓄水位678.0 m，相應庫容為1 039萬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，水庫主河道回水長7.1 km，左支流回水長1.51 km、右支流回水長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6#、7#橋臺及樁基，橋面高程約為747.0 m，橋面高于正常蓄水位69.0 m。水庫蓄水后將淹沒杭瑞高速公路思南至遵義段香家灣1#大橋橋臺及橋樁基礎，是否對大橋結構有改變和對環境有影響，水位抬升后橋基工程區的工程地質及水文地質條件是否有改變，對橋基的穩定、兩岸邊坡是否有影響作出相應地質評價。主要采取定性分析法和定量分析計算法。

1 定性分析法

1.1 橋位區工程地質條件

1.1.1 橋位區地質概況

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#橋位區出露的地層巖性為寒武系中上統婁山關群(∈2－3ls)灰、深灰色中厚層、灰質、泥質、細粒白云巖，底部為淺灰色薄層石英砂巖，厚度＞600 m，分布于整個橋位區及兩岸較高位置。第四系殘坡積層(el+dlQ)、砂質土，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)地質構造及結構面:橋位區位于東華溪背斜北西翼，距背斜軸部約0.39 km，背斜兩翼巖層產狀較對稱，巖層產狀:N85°E/NW∠20°。橋位區無斷裂構造發育，巖層為單斜構造，中厚層至厚層塊狀結構。

4)巖溶水文地質條件:橋位區為“U”形橫向河谷，以垂直溶蝕為主，水平溶蝕次之，橋位區下游發育溶洞高于河水面3～5 m，為巖屋型，婁山關群下部為泥質白云巖具有一定阻水性，下部泥質白云巖襯托，巖溶發育深度受到限制。根據地質測繪，橋位區未發現有溶洞發育。根據對原公路勘察鉆孔資料收集，橋基基礎孔樁為一樁一孔，橋位區20余個鉆孔均未遇掉鉆，遇溶洞的現象。溶蝕強風化深度4～7.0 m。根據地質測繪，在橋位區上下游河段均有泉水出露，鉆孔終孔水位均高于河水位，為地下補給河水，為補給型河谷。根據水樣簡分析試驗、原公路勘察在橋位區河水取樣試驗及水庫勘察取水樣簡分析，水質對鋼筋混凝土無腐蝕性。

5)大橋設計及現場開挖情況:通過對大橋勘察，橋位區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，基礎均置于弱風化巖體上及地下水位以下，水庫正常蓄水位時淹沒6#橋基及橋臺3.3 m、淹沒7#橋基及橋臺6.4 m，兩岸其余橋基均置于弱風化巖體上，從現場兩岸坡開挖及孔樁開挖未發現有溶洞發育及軟弱夾層，兩岸坡開挖后坡度變緩為臺階形，表層局部殘坡積及部分強風化巖體已開挖清除。橋位區在勘察階段鉆孔揭露未發現有溶洞發育，對兩岸邊坡評價是穩定的，施工完成后對兩岸邊坡不進行支護處理。根據對現場開挖情況及對大橋施工方了解，橋基孔樁開挖中未遇溶洞發育，各孔樁開挖深度在6 m以下石渣新鮮較完整，處于弱風化，巖石(體)強度較高。

1.2 橋位區工程地質評價

橋位區位于東華溪背斜北西翼近軸部，為單斜構造，巖層為中厚層至厚層塊狀結構、灰質白云巖。采用赤平投影方法分析如下:

橋位區巖層緩傾下游，傾角20°，與河流呈大角度相交，左岸坡開挖呈臺階性，地形坡度20°～50°，發育兩組裂隙傾角大于兩岸坡度角，裂隙的交線傾向方向為NW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構，巖層面起伏差3～10 mm，未發現有軟弱夾層及泥化夾層分布，不具備滑坡條件，自然邊坡整體穩定。

根據現場已開挖兩岸邊坡地形及巖層面，水庫蓄水后在橋位區抬高水頭8 m，校核洪水位時抬高水頭10.8 m，6#橋臺淹沒2.6 m、7#橋臺淹沒3.4 m，水頭抬高小，對橋基產生浮托力約為橋基、橋臺總重1.75%，8#橋基基礎原設計時位于地下水位以下，3#、4#、5#橋基均位于地下水位之上，蓄水后基礎也仍然位于地下水位之上，橋基基礎位于地下水位以下能滿足大橋承載力要求，水庫蓄水橋位區水文地質及工程地質條件無大的改變、影響小，承載力未進行改變，水庫蓄水后承載力滿足工程要求。

兩岸邊坡開挖后坡度較原地形坡度緩或成臺階形，無軟弱夾層及緩傾結構面，主要結構面為巖層層面，巖層是連接成一整體，無斷裂構造切割破壞形成不穩定體，因此修建大橋開挖邊坡后邊坡整體也是穩定的。

水庫蓄水后對整個河道只是水面變寬，橋位區水文地質及工程地質條件無大的改變，對環境及生態環境有所改善。水位在橋位區抬升8 m左右，將淹沒橋臺、橋樁鋼筋混凝土柱體3.5～6.0 m，水庫在非正常情況下運行(突降暴雨等情況)時，兩岸及溪溝來水量增大，可能會有固體漂浮物隨水流而下撞擊橋臺(柱)，對混凝土會有損傷或樁體表面混凝土剝離等現象，水體對大橋建筑物鋼筋結構有銹蝕作用，擬采取補救措施對6#、7#樁柱鋼筋混凝土構筑物進行防滲處理及適當防撞擊處理。

高速公路通車后，為了防止運輸危險物品及化學物品車輛發生交通事故導致危險品及化學品進入水庫內污染水源，擬防范措施對大橋公路兩側加強防護。對兩岸坡作截水溝等引排地表水，減少對兩岸坡沖刷。

2 定量分析計算法

2.1 邊坡級別

根據相關水工建筑物的級別及邊坡與水工建筑物的相互間關系，確定該工程水工建筑物為Ⅲ級，對應的邊坡的級別為4級。

2.2 邊坡的運用條件

正常運行條件是水庫達到正常蓄水位678.0 m時向灌區及供水區開閘放水，進入水庫水量及供水量基本保持平衡狀態;非正常運行條件是突降暴雨或需加大放水量等異常情況。

2.3 抗滑穩定安全系數

根據《水利水電工程邊坡設計規范》SL 386—2007，邊坡的級別為4級，對應邊坡的抗滑穩定安全系數為:正常運用條件:1.25;非正常運用條件:1.2。根據該邊坡的特點，邊坡的抗滑穩定安全系數取范圍內的大值，即正常運用條件取1.25，非常運用條件取1.2。

2.4 邊坡的計算和分析

2.4.1 計算選用的地質剖面

對1#橋選用的地質剖面見圖1。

圖1 香家灣1#橋地質剖面圖

2.4.2 計算巖土力學參數

根據《中小型水利水電工程地質勘察規范》SL55—2005，強風化取巖屑夾泥型 f=0.3 ～0.4，C=0.02 ～0.035 MPa，弱風化取 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 計算分析結果

1)潛在滑動面為順巖層層面滑動，校核洪水位680.00 m，抗滑穩定安全系數計算結果見表1。

表1 抗滑穩定安全系數計算結果

2)潛在滑動面為裂隙面和巖層層面組成，校核洪水位680.00 m，抗滑穩定安全系數計算成果見表2。

表2 抗滑穩定安全系數計算成果表

對1#橋邊坡在水庫蓄水前后各種工況下的計算結果表明，抗滑穩定性安全系數均滿足規范要求。

3 結論

1)1#橋位區原設計橋基基礎置于弱風化巖體上且深度低于河床以下，水庫蓄水后沒有改變持力層的地質條件，兩岸邊坡為橫向邊坡，邊坡穩定性較好。水庫蓄水后抬高水頭8 m左右，對兩岸邊坡水文地質及工程地質影響較小，對基礎承載力未改變，邊坡穩定。為了水庫及高速公路運行安全，對5#、6#橋基進行加固處理，6#、7#橋臺及樁柱在正常蓄水位以下對混凝土構筑物進行防滲處理及防撞擊處理。

2)水庫正常蓄水后水面變寬，對生態環境有所改善，需對公路橋面加強防護措施。將大橋兩岸邊坡作排水溝將地表水引排進河內。

[1]SL 55—2005中小型水利水電工程地質勘察規范[S].

[2]DL 5336—2006水利水電工程水庫區工程地質勘察技術規程[S].

[3]SL 386—2007水利水電工程邊坡設計規范[S].

[4]邊坡與滑坡工程治理新技術應用手冊編寫組.邊坡與滑坡工程治理新技術應用手冊[K].北京:地質出版社，2009.