談高水位變幅區(qū)防護工程設計

孫大為

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

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。

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。

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，作為移民安置建設用地。

二、設計施工重難點

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。

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]。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)設計（1）堤型初步設計綜合場地地質(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計堤型，小江側(cè)采用上部混凝土擋墻、下部放緩坡的復合式作為設計堤型。（2）滲透穩(wěn)定計算通過地質(zhì)工程設計分析軟件GeoStudio2012中SEEP/W模塊對以上設計成果不利斷面邊坡穩(wěn)定性進行復核計算。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。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)工程設計分析軟件GeoStudio2012中Slope/W模塊對以上設計成果幾個不利斷面邊坡穩(wěn)定性進行復核計算。本次計算分6種工況進行考慮。?堤防穩(wěn)定分析采用摩根斯坦（MP）法，得到最小安全系數(shù)。從計算結(jié)果可以得知，該堤防設計形式在各工況下均滿足最小穩(wěn)定安全系數(shù)，符合設計規(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計級配要求問題，采用復核料源強度、分區(qū)填筑、提高碾壓標準三方面進行解決。復核料源強度方面，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，選擇了最接近平均值的4組料。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)。碾壓標準方面將原要求中的碾壓設備由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

[1]岳永峰，羅延婷，李偉.東莊水庫黃土岸坡的塌岸預測方法研究[J].資源環(huán)境與工程，2013，27（4）：398-400.

[2]陳亮，巨能攀，趙建軍.水位驟降條件下含砂層堆積體邊坡穩(wěn)定性分析[J].中國地質(zhì)災害與防治學報，2013，24（1）.

[3]姬永尚，陳曉，趙宇飛等.F9斷層遇水軟化對高邊坡穩(wěn)定性的影響分析[J].水利科技與經(jīng)濟，2015，21（12）：31-35.

[4]劉斯宏，肖貢元，楊建州等.宜興抽水蓄能電站上庫堆石料的新型現(xiàn)場直剪試驗[J].巖土工程學報，2004，26（6）：772-776.

（云南豪盾防護工程有限公司?650400）