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        瀑布溝電站庫(kù)區(qū)萬(wàn)工管山造田塌岸預(yù)測(cè)與治理設(shè)計(jì)

        2015-06-05 14:56:13蔡斌
        水電站設(shè)計(jì) 2015年2期
        關(guān)鍵詞:庫(kù)岸沖溝管溝

        蔡斌

        (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 610072)

        瀑布溝電站庫(kù)區(qū)萬(wàn)工管山造田塌岸預(yù)測(cè)與治理設(shè)計(jì)

        蔡斌

        (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 610072)

        瀑布溝水電站水庫(kù)蓄水運(yùn)行后,出現(xiàn)了一系列塌岸、浸沒(méi)等庫(kù)岸再造工程問(wèn)題,管山造田塌岸為瀑布溝庫(kù)區(qū)典型坍塌型庫(kù)岸再造,本文主要對(duì)塌岸變形破壞現(xiàn)象、岸坡地質(zhì)特征及穩(wěn)定性進(jìn)行分析,并提出塌岸治理設(shè)計(jì)方案。

        瀑布溝;岸坡穩(wěn)定;塌岸;治理

        1 概 述

        萬(wàn)工管山造田塌岸區(qū)位于漢源縣萬(wàn)工管山鄉(xiāng),距漢源縣城約15 km,交通方便。

        瀑布溝水電站2009年10月開(kāi)始蓄水。目前,水庫(kù)水位經(jīng)歷了三次完整的上升和消落過(guò)程。在此期間,臺(tái)地前緣因受周期性水位抬升、消落及浪蝕作用,岸坡被淘刷、磨蝕、搬運(yùn),使管山造田處范圍內(nèi)的兩條沖溝(管溝和小年溝)兩側(cè)陸續(xù)出現(xiàn)了一系列塌岸現(xiàn)象。

        萬(wàn)工管山造田為瀑布溝工程移民集中安置用地,約10 hm2。在庫(kù)水長(zhǎng)期作用下,沖溝塌岸范圍將繼續(xù)變大,臨近溝谷邊緣農(nóng)田將被破壞;且溝谷內(nèi)緣距民房?jī)H15~20 m,可能危及造田及臺(tái)地上部民房安全。目前塌岸破壞農(nóng)田約0.17 hm2,因此,進(jìn)行工程治理十分必要。

        通過(guò)工程治理,確保人均耕地占有量極其少的移民安置土地。所涉及的范圍主要為管山造田2條沖溝范圍。治理工程包括固腳擋墻、護(hù)坡及地表截排水溝。

        2 工程地質(zhì)條件

        2.1 基本地質(zhì)條件

        該塌岸位于大渡河左岸萬(wàn)工鄉(xiāng)管山村造田平臺(tái)一帶,平臺(tái)高程851 m,平臺(tái)前緣為漿砌石護(hù)坡。管山造田處范圍內(nèi)的兩條沖溝(管溝和小年溝)兩側(cè)陸續(xù)出現(xiàn)了一系列塌岸現(xiàn)象,主要表現(xiàn)為:沖溝兩側(cè)粉質(zhì)粘土及砂卵礫石岸坡發(fā)生塌岸,現(xiàn)溝底寬已達(dá)20~30 m,垂直庫(kù)岸長(zhǎng)約100~150 m,局部已破壞了造田平臺(tái)前緣的漿砌石護(hù)坡,并破壞臨近溝壁的農(nóng)田(見(jiàn)照片1、2)。

        該臺(tái)地從上到下依次為第四系上更新統(tǒng)沖洪積層(Q3

        al+pl),主要為粉質(zhì)粘土,局部含碎礫石;第四系上更新統(tǒng)沖積堆積(Q3al)砂卵礫石層;下伏昔格達(dá)組(Q1

        x)粉細(xì)砂巖。

        (1)第四系沖洪積粉質(zhì)粘土層(Q3al+pl)。該層多呈褐紅色,稍濕-濕,可塑,部分地段可見(jiàn)白色豆?fàn)钼}質(zhì)結(jié)核,含量約1%~3%,分布極不均勻;一般含有砂巖角礫、碎石,砂巖角礫及碎石多數(shù)已強(qiáng)風(fēng)化,粒徑一般20~60 mm,個(gè)別可達(dá)15cm,含量5%~15%。場(chǎng)區(qū)普遍分布,厚度:7.60~12.90 m,平均約9 m;層底標(biāo)高:836.92~850.84 m,平均845 m。該層表層0.2~0.5 m為根植土。

        (2)第四系沖積堆積砂卵礫石層(Q3al)。該層普遍分布于造田場(chǎng)地中部與前緣,埋深7.60~12.90 m,可見(jiàn)厚度4.62~13.68 m。褐灰色,稍濕,卵石成分以巖漿巖為主,沉積巖次之,次園狀,磨園度差,粒徑一般為2~7 cm,50%左右的卵石,40%左右礫砂及園礫,含10%的泥質(zhì)。下游沖溝見(jiàn)厚約1~2 m砂層透鏡體。

        (3)昔格達(dá)組(Q1x)粉細(xì)砂巖。該層以泥質(zhì)粉細(xì)砂巖為主,產(chǎn)狀近于水平,具有一定的抗沖刷、掏蝕能力,為中軟巖,但在庫(kù)水長(zhǎng)期浸泡和沖刷作用下,將會(huì)慢慢崩解。該層分布在砂卵礫石層之下。

        場(chǎng)區(qū)為沖洪積臺(tái)地,場(chǎng)區(qū)及其周邊未見(jiàn)影響場(chǎng)區(qū)整體穩(wěn)定性的滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

        場(chǎng)地水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單,地下水主要接受大氣降水、灌慨水渠、農(nóng)灌水補(bǔ)給,接受補(bǔ)給有限,向大渡河排泄。

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析,塌岸主要受兩方面因素的控制:

        (1)溝側(cè)地形較陡,坡度一般65°~75°,岸坡穩(wěn)定性較差;造田平臺(tái)為二元結(jié)構(gòu)的階地,下部為砂卵礫石層,上部為灰~黃褐色粉質(zhì)粘土,粉質(zhì)粘土力學(xué)性質(zhì)較差;以上是溝坡發(fā)生塌岸的內(nèi)在地質(zhì)原因。

        (2)水庫(kù)蓄水后,一方面受水的浸泡作用,使溝側(cè)粉質(zhì)粘土層浸潤(rùn)軟化,力學(xué)強(qiáng)度降低;另一方面受庫(kù)水浪蝕,消落靜、動(dòng)水壓力等作用,導(dǎo)致溝坡發(fā)生塌岸破壞;是發(fā)生塌岸破壞的主要外在原因。

        2.2 塌岸預(yù)測(cè)

        管山造田區(qū)位于大渡河左岸萬(wàn)工鄉(xiāng)管山村造田平臺(tái)一帶,造田平臺(tái)為二元結(jié)構(gòu)的階地,平臺(tái)前緣為局部段有漿砌石護(hù)坡,通過(guò)對(duì)該段岸坡出現(xiàn)的變形破壞現(xiàn)象分析,該區(qū)塌岸是由于局部岸坡地形地質(zhì)條件差,在水庫(kù)蓄水浪蝕作用下引發(fā)的塌岸變形破壞,岸坡目前整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

        水庫(kù)蓄水后,兩條沖溝溝側(cè)地形較陡,坡度一般65°~75°,上部為灰~黃褐色粉質(zhì)粘土,其力學(xué)性質(zhì)較差,一方面受水的浸泡作用,使溝側(cè)粉質(zhì)粘土層浸潤(rùn)軟化,力學(xué)強(qiáng)度降低;另一方面受庫(kù)水浪蝕,消落靜、動(dòng)水壓力等作用,導(dǎo)致溝坡發(fā)生塌岸破壞。

        為預(yù)測(cè)兩溝附近側(cè)塌岸范圍及規(guī)模,根據(jù)有關(guān)規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),并結(jié)合漢源附近相關(guān)工程以及《漢源縣萬(wàn)工鄉(xiāng)管山安置點(diǎn)移民安置工程巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告》,對(duì)兩條沖溝岸坡進(jìn)行剖面分析,確定岸坡塌岸最終寬度。該處塌岸預(yù)測(cè)的主要土體穩(wěn)定坡角建議值見(jiàn)表1。塌岸預(yù)測(cè)采用兩段法進(jìn)行塌岸預(yù)測(cè)。按圖解法進(jìn)行預(yù)測(cè)(見(jiàn)圖1),管溝兩側(cè)預(yù)測(cè)塌岸寬度10~40 m,面積1.0萬(wàn)m2;小年溝上游側(cè)塌岸寬度12~29 m,面積0.34萬(wàn)m2。

        2.3 巖土體物理力學(xué)特性

        根據(jù)試驗(yàn)成果和工程類(lèi)比確定巖土體物理力學(xué)性指標(biāo)建議值見(jiàn)表2。

        圖1 預(yù)測(cè)塌岸范圍示意

        表1 塌岸預(yù)測(cè)穩(wěn)定坡角建議值

        表2 巖土體物理力學(xué)指標(biāo)地質(zhì)建議值

        3 工程治理設(shè)計(jì)

        3.1 設(shè)計(jì)原則及方案擬定

        管山造田系利用Ⅲ級(jí)階地緩坡地形進(jìn)行回填,在851 m形成造地平臺(tái),臨庫(kù)岸坡采用漿砌石護(hù)坡處理,管溝、小年溝兩沖溝側(cè)岸坡未進(jìn)行防護(hù)處理。根據(jù)地質(zhì)對(duì)該段岸坡穩(wěn)定性分析,造地平臺(tái)臨庫(kù)岸坡整體穩(wěn)定,前緣因水庫(kù)蓄水后在庫(kù)水升降浪蝕作用下導(dǎo)致造地外側(cè)岸坡產(chǎn)生塌岸破壞。為確保造地平臺(tái)安全,確定以下治理原則:

        (1)岸坡采用固腳護(hù)坡處理,對(duì)已產(chǎn)生塌岸的地段進(jìn)行必要的清挖順坡,坡腳宜采用擋墻加固,坡面采用漿砌石或混凝土面板護(hù)坡,以控制塌岸的進(jìn)一步擴(kuò)展危及造地平臺(tái)安全。

        (2)管溝、小年溝兩沖溝順坡塌岸較嚴(yán)重,采用擋墻護(hù)坡方案受地形條件制約,擋墻布置比較困難、投資較大,且效果較差,宜采用回填造地,引排溝水的方式進(jìn)行,可增加適量耕地。

        (3)坡面排水,設(shè)置排水孔,地下水及時(shí)排出,減少地下水對(duì)邊坡破壞。

        (4)造地排水和管溝、小年溝溝水處理,造地外緣設(shè)置排水溝,兩沖溝設(shè)置排水渠,減少地表水下滲對(duì)邊坡的破壞。

        據(jù)以上原則,設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮減少開(kāi)挖,降低擋墻高度,沖溝護(hù)坡處理思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        最終方案確定為:固腳擋墻+護(hù)坡+沖溝護(hù)坡。

        3.2 治理工程設(shè)計(jì)

        3.2.1 工程等級(jí)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

        本區(qū)域治理主要針對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田,按照《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-94)第3.0.1條規(guī)定:防護(hù)人口小于20萬(wàn),防護(hù)耕地小于2萬(wàn)hm2,防護(hù)等級(jí)為四級(jí),防洪標(biāo)準(zhǔn)20~10年一遇。堤防工程防洪建筑物級(jí)別為5級(jí)。防洪標(biāo)準(zhǔn)(洪水重現(xiàn)期)取20年。按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-98)岸坡及擋墻穩(wěn)定安全系數(shù)允許值見(jiàn)表3。

        表3 擋墻及岸坡穩(wěn)定安全系數(shù)允許值

        3.2.2 方案設(shè)計(jì)

        塌岸治理設(shè)計(jì)采用“固腳擋墻+護(hù)坡+沖溝護(hù)坡”。即下部采用衡重式擋墻加固坡腳,基礎(chǔ)置于砂卵礫石層上,擋墻高4~6 m;擋墻頂部以上至851 m高程進(jìn)行厚30 cm混凝土1∶1.75坡比護(hù)坡,坡體內(nèi)進(jìn)行卵礫石回填;在管溝和小年溝順溝向各設(shè)置一條C15混凝土排水渠,底板寬3.0 m,厚1.0 m,排水渠護(hù)坡采取1∶1.5坡比,厚度0.5m,排水渠上部邊坡采取1∶2混凝土護(hù)坡,排水渠縱向順溝布置。典型設(shè)計(jì)剖面見(jiàn)圖2,平面布置見(jiàn)圖3。

        3.2.3 岸坡穩(wěn)定性計(jì)算

        塌岸區(qū)覆蓋層的計(jì)算參數(shù)取地質(zhì)建議指標(biāo),填筑料計(jì)算參數(shù)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比確定。

        坡體穩(wěn)定計(jì)算工況:①施工完建;②正常蓄水位;③水位驟降;④正常蓄水位+地震。

        穩(wěn)定計(jì)算對(duì)每種工況進(jìn)行了全斷面最危險(xiǎn)滑弧進(jìn)行搜索,求最小安全系數(shù)。岸坡典型剖面4-4計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4,穩(wěn)定計(jì)算剖面示意見(jiàn)圖4,從計(jì)算結(jié)果可見(jiàn),典型剖面的安全系數(shù)滿(mǎn)足規(guī)范要求。

        3.2.4 擋墻穩(wěn)定性計(jì)算

        擋墻穩(wěn)定性計(jì)算的荷載組合見(jiàn)表5,擋墻穩(wěn)定性計(jì)算成果見(jiàn)表6。在各種工況下?lián)鯄够€(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、基底應(yīng)力最大值與最小值之比均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

        圖2 治理設(shè)計(jì)典型斷面示意

        圖3 治理設(shè)計(jì)平面布置示意

        表4 處理后岸坡4-4剖面穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)

        圖4 穩(wěn)定計(jì)算剖面示意

        表5 荷載組合

        表6 擋墻穩(wěn)定性計(jì)算成果

        4 結(jié) 語(yǔ)

        本工程防治目標(biāo)為通過(guò)對(duì)管山造田塌岸區(qū)進(jìn)行工程治理,確保庫(kù)岸穩(wěn)定,保護(hù)農(nóng)田,并盡量不減少農(nóng)田。治理方案從技術(shù)、施工難度、費(fèi)用和社會(huì)影響等方面綜合分析比較,采用“固腳擋墻+護(hù)坡+沖溝護(hù)坡”處理方案,此方案采取清挖順坡,護(hù)坡處理,可減少開(kāi)挖,降低擋墻高度,技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行。

        P642.21

        B

        1003-9805(2015)02-0039-05

        2013-10-08

        蔡 斌(1980-),男,四川巴中人,碩士,高級(jí)工程師,從事工程地質(zhì)勘察工作。

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