楊繼超，高強(qiáng)強(qiáng)，晏帥豪

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西？西安？710065)

0 引 言

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)水電開(kāi)發(fā)取得了顯著的進(jìn)展，目前傳統(tǒng)水電尚未開(kāi)發(fā)的區(qū)域主要集中在高山峽谷區(qū)較多的西南及西藏地區(qū)。受制于地形及生態(tài)紅線等原因，庫(kù)區(qū)淹沒(méi)線上可以利用緩坡地作為移民集中安置的地塊較少，因此經(jīng)常需要利用水庫(kù)淺淹區(qū)作為集中移民安置點(diǎn)建設(shè)用地。

利用水庫(kù)淺淹區(qū)既可以減少整個(gè)項(xiàng)目的工程征占地費(fèi)用，也可以避免群眾遠(yuǎn)遷，對(duì)于生活習(xí)慣及文化延續(xù)有積極的作用；同時(shí)安置區(qū)距離庫(kù)區(qū)較近，可以提高移民群眾居住環(huán)境及促進(jìn)后期發(fā)展旅游產(chǎn)業(yè)。

目前，國(guó)內(nèi)水電站庫(kù)區(qū)修建了部分水庫(kù)淺淹區(qū)的防護(hù)及墊地工程，大部分工程已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，如蜀河水電站棕溪集鎮(zhèn)、苗家壩水電站河口安置點(diǎn)以及積石峽水電站尕莊安置點(diǎn)等。這些工程在經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行后，未出現(xiàn)場(chǎng)地基礎(chǔ)或浸沒(méi)問(wèn)題。然而，還有一些項(xiàng)目的安置點(diǎn)或耕地在后續(xù)的運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，例如，公伯峽水電站石乃亥防護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的部分房屋和耕地受到浸沒(méi)的影響，這給移民群眾的生活帶來(lái)了不便。

本文通過(guò)對(duì)NQJD水電站JQ集鎮(zhèn)防護(hù)墊地工程的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行論證，分析和總結(jié)水庫(kù)淺淹區(qū)防護(hù)及墊地工程設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的問(wèn)題，供同行參與后續(xù)類似項(xiàng)目中參考。

表1 管網(wǎng)免受影響的超高計(jì)算表

1 工程概況

JQ集鎮(zhèn)移民安置點(diǎn)位于NQJD水電站庫(kù)區(qū)支流熱瑪曲河右岸階地平臺(tái)上。集鎮(zhèn)安置區(qū)位于JQ鄉(xiāng)雪村，根據(jù)移民安置規(guī)劃，共需安置移民170戶1 352人；順河向長(zhǎng)度約1 200 m，階地形態(tài)呈“茄”狀，寬度150～500 m，占地面積約0.16 km2。區(qū)內(nèi)地形相對(duì)平緩，高程3 880～3 891 m，天然坡度3°～8°，沿河有寬約2 m河堤路。NQJD 水電站庫(kù)區(qū)正常蓄水位為3 892 m，因此淹沒(méi)高度為1～12 m。

2 防護(hù)及墊地工程設(shè)計(jì)

2.1 方案比選

雪村居住區(qū)規(guī)劃利用淹沒(méi)區(qū)作為居住區(qū)場(chǎng)地，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，一般采取以下兩種防護(hù)方案：

方案一：外防內(nèi)排方案。外部設(shè)置堤防(設(shè)置截滲墻)，場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施工程按現(xiàn)狀地坪規(guī)劃設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)置排澇泵站解決地表水排水及降低地下水位。

方案二：外防內(nèi)墊方案。外部設(shè)置堤防(不考慮防滲)，內(nèi)部場(chǎng)地采用墊地填高的方案。

根據(jù)JQ居住區(qū)地勘成果，場(chǎng)地覆蓋層為強(qiáng)透水的砂卵礫石層，厚度約為15～27 m，若采取方案一，防滲墻需要圍著場(chǎng)地閉合設(shè)置，長(zhǎng)度約為2.1 km，防滲墻深度約為25 m，防滲效果受地質(zhì)條件、施工質(zhì)量影響較大。為解決內(nèi)部雨水排水的需要設(shè)置排澇泵站，工程投資較大，而且排澇泵站需要常年運(yùn)行，運(yùn)行管理費(fèi)用也較高，一旦運(yùn)行環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題將對(duì)移民房屋財(cái)產(chǎn)造成不可逆的損失；如公伯峽水電站石乃亥防護(hù)區(qū)范圍就是采用方案一，前期運(yùn)行多年也正常，2020年7月因項(xiàng)目管理不善，排水設(shè)備老舊，同時(shí)疊加汛期庫(kù)區(qū)高水位運(yùn)行等問(wèn)題，出現(xiàn)了地下水抬高溢出地面，部分房屋出現(xiàn)泛堿、房屋木梁發(fā)霉甚至地基下沉等現(xiàn)象。

從投資、管理及安全性方面，方案一與方案二相比均不占優(yōu)勢(shì)，因此本次設(shè)計(jì)方案比選經(jīng)過(guò)定性比較采用方案二，即外防內(nèi)墊方案。

2.2 墊地高程的確定

墊地高程的確定需要綜合考慮防浸要求、防洪要求及場(chǎng)地排水要求，墊地的高程需高于正常蓄水位疊加這三者中的最大值。

2.2.1 防浸要求

場(chǎng)地的浸沒(méi)要求主要考慮建筑防浸及植物生長(zhǎng)防浸要求，同時(shí)場(chǎng)平的坡度需要考慮地下水壅高坡度的影響。

(1)植物防浸要求

水庫(kù)浸沒(méi)對(duì)片區(qū)主體樹(shù)種的危害表現(xiàn)主要是指水庫(kù)蓄水后引起庫(kù)周地下水位雍高(接近地面)而使土壤鹽漬化、沼澤化等不良后果的現(xiàn)象，植物受澇害影響而造成根系缺氧、爛根等癥狀。

地下水位的雍高受控于水文地質(zhì)條件，臨界浸沒(méi)深度由地下水位以上土層的毛細(xì)水上升高度和農(nóng)作物根系深度組成。農(nóng)作物及喬灌木根系深度是不可能改變的，因此處理水庫(kù)浸沒(méi)影響問(wèn)題應(yīng)從減少毛細(xì)水上升高度或墊高地面高程等方面進(jìn)行考慮。

為保證當(dāng)?shù)貥?shù)種在水庫(kù)蓄水后能夠有良好的生長(zhǎng)環(huán)境，提升居住區(qū)居住環(huán)境，需要對(duì)淺水淹沒(méi)區(qū)及浸沒(méi)區(qū)進(jìn)行墊高；同時(shí)應(yīng)在填料方面進(jìn)行分析研究，選擇經(jīng)濟(jì)可行的填筑料源，從而減小毛細(xì)水上升高度。

墊地高程根據(jù)防浸標(biāo)準(zhǔn)確定，即由正常蓄水位、墊地料毛細(xì)上升高度、作物根系長(zhǎng)度共同確定。

當(dāng)?shù)刂饕r(nóng)作物為青稞，根須層厚度一般為0.2～0.3 m，最深達(dá)0.5 m。綠化樹(shù)種主要是圓柏、杉樹(shù)等，均為淺根喬木，根深1.0～1.5 m。確定考慮植物根系深度為1.5 m，安全超高取0.5 m，最終確定臨界高度不小于2.0 m；因此考慮植物防浸要求，墊地高程應(yīng)大于設(shè)計(jì)洪水位+2.0 m。

(2)建筑防浸要求

防護(hù)墊地工程主要采用JQ砂石料場(chǎng)料源。根據(jù)地勘報(bào)告成果，JQ料場(chǎng)料源主要為砂卵礫石，顆粒以卵石為主，其次為礫石和砂粒。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，該土料毛細(xì)水上升量較少，取30 cm。

當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)凍土深度約為1.5 m，因此建議基礎(chǔ)埋深大于1.5 m。JQ砂石料為弱凍脹土，為保證房屋基礎(chǔ)質(zhì)量安全，房屋基礎(chǔ)底面建議設(shè)置在毛細(xì)水高度之上，房屋基礎(chǔ)混凝土采用抗?jié)B混凝土。因此，若考慮建筑防浸要求，墊地高程應(yīng)大于設(shè)計(jì)洪水位+1.8 m。

(3)地下水壅高

庫(kù)區(qū)蓄水后，場(chǎng)地前沿地下水高程為正常蓄水位高程+毛細(xì)水上升高度。場(chǎng)地后緣高臺(tái)地及山坡高程較高，因降雨融雪水滲入土壤后也將通過(guò)地下排入場(chǎng)地前沿，形成一個(gè)地下水水力坡度，造成地下水壅高的問(wèn)題。

地下水壅高與場(chǎng)地后緣地形、地層巖性及地表水分布有關(guān)，實(shí)際確定過(guò)程中，需要根據(jù)臨近鉆孔推測(cè)。該類地層現(xiàn)狀地下水位近水平，類比工程區(qū)同類地層水文地質(zhì)剖面，用圖解法確定地下水壅高。

地下水壅高的問(wèn)題不影響場(chǎng)地墊地最小高度的確定，而是影響場(chǎng)平坡度。場(chǎng)平坡向河道的坡度不應(yīng)小于地下水壅高的坡度線。

2.2.2 防洪要求

防止洪水對(duì)居住區(qū)內(nèi)部房屋及財(cái)產(chǎn)造成影響，場(chǎng)地高程應(yīng)滿足堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范要求。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—2014)及《水電工程建設(shè)征地移民安置專業(yè)項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》(NB/T 10801—2021)，小型集鎮(zhèn)居住區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水。

防洪高程為設(shè)計(jì)洪水位加安全超高，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286—2013)，安全超高計(jì)算公式如下：

Y=R+e+A

式中：Y為堤防超高；R為波浪爬高；e為風(fēng)雍水面高度；A為安全加高，根據(jù)規(guī)范，本工程堤防等級(jí)為4級(jí)，取0.6 m。

根據(jù)計(jì)算，安全超高Y為0.92 m，取1.0 m，因此若需滿足防洪要求，場(chǎng)平高程不應(yīng)低于20年一遇設(shè)計(jì)洪水位+1.0 m。

2.2.3 排水要求

根據(jù)《水電工程農(nóng)村移民安置規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》(NB/T 10804—2021)，排水口宜超過(guò)正常蓄水位，主要是為了防止河水倒灌影響排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一般情況下，污水處理站處理后的中水不能直接排入河道或庫(kù)區(qū)內(nèi)，因此排水口主要指雨水排放口。

JQ集鎮(zhèn)排水系統(tǒng)主要通過(guò)埋設(shè)雨水管結(jié)合道路系統(tǒng)進(jìn)行排水。為使管網(wǎng)后期能良好地運(yùn)行，給排水管網(wǎng)應(yīng)設(shè)置于設(shè)計(jì)洪水位以上，凍土深度以下。給水管直徑為0.15 m，排水管直徑為0.40 m。凍土深度根據(jù)收集的相關(guān)資料為1.50 m，考慮管網(wǎng)免受地下水及凍土影響的超高計(jì)算如表1所示。

2.2.4 墊地高程的最終確定

綜合考慮防侵、防洪及排水的要求，居民區(qū)墊地控制高程=20年一遇設(shè)計(jì)洪水位+ 2.35 m安全超高。

2.3 防護(hù)工程設(shè)計(jì)

規(guī)劃建設(shè)區(qū)設(shè)置墊地工程后，場(chǎng)地靠近河道側(cè)整體填高高度范圍為3～12 m。為減少庫(kù)區(qū)流水及波浪的淘刷，外側(cè)需要設(shè)置防護(hù)工程。

JQ集鎮(zhèn)位于支流上游回水處，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，現(xiàn)狀河道左岸已實(shí)施有堤防工程，堤頂寬度為3.0 m，迎水面為漿砌石護(hù)坡，護(hù)坡迎水面坡比為1∶1.2。

常見(jiàn)防護(hù)工程主要為垂直式、緩坡式及復(fù)合式。考慮最大場(chǎng)地墊地高度最大為 12 m，防護(hù)工程采用防洪墻投資較大，而且垂直式防護(hù)安全性、可維護(hù)性較差。新建居住區(qū)臨河防護(hù)基本沿現(xiàn)狀堤線，考慮工程投資、施工難度及后續(xù)運(yùn)行安全等問(wèn)題，防護(hù)工程采用緩坡式。根據(jù)穩(wěn)定計(jì)算，邊坡確定為1∶2，現(xiàn)狀堤防及護(hù)坡工程作為護(hù)腳工程。

本次防洪標(biāo)準(zhǔn)選定為20年一遇，堤防安全超高要求為1.0 m，而場(chǎng)地高程安全超高為2.35 m。考慮施工方便及工程美觀等因素，護(hù)坡工程頂部高程與場(chǎng)地工程一致。

2.4 填筑設(shè)計(jì)

(1)填料選擇

高填土地基容易出現(xiàn)沉降問(wèn)題。在高填地基上方，會(huì)給下面的原有地基增加額外的荷載，如果原有地基承載能力不足，就會(huì)導(dǎo)致沉降問(wèn)題。此外，高填地基在不同位置的沉降速度可能不一致，導(dǎo)致地面不平整，這也是很多居民住宅墻體出現(xiàn)裂痕、縫隙的原因之一。因此，在高填地基的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，需要考慮這些問(wèn)題，并采取相應(yīng)的技術(shù)措施，以確保地基的穩(wěn)定性和安全性。

JQ鄉(xiāng)集鎮(zhèn)居住區(qū)的主要地層為表層的含碎石粘土質(zhì)砂和含漂石砂卵礫石，覆蓋層的厚度在1.20～28.80 m之間。工程區(qū)場(chǎng)地地基土類型為中硬土，其承載力和地基均勻性較好。

填料中含量較多的碎石或卵石能夠起到骨架作用，碎石含量越多，壓縮變形就越快。碎石填土的變形一般在施工期間大部分完成。因此，選擇下游淹沒(méi)區(qū)淺灘區(qū)河床作為居住區(qū)填筑料場(chǎng)，料源主要為砂卵礫石層。

(2)壓實(shí)系數(shù)選擇

場(chǎng)地主要規(guī)劃內(nèi)容為居住區(qū)、內(nèi)部道路及景觀綠地等。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)中關(guān)于地坪以下壓實(shí)度(即壓實(shí)系數(shù))要求不小于0.94；砌體承重及框架結(jié)構(gòu)在地基主要受力層范圍內(nèi)的壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，在地基主要受力層范圍以下的壓實(shí)系數(shù)不小于0.95。

另根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30—2015)和《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 194—2013)及對(duì)于填方路基壓實(shí)度不小于0.94，考慮安置區(qū)戶型及路網(wǎng)交織在一起，施工過(guò)程中無(wú)法按不同部位分別提壓實(shí)度要求等因素，本次填筑設(shè)計(jì)中統(tǒng)一采用壓實(shí)系數(shù)0.97。

3 結(jié)語(yǔ)及建議

3.1 結(jié)語(yǔ)

一般而言，通過(guò)實(shí)施防護(hù)墊地工程來(lái)設(shè)置移民安置區(qū)，人均基礎(chǔ)設(shè)施工程投資較一般的緩坡地偏大；但相較于陡坡處地塊場(chǎng)地適宜性更好，人均環(huán)境更佳，節(jié)約了土地等。

為了節(jié)約土地資源并提高環(huán)境容量，黃河公伯峽水電站、積石峽水電站、炳靈水電站以及羊曲水電站等水電站的移民規(guī)劃均采用了防護(hù)墊地工程。在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，經(jīng)過(guò)合理高程的確定和施工工藝的適應(yīng)，防護(hù)墊地的移民安置區(qū)在后續(xù)的運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題相對(duì)較少。此外，墊高區(qū)的人均環(huán)境條件較好，而一些移民通過(guò)開(kāi)辦農(nóng)家樂(lè)等方式成功提高了自己的收入水平。

3.2 建議

(1)場(chǎng)地高程的確定、料場(chǎng)的選擇及施工工藝是防護(hù)墊地設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的兩項(xiàng)工作，其中場(chǎng)地高程的確定過(guò)程中涉及較多的因素，本文僅從本項(xiàng)目的特點(diǎn)進(jìn)行分析，其他項(xiàng)目則需要根據(jù)場(chǎng)地現(xiàn)狀及周邊情況詳細(xì)的調(diào)研和分析來(lái)確定。

(2)場(chǎng)地高程中的設(shè)計(jì)洪水位應(yīng)考慮庫(kù)區(qū)回水的影響，尤其是水庫(kù)末端。防護(hù)墊地占用河道較多的話，還應(yīng)對(duì)水位流量關(guān)系曲線重新計(jì)算。

(3)料場(chǎng)的填料優(yōu)先選擇附近其他移民專項(xiàng)工程的開(kāi)挖棄渣料、取土場(chǎng)砂礫石料等，如土料為黃土、壤土等，則有必要根據(jù)地勘成果資料制定相應(yīng)的壓實(shí)方案。場(chǎng)地現(xiàn)狀地基存在承載力較差或者不均勻等性質(zhì)，則需要對(duì)現(xiàn)狀地基進(jìn)行處理；如積石峽水電站尕莊居民點(diǎn)現(xiàn)狀為濕陷性黃土地基，填高前采用強(qiáng)夯技術(shù)對(duì)現(xiàn)狀地基的濕陷性問(wèn)題進(jìn)行處理，之后采用土料進(jìn)行分層碾壓，工程運(yùn)行多年，場(chǎng)地安全性較好。