人工堆填庫(kù)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(kù)岸是三峽后期規(guī)劃項(xiàng)目，處高嵐河建陽(yáng)坪段左岸坡，上游方向與建陽(yáng)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(kù)岸線(xiàn)總長(zhǎng)約1 500 m，行政隸屬建陽(yáng)坪村二組，312省道貫穿整個(gè)庫(kù)岸，交通條件較為便利。

下坪庫(kù)岸平面形態(tài)上呈弧形凹岸，高嵐河流經(jīng)建陽(yáng)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(cè)圖，河漫灘沿312省道往外寬約50～205 m，面積約12.5萬(wàn) m2，地形平緩寬闊，且緊鄰312省道，由于下坪庫(kù)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(kāi)發(fā)區(qū)建陽(yáng)坪片，現(xiàn)階段正進(jìn)行堆填造地。庫(kù)岸全貌見(jiàn)照片1。

照片1 下坪庫(kù)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(guó)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(lái)說(shuō)，項(xiàng)目能立項(xiàng)要有兩個(gè)條件:一是勘查對(duì)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(duì)象。這兩個(gè)條件需同時(shí)滿(mǎn)足。勘查設(shè)計(jì)報(bào)告在對(duì)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(kāi)發(fā)區(qū)建陽(yáng)坪片，將來(lái)的堆填地將有成規(guī)模的商住及廠(chǎng)家入駐，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保護(hù)對(duì)象十分明確，對(duì)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(kù)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(yè)巖碎塊，坡面不加防護(hù)，塌岸是必然的。預(yù)測(cè)了塌岸成災(zāi)性。

(3)強(qiáng)調(diào)治理思路上的截彎取直。對(duì)下坪庫(kù)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(duì)象為現(xiàn)狀前沿的不規(guī)則曲線(xiàn)岸坡，岸線(xiàn)長(zhǎng)1 500 m，治理長(zhǎng)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(kāi)發(fā)區(qū)建陽(yáng)坪片用地面積小，為8.15萬(wàn)m2。若結(jié)合后期規(guī)劃移民造富項(xiàng)目進(jìn)行治理，沿線(xiàn)前緣往前移并進(jìn)行截彎取值，治理長(zhǎng)度1 150 m，治理岸線(xiàn)長(zhǎng)度減少，治理后興山縣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)建陽(yáng)坪片用地面積增大至12.36萬(wàn)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(huì)效益。

從以上三點(diǎn)基本論證了該庫(kù)岸會(huì)產(chǎn)生塌岸，且塌岸將來(lái)的危害對(duì)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(xiàn)長(zhǎng)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(huì)效益相得益彰。此觀點(diǎn)在評(píng)審時(shí)得到國(guó)家級(jí)專(zhuān)家組認(rèn)可。

2.2 堆填庫(kù)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(kù)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(gè)方面考量確定邊坡坡率:

(1)注重對(duì)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(shí)已有部分段在兩年前堆填完成，經(jīng)歷過(guò)庫(kù)水位往復(fù)波動(dòng)，對(duì)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(duì)同類(lèi)已治理岸坡的坡率調(diào)查。三峽庫(kù)區(qū)經(jīng)多期地災(zāi)治理，有很多類(lèi)似的已治理岸坡，比較典型的如高陽(yáng)庫(kù)岸、建陽(yáng)坪庫(kù)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(kù)水位往復(fù)作用的考慮，勘查階段我們對(duì)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(shí)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(gè)數(shù)據(jù)基本與同類(lèi)堆填岸坡成功治理經(jīng)驗(yàn)相接近，這讓我們?cè)O(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(shí)以庫(kù)岸最大坡高19 m的典型剖面為例，對(duì)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(shí)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(shí)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(chē)荷載+庫(kù)水荷載，其中汽車(chē)荷載按二級(jí)公路車(chē)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(jiàn)表1)。

表1 庫(kù)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(mǎn)足規(guī)范要求。

2.3 腳墻防沖刷設(shè)計(jì)

庫(kù)岸岸坡能否保持長(zhǎng)期穩(wěn)定除了邊坡率外，還有一個(gè)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(kù)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(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)流量為1 601 m3/s，校核洪水對(duì)應(yīng)的流量為1 984 m3/s;經(jīng)對(duì)庫(kù)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(kù)岸坡腳墻坐落的地基在河水流速超過(guò)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(lèi)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(jiàn)圖1，典型治理剖面見(jiàn)圖2。

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

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

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目治理工程初步設(shè)計(jì)在重陽(yáng)已順利通過(guò)國(guó)家專(zhuān)家組評(píng)審，也即意味著走完了立項(xiàng)和資金申請(qǐng)程序。現(xiàn)已完成施工圖設(shè)計(jì)及評(píng)審，成果質(zhì)量得到肯定，項(xiàng)目實(shí)施在即。

三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害項(xiàng)目為國(guó)家投資項(xiàng)目，程序較規(guī)范，相對(duì)也較復(fù)雜。在進(jìn)行此類(lèi)項(xiàng)目勘查設(shè)計(jì)時(shí)，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(duì)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(duì)于涉水庫(kù)岸，除控制邊坡坡率外，尚需對(duì)庫(kù)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(guò)最大沖刷深度并有一定安全儲(chǔ)備。

[1] 三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部.三峽庫(kù)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(kù)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(cè)[M].2版.北京:中國(guó)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(cè):上、下冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1985.