談高水位變幅區(qū)防護工程設(shè)計

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

關(guān)鍵詞：高水位變幅區(qū)；白鶴灘庫區(qū)；防護工程；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地很少；勘察設(shè)計單位開展了多次居民點選址工作，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、會澤、會東兩省四市四縣交界處，區(qū)域社會經(jīng)濟條件較好，移民就地安置訴求強烈。該區(qū)域現(xiàn)狀為臨河臺地，地表類型多為耕地及沖溝，坡面較為平緩。該工程建成后，將長期處于水位大變幅狀態(tài)，是相關(guān)工程設(shè)計實踐的典型案例?；诖?，本文結(jié)合工程設(shè)計、施工過程中遇到的問題、難點，對該工程設(shè)計進行解析。

一、工程概述

1．基本情況象鼻嶺防護工程位于金沙江與小江間象鼻嶺臺地處，位于金沙江右岸。工程范圍為金東大橋橋頭位置的狹長地帶，包括堤防工程和場地回填工程：堤線從象鼻嶺南端高程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。防護堤全長約1.44km；內(nèi)側(cè)場地填高，圍地面積約151畝。區(qū)位示意圖如圖1所示。 

2．地形地質(zhì)條件格勒臺地呈長條形展布，臺面高程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臺地下部，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表部分布塊石，層厚約6~10.5m。原臺地頂中部靠小江側(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以下及場地東側(cè)臨金沙江岸780~790m臺地表部分布粗砂層，厚度約為3.30~12.55m。此外，在小江側(cè)防護堤軸線末端凹槽處，分布原金東大橋開挖棄渣，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，路面外側(cè)坡面垂直7.5m范圍內(nèi)采用植草護坡，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。場坪區(qū)采用砂礫石料分層碾壓填平至建筑場平所需的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，場坪頂部以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)采用植草護坡，余下坡面采用50cm厚碎石墊層+水工連鎖砌塊型式防護。810m高程以下采用碎石墊層+預(yù)制砼塊進行防護，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)計施工重難點

1．高水位大變幅條件白鶴灘水電站水庫正常運行過程中，庫水位會隨著季節(jié)、調(diào)度要求進行變化。水庫建成后，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60余米。若不加以防護措施，居民點邊坡土體將受到江水浸泡、風浪、航運波浪沖擊、水流剝蝕、搬運及干濕交替等因素的影響[1]。岸坡表層的堆積體流失、庫水位大幅變動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)砂層在施工的過程中，小江側(cè)南部765~790m高程邊坡開挖至設(shè)計斷面后，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厚度，且覆蓋深度較深。由于砂土濕化后強度將大幅降低，對含砂層堆積體邊坡穩(wěn)定性十分不利[2-3]。需對該區(qū)域進行處理及優(yōu)化，防止蓄水后因土層濕化強度變低導致的局部小邊坡滑移及因沖刷導致的坡底基礎(chǔ)掏空。3．料源級配變化工程填筑過程中，料場出現(xiàn)部分開挖料不滿足原設(shè)計級配要求。因投資造價原因，附近難以尋找合理的同等體量料場，需要對填筑區(qū)域及填筑方式進行優(yōu)化處理。

三、重難點解決方案

1．防護堤結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）堤型初步設(shè)計綜合場地地質(zhì)特征、料場料源、工程經(jīng)濟性等因素，以及工程場址處空間開闊情況，是否對堤型布置構(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)計堤型。具體形式介紹見上文工程總體布置章節(jié)，布置如圖2所示。（2）滲透穩(wěn)定計算通過地質(zhì)工程設(shè)計分析軟件GeoStudio2012中SEEP/W模塊對以上設(shè)計成果不利斷面邊坡穩(wěn)定性進行復(fù)核計算。參考典型斷面，建立滲透模型如圖3所示?？紤]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，計算工況成果如表1所示。根據(jù)計算結(jié)果可知，所選斷面在三個工況下兩側(cè)迎水坡的滲透坡降均小于相應(yīng)的允許坡降，滿足規(guī)范要求。（3）邊坡穩(wěn)定計算通過地質(zhì)工程設(shè)計分析軟件GeoStudio2012中Slope/W模塊對以上設(shè)計成果幾個不利斷面邊坡穩(wěn)定性進行復(fù)核計算。本次計算分6種工況進行考慮，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。從計算結(jié)果可以得知，該堤防設(shè)計形式在各工況下均滿足最小穩(wěn)定安全系數(shù)，符合設(shè)計規(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，同時考慮投資及施工工期，最終采取開挖換填的方式，對局部區(qū)域表部粗砂層區(qū)域進行處理。具體處理方法為：坡面垂直開挖至碎石混合土層深度小于3m時，分段開挖至碎石混合土層。采用料場料源（砂礫料）進行分層換填，并對回填料進行分層碾壓。坡面垂直開挖3m仍未挖至碎石混合土層時，分段開挖3m后不再進行開挖。在開挖面上部鋪設(shè)反濾土工布后采用料場料源進行分層換填，并對換填部位進行分層碾壓。此外，在工程收尾階段，將對小江側(cè)坡腳位置采用棄土進行填土反壓處理，以增強坡底的穩(wěn)定性。經(jīng)過上述處理后，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)過建模帶入GeoStudio中進行驗算，各工況下均滿足最小穩(wěn)定安全系數(shù)，保證了局部邊坡的穩(wěn)定。

3．料源分區(qū)填筑針對填筑料不滿足原設(shè)計級配要求問題，采用復(fù)核料源強度、分區(qū)填筑、提高碾壓標準三方面進行解決。復(fù)核料源強度方面，選取了2個料場共計14組料進行室內(nèi)實驗，統(tǒng)計了各組料密度、自然休止角、含泥量、滲透系數(shù)、顆粒級配等信息，計算其平均值后，選擇了最接均值的4組料（1#、2#料場各兩組）進行現(xiàn)場直剪試驗[4-5]。得到C、Φ等參數(shù)代入原模型中進行計算。綜合現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)及模型模擬結(jié)果，將料場料源分為I類料與II類料。其中I類料指料源C≥5KPa，φ≥36°且滿足級配良好的填筑料；II類料指不滿足I類料參數(shù)要求，同時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)邊線為界，外側(cè)（護坡區(qū)域）定義為I類料填筑區(qū)，內(nèi)側(cè)（居民建房區(qū)域）為II類料填筑區(qū)，分別用兩類料對區(qū)域進行填筑，如圖7~8所示。碾壓標準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，相對密度要求由0.80提高至0.85，降低因級配與原設(shè)計不符帶來的不利因素影響。

四、結(jié)語

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

參考文獻

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作者：楊接平黃韜幸梁月英單位：中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司