湖南省平原型水庫庫區建筑物破壞預測研究

彭鵬程

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

前 言

近10 多年來，隨著國民經濟的飛速發展，對水能資源的開發利用進入了前所未有的新階段。為了開發水能資源，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濟的發展作出了巨大貢獻，但同時也帶來了諸如水庫塌岸和浸沒等環境地質問題，部分建筑物因此受到影響和破壞，特別是中下游地區平原型水庫尤為如此。

多年來，先后完成了湖南省境內數十個中小型水電站的前期勘測設計工作，在這些中小型水利水電工程前期勘察中，由于受到勘察設計費用和設計周期的限制，對庫區浸沒和塌岸的評價基本依靠《水利水電工程地質勘察規范》[1]推薦的常規方法進行預測，后期運行過程中情況比較復雜。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發生的建筑物破壞情況進行了詳細調查； 詳細分析了其破壞特征及規律，并對地質工程師在庫區此類地質災害中防治的方法和作用進行了探討。

1 工程區內建筑物破壞特征及規律

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受影響的建筑物進行了充分調查，調查范圍包含房屋位置、地基持力層、建筑物結構；白竹洲庫區共調查房屋312 棟，其中需拆除的房屋37 棟；東坪庫區共調查房屋251 棟，需拆除的房屋67 棟；浪石灘庫區共調查房子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。我們根據房屋位置、地基持力層、建筑物基礎情況及房屋樓層高度和發展時間對上述幾個電站庫區進行了歸納分析，結果見附表。

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

（2）受影響破壞的建筑物，與建筑物本身的基礎和結構關聯性較大。一般以2～3 層為主，1 層房屋影響較小，4 層以上房屋本身結構較好，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）破壞形式多表現為不均勻沉降引起的房屋基礎或房屋墻體開裂、房前地坪開裂、部分岸坡垮塌，少見房屋整體垮塌。

（4）破壞一般表現為漸行性發展，時間一般發生在水庫蓄水后2～5年范圍內，在更長時間后，變形逐步趨于穩定。

2 建筑物破壞成因分析

水庫蓄水前，地下水位較低、建筑物基礎持力層的含水量較小、土層的有效容重較大、凝聚力和內摩擦角較大，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致地基土承載力下降[2]。根據房屋結構、基礎和地基的不同情況，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，特別是當基礎為透水性好的壤土時，隨著地基承載力下降更易導致基礎不均勻沉陷產生房屋開裂，當地基為不透水的粘性土時，其影響較小；當房屋為1層建筑時，由于其本身結構對承載力要求較低，其基礎埋深淺，對地下水位的變化引起的地基承載力下降不敏感，所以一般不會導致結構性破壞，但會導致房屋地面經常處于潮濕狀態。這一分析與前述的破壞特點是吻合的。

3 建筑物破壞預測及對策研究

建筑物區的預測是項復雜和敏感的工作，它關系到業主、當地政府、庫區居民的切身利益，直接關系到庫區人民的生命財產安全。以前對建筑物區的前期預測基本依靠公式，指出籠統大致的區域，事實證明，這是遠遠不夠的，沒有針對性。針對建筑物區，在前期勘察過程中應對影響區內的建筑物類型、層數、結構、基礎砌置深度、持力層性質進行詳細的調查，在此基礎上根據勘察成果才能進行比較準確的預測判斷。

水庫蓄水后，工程運行期間的前幾年，我們對建筑物區采用逐戶逐棟上門調查的方式，對影響區內的建筑物按不同的類別做了詳細的調查，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、水庫水位變幅發生異常后以及發生其他重大影響情況后均應進行觀測。

（2）確定主要留觀內容。對留觀的房屋，主要監測的內容包括：房屋地基基礎的變形、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，臨河房屋還應觀測岸坡沖刷影響變化情況。

對于受超設計洪水影響的，不列入留觀范圍。

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

（4）作出留觀結論：根據留觀內容，前后監測對比，業主、當地政府、村民代表、地質工程師一致認為屬于危房或需要拆除的，留觀結束，房屋作拆除處理；四方一致認為影響較小，無需再留觀的，留觀結束，房屋不作處理；四方一致認為需繼續留觀的，繼續留觀；兩年留觀期結束，四方意見不統一的，申請危房鑒定后處理。

在白竹洲水電站庫區、東坪水電站庫區，通過完成上述認真細致的調查，做到了基礎材料扎實、理論依據充分、調查結果公正；結論取得業主、當地政府、庫區居民代表的簽字認可，在此基礎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，不但節約了大量資金，而且極大緩和了庫區因房屋破壞而帶來的社會矛盾，減少了群體事件的發生。建議在以后類似工程中給予推廣和使用。

受多種因素影響，庫區建筑物破壞預測是個復雜的過程，具有漸進性，任何公式的預測都有其局限性。所以要特別強調富有經驗的地質工程師的現場作用，建議地質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報。

4 結 語

在徑流式水電站的開發過程中，庫區會不同程度地產生由浸沒和塌岸引起的環境地質問題，其中導致的建筑物破壞問題非常敏感和復雜，對其進行準確地預測是庫區防治工作的重要依據。以往的工作和結論往往過多地強調和依靠公式計算，而忽視了現場調查工作。在進行庫區浸沒、塌岸預測時，經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，強調地質工程師在工程運行后一段時期進行全過程進行動態觀察和監測，特別是對影響區問題房屋的留觀，會起到事半功倍的效果，呼吁地質工程師在整個防治過程應發揮更重要建設性的作用。

[1] 水利部.水利水電工程地勘察規范[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. 水利發電工程地質手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2011.