談高水位變幅區(qū)防護(hù)工程設(shè)計(jì)

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摘要：象鼻嶺防護(hù)工程是白鶴灘庫(kù)區(qū)安置居民點(diǎn)的關(guān)鍵性工程，伴隨著我國(guó)水電建設(shè)在西部地區(qū)的有序推進(jìn)，高水位大變幅區(qū)移民安置造地工程將逐步增多，象鼻嶺防護(hù)工程是此類(lèi)工程的典型案例。本文通過(guò)介紹、總結(jié)象鼻嶺居民點(diǎn)防護(hù)工程在設(shè)計(jì)、施工中的重難點(diǎn)，以期為同類(lèi)型項(xiàng)目提供借鑒與指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：高水位變幅區(qū)；白鶴灘庫(kù)區(qū)；防護(hù)工程；邊坡穩(wěn)定

東川區(qū)沿金沙江和小江區(qū)域山高坡陡，可用于白鶴灘水電站移民安置的場(chǎng)地很少；勘察設(shè)計(jì)單位開(kāi)展了多次居民點(diǎn)選址工作，受小江斷裂帶、岸坡穩(wěn)定、滑坡等地質(zhì)條件影響，大多不適宜用于移民安置。象鼻嶺位于東川、巧家、會(huì)澤、會(huì)東兩省四市四縣交界處，區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件較好，移民就地安置訴求強(qiáng)烈。該區(qū)域現(xiàn)狀為臨河臺(tái)地，地表類(lèi)型多為耕地及沖溝，坡面較為平緩。該工程建成后，將長(zhǎng)期處于水位大變幅狀態(tài)，是相關(guān)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐的典型案例?；诖?，本文結(jié)合工程設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題、難點(diǎn)，對(duì)該工程設(shè)計(jì)進(jìn)行解析。

一、工程概述

1．基本情況象鼻嶺防護(hù)工程位于金沙江與小江間象鼻嶺臺(tái)地處，位于金沙江右岸。工程范圍為金東大橋橋頭位置的狹長(zhǎng)地帶，包括堤防工程和場(chǎng)地回填工程：堤線(xiàn)從象鼻嶺南端高程827.5m的邊坡處起始，向北沿金沙江側(cè)布置約700m，然后轉(zhuǎn)至小江側(cè)，沿小江側(cè)向南延伸約685m后與現(xiàn)狀827.5m高程地形銜接。防護(hù)堤全長(zhǎng)約1.44km；內(nèi)側(cè)場(chǎng)地填高，圍地面積約151畝。區(qū)位示意圖如圖1所示。 

2．地形地質(zhì)條件格勒臺(tái)地呈長(zhǎng)條形展布，臺(tái)面高程770~820m，地形平緩，坡度3~5°，原狀分布有較多耕地和民房。臺(tái)地西側(cè)為金沙江，東側(cè)為小江。根據(jù)地勘資料，混合碎石土大范圍地分布于整個(gè)臺(tái)地下部，大于6cm粒徑的顆粒含量大于80%，厚度較深，為該區(qū)域的基礎(chǔ)巖層。金沙江側(cè)高程755~800m表部分布?jí)K石，層厚約6~10.5m。原臺(tái)地頂中部靠小江側(cè)分布約3.5~7.8m厚粉土質(zhì)礫，呈從南往北逐漸變薄特征。小江側(cè)高程約780m以下及場(chǎng)地東側(cè)臨金沙江岸780~790m臺(tái)地表部分布粗砂層，厚度約為3.30~12.55m。此外，在小江側(cè)防護(hù)堤軸線(xiàn)末端凹槽處，分布原金東大橋開(kāi)挖棄渣，由碎石混合土、粉土質(zhì)礫等組成，厚度約為35m。

3．工程總體布置金沙江側(cè)堤型采用斜坡式，在原山坡的基礎(chǔ)上，堤身采用砂礫石填筑，迎水面820m高程以下坡度約為1：1.9；790m高程以上坡度1：2.5~1：3。堤頂寬度8m（路面寬度6.75m）。坡面采用50cm厚碎石墊層+預(yù)制混凝土塊型式防護(hù)，路面外側(cè)坡面垂直7.5m范圍內(nèi)采用植草護(hù)坡，坡面每隔10m設(shè)置馬道，馬道寬3m，坡腳采用混凝土墊層+現(xiàn)澆C20混凝土大方腳+坡腳排水溝+干砌塊石處理。場(chǎng)坪區(qū)采用砂礫石料分層碾壓填平至建筑場(chǎng)平所需的826~829m高程，作為移民安置建設(shè)用地。小江側(cè)堤型采用復(fù)合式，堤頂寬度8m（路面寬度6.75m），XL0+790.81-XL1+289.48段在原地形基礎(chǔ)上設(shè)不高于7.5mC20混凝土擋墻防護(hù)，場(chǎng)坪頂部以1：2.5自然放坡至擋墻頂。路面外側(cè)至擋墻頂部邊坡，坡面垂直7.5m范圍內(nèi)采用植草護(hù)坡，余下坡面采用50cm厚碎石墊層+水工連鎖砌塊型式防護(hù)。810m高程以下采用碎石墊層+預(yù)制砼塊進(jìn)行防護(hù)，坡度1：1.7~3.0。坡腳采用碎石墊層+現(xiàn)澆C20砼大方腳+干砌塊石處理。

二、設(shè)計(jì)施工重難點(diǎn)

1．高水位大變幅條件白鶴灘水電站水庫(kù)正常運(yùn)行過(guò)程中，庫(kù)水位會(huì)隨著季節(jié)、調(diào)度要求進(jìn)行變化。水庫(kù)建成后，象鼻嶺段正常條件下水位變幅區(qū)間為765.00~825.17m，變幅區(qū)間達(dá)60余米。若不加以防護(hù)措施，居民點(diǎn)邊坡土體將受到江水浸泡、風(fēng)浪、航運(yùn)波浪沖擊、水流剝蝕、搬運(yùn)及干濕交替等因素的影響[1]。岸坡表層的堆積體流失、庫(kù)水位大幅變動(dòng)引起岸坡巖土體孔隙水壓力的變化，從而產(chǎn)生剝蝕、崩塌、滑移等再造變形。岸坡下部掏空卸荷，上部巖土體的自身影響下誘發(fā)邊坡滑坡，影響邊坡內(nèi)工程的穩(wěn)定安全。

2．小江側(cè)砂層在施工的過(guò)程中，小江側(cè)南部765~790m高程邊坡開(kāi)挖至設(shè)計(jì)斷面后，局部出現(xiàn)揭露地層與原地勘地層不符現(xiàn)象。該片區(qū)局部區(qū)域粗砂層厚于原勘測(cè)厚度，且覆蓋深度較深。由于砂土濕化后強(qiáng)度將大幅降低，對(duì)含砂層堆積體邊坡穩(wěn)定性十分不利[2-3]。需對(duì)該區(qū)域進(jìn)行處理及優(yōu)化，防止蓄水后因土層濕化強(qiáng)度變低導(dǎo)致的局部小邊坡滑移及因沖刷導(dǎo)致的坡底基礎(chǔ)掏空。3．料源級(jí)配變化工程填筑過(guò)程中，料場(chǎng)出現(xiàn)部分開(kāi)挖料不滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)級(jí)配要求。因投資造價(jià)原因，附近難以尋找合理的同等體量料場(chǎng)，需要對(duì)填筑區(qū)域及填筑方式進(jìn)行優(yōu)化處理。

三、重難點(diǎn)解決方案

1．防護(hù)堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）堤型初步設(shè)計(jì)綜合場(chǎng)地地質(zhì)特征、料場(chǎng)料源、工程經(jīng)濟(jì)性等因素，以及工程場(chǎng)址處空間開(kāi)闊情況，是否對(duì)堤型布置構(gòu)成限制性條件，金沙江側(cè)采用土石混合堤作為設(shè)計(jì)堤型，小江側(cè)采用上部混凝土擋墻、下部放緩坡的復(fù)合式作為設(shè)計(jì)堤型。具體形式介紹見(jiàn)上文工程總體布置章節(jié)，布置如圖2所示。（2）滲透穩(wěn)定計(jì)算通過(guò)地質(zhì)工程設(shè)計(jì)分析軟件GeoStudio2012中SEEP/W模塊對(duì)以上設(shè)計(jì)成果不利斷面邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。參考典型斷面，建立滲透模型如圖3所示。考慮三種工況，即穩(wěn)定滲流工況、洪水期驟降工況、枯水期水位消落工況，計(jì)算工況成果如表1所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，所選斷面在三個(gè)工況下兩側(cè)迎水坡的滲透坡降均小于相應(yīng)的允許坡降，滿(mǎn)足規(guī)范要求。（3）邊坡穩(wěn)定計(jì)算通過(guò)地質(zhì)工程設(shè)計(jì)分析軟件GeoStudio2012中Slope/W模塊對(duì)以上設(shè)計(jì)成果幾個(gè)不利斷面邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。本次計(jì)算分6種工況進(jìn)行考慮，分別如表3所示。 堤防穩(wěn)定分析采用摩根斯坦（MP）法，得到最小安全系數(shù)如表4所示。從計(jì)算結(jié)果可以得知，該堤防設(shè)計(jì)形式在各工況下均滿(mǎn)足最小穩(wěn)定安全系數(shù)，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，邊坡整體穩(wěn)定性較好。

2．砂層處理參考地勘建議，同時(shí)考慮投資及施工工期，最終采取開(kāi)挖換填的方式，對(duì)局部區(qū)域表部粗砂層區(qū)域進(jìn)行處理。具體處理方法為：坡面垂直開(kāi)挖至碎石混合土層深度小于3m時(shí)，分段開(kāi)挖至碎石混合土層。采用料場(chǎng)料源（砂礫料）進(jìn)行分層換填，并對(duì)回填料進(jìn)行分層碾壓。坡面垂直開(kāi)挖3m仍未挖至碎石混合土層時(shí)，分段開(kāi)挖3m后不再進(jìn)行開(kāi)挖。在開(kāi)挖面上部鋪設(shè)反濾土工布后采用料場(chǎng)料源進(jìn)行分層換填，并對(duì)換填部位進(jìn)行分層碾壓。此外，在工程收尾階段，將對(duì)小江側(cè)坡腳位置采用棄土進(jìn)行填土反壓處理，以增強(qiáng)坡底的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)上述處理后，區(qū)域內(nèi)表層粗砂得到清理，深層粗砂因土工布反濾不易流失得到控制。處理完后的地層經(jīng)過(guò)建模帶入GeoStudio中進(jìn)行驗(yàn)算，各工況下均滿(mǎn)足最小穩(wěn)定安全系數(shù)，保證了局部邊坡的穩(wěn)定。

3．料源分區(qū)填筑針對(duì)填筑料不滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)級(jí)配要求問(wèn)題，采用復(fù)核料源強(qiáng)度、分區(qū)填筑、提高碾壓標(biāo)準(zhǔn)三方面進(jìn)行解決。復(fù)核料源強(qiáng)度方面，選取了2個(gè)料場(chǎng)共計(jì)14組料進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)了各組料密度、自然休止角、含泥量、滲透系數(shù)、顆粒級(jí)配等信息，計(jì)算其平均值后，選擇了最接均值的4組料（1#、2#料場(chǎng)各兩組）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)[4-5]。得到C、Φ等參數(shù)代入原模型中進(jìn)行計(jì)算。綜合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及模型模擬結(jié)果，將料場(chǎng)料源分為I類(lèi)料與II類(lèi)料。其中I類(lèi)料指料源C≥5KPa，φ≥36°且滿(mǎn)足級(jí)配良好的填筑料；II類(lèi)料指不滿(mǎn)足I類(lèi)料參數(shù)要求，同時(shí)φ≥32°，小于5mm粒徑百分比小于35%，小于0.075mm粒徑百分比小于5%的料源。將填筑區(qū)域以堤頂?shù)缆穬?nèi)側(cè)邊線(xiàn)為界，外側(cè)（護(hù)坡區(qū)域）定義為I類(lèi)料填筑區(qū)，內(nèi)側(cè)（居民建房區(qū)域）為II類(lèi)料填筑區(qū)，分別用兩類(lèi)料對(duì)區(qū)域進(jìn)行填筑，如圖7~8所示。碾壓標(biāo)準(zhǔn)方面將原要求中的碾壓設(shè)備由20t提高至36t，碾壓遍數(shù)由6遍提至8遍，相對(duì)密度要求由0.80提高至0.85，降低因級(jí)配與原設(shè)計(jì)不符帶來(lái)的不利因素影響。

四、結(jié)語(yǔ)

象鼻嶺防護(hù)工程是東川區(qū)為解決因白鶴灘庫(kù)區(qū)蓄水后移民問(wèn)題建造的關(guān)鍵性工程，對(duì)于解決移民安置難題具有重要的意義。伴隨著我國(guó)水電建設(shè)在西部地區(qū)的有序推進(jìn)，此類(lèi)高水位大變幅區(qū)移民安置造地工程將逐步增多。本文通過(guò)介紹、總結(jié)象鼻嶺居民點(diǎn)防護(hù)工程在設(shè)計(jì)、施工中的重難點(diǎn)，以期為同類(lèi)型項(xiàng)目提供借鑒與指導(dǎo)。

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作者：楊接平黃韜幸梁月英單位：中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司