摘要:本文全方面分析了水庫建設(shè)過程中同步進(jìn)行的地下水處理及其運用效果、樞紐區(qū)兩千米區(qū)域內(nèi)的護(hù)岸工程設(shè)計,以供同行參考。
關(guān)鍵詞:岸坡穩(wěn)定;措施;平原水庫;效果;地下水處理
1 概況
由于某平原水庫上游清河兩岸主要是由粉質(zhì)壤土、黃土狀壤土以及輕粉質(zhì)壤土構(gòu)成的,因此一旦水庫蓄水之后,其承載力與抗剪強度指標(biāo)會明顯降低,兩旁的陡坡土體也會塌陷。此水庫庫區(qū)護(hù)岸工程應(yīng)分2段進(jìn)行,一期工程中應(yīng)當(dāng)針對給樞紐主要建筑物安全運作造成影響的大壩上游兩千米區(qū)域內(nèi)的土坡實施護(hù)坡處理,讓岸坡永久地處于良好、穩(wěn)定的狀態(tài)。而針對部分像抽水站與溢洪道進(jìn)口處岸坡這些重要建筑物,應(yīng)當(dāng)以漿砌石拱格網(wǎng)干砌塊石進(jìn)行護(hù)岸。二期工程為:一旦水庫的蓄水位正常,庫區(qū)13.3km回水區(qū)域岸坡差不多穩(wěn)定之后,應(yīng)選用植物手段加以護(hù)坡。本文主要是針對樞紐區(qū)2km區(qū)域內(nèi)的護(hù)岸工程進(jìn)行重點闡釋與論證。
2 工程地質(zhì)條件
水庫樞紐工程所在的河流是從西往東接近東西走向,河谷型似“U”型,高差大概為30至32m,谷坡大概為40至60m,寬度值大概為170至200m,河床高程大約為394至396m。近河一級階地比河床高2至3m,左岸階面大約有10至30m寬,表層有坡崩積物覆蓋,右岸階面有40至60m寬。階地堆積物下部有卵石分布,上部有粉土分布,呈現(xiàn)出二元結(jié)構(gòu)。河谷斜坡的構(gòu)成部分主要包括第四系上更新統(tǒng)的粉質(zhì)粘土與粉質(zhì)壤土以及第四系全新統(tǒng)的黃土狀壤土,其兩岸坡30至60m區(qū)域內(nèi)裂隙與落水洞發(fā)育,其中,落水洞的一般深度為2.0至7.0m深,直徑為1.0至1.5m不等,兩壩肩斜坡存在很小的滑塌堆積。
依照形成原因、年代及工程地質(zhì)特性我們可將樞紐區(qū)地層劃分成十個工程地質(zhì)單元,分層分別是:①灰黃色粉質(zhì)壤土,②砂卵石,③褐黃色粉質(zhì)壤土夾雜雞窩狀含礫中粗砂,④黃土,⑤黑壚土,⑥淺黃色輕粉壤土,⑦淺黃色中粉壤土,⑧棕褐色粉質(zhì)粘土,⑨黃灰色粉質(zhì)粘土,⑩棕褐色粉質(zhì)粘土。從上往下岸坡地層是后六個層,壩基河床則是由砂卵石、棕褐色粉質(zhì)粘土、灰黃色粉色壤土以及褐黃色粉質(zhì)壤土夾雜雞窩狀含礫中粗砂構(gòu)成。
3. 穩(wěn)定分析及設(shè)計簡況
岸坡穩(wěn)定分析是合理確定坡比,確保工程安全,盡量減小工程量,節(jié)省投資必不可少的重要工作。
3.1 計算參數(shù)確定
岸坡穩(wěn)定計算分四種工況,即:(1)庫水位由420m驟降至400m時上游岸坡的穩(wěn)定;(2)庫水位由420m驟降至400m加地震時上游岸坡的穩(wěn)定;(3)庫水位420m、下游水位396m時下游坡的穩(wěn)定;(4)庫水位420m、下游水位396m加地震下游坡的穩(wěn)定。上游邊坡比420m 高程以上1:1,在420m高程設(shè)一戧臺,寬1.5m;420m高程以下1:2.5。下游邊坡比為1:1.5。
在左岸取上下游兩個典型斷面進(jìn)行穩(wěn)定分析,用土石壩設(shè)計軟件包所推薦的《土石壩極限平衡滑弧穩(wěn)定分析程序》進(jìn)行計算。兩岸岸坡地質(zhì)分層自上而下依次為④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨層土,各層土分布高程及物理力學(xué)指標(biāo)見表1。
3.2 計算結(jié)果及穩(wěn)定分析
經(jīng)計算,上游邊坡正常情況下安全系數(shù)為1.244,非常情況下為1.125,下游邊坡正常及非常情況下安全系數(shù)分別為1.401和1.291。而規(guī)范規(guī)定,采用畢肖普法允許大壩壩坡正常工況下穩(wěn)定安全系數(shù)為1.30,非常情況(地震)下穩(wěn)定系數(shù)為1.15。
3.3 護(hù)岸工程設(shè)計
根據(jù)穩(wěn)定分析結(jié)果并結(jié)合岸坡實際地形,上游 400~405高程開始至正常蓄水位420m設(shè)計坡比為1:2.5,420m高程以上坡比為1:1,右壩肩至抽水站約360m范圍,在削坡面上鋪設(shè)反濾土工織物,其上覆蓋河卵石保護(hù)層,外層采用50#漿砌石拱網(wǎng)格填塊石。漿砌石網(wǎng)規(guī)格為5×5m。420m高程設(shè)1.5m平臺后1:1漿砌石網(wǎng)格砌塊石護(hù)坡至岸頂。下游420m高程以上坡比為1:1.5,岸坡砌護(hù)結(jié)構(gòu)與上游相同。420m高程至岸頂坡比為1:1,漿砌石網(wǎng)格砌塊石護(hù)坡(詳見圖1)。
4. 隱患及地下水處理
樞紐區(qū)兩岸岸坡高度約30m,在雨水的作用下,形成了許多落水洞,直徑1~15m不等。兩岸地下水埋深16~25m,清河階地地下水位埋深1~3m,水位高程398~395m,泉水分布高程為398~407m,在大壩上下游兩岸有多處出露,流量多為3.0~5.0l/min,兩岸地下水無論是坡面出滲或泉水出露,均會形成飽和土壤,影響護(hù)岸工程施工。為給護(hù)岸工程創(chuàng)造施工條件,必須采取因地制宜的措施進(jìn)行處理。另外,壩下游右岸有一滑坡體,其在自然狀態(tài)下是穩(wěn)定的,但受溢洪道開挖、護(hù)岸工程等施工擾動,致使該滑坡體失穩(wěn)。認(rèn)真處理這些隱患,是保證壩區(qū)兩岸岸坡穩(wěn)定的重要問題之一。
4.1 落水洞處理
處理落水洞的原則是護(hù)岸工程范圍內(nèi)的落水洞全部處理。方法之一是大開挖,對洞徑較大且靠近岸坡的落水洞,開挖至洞底后重新回填。這種方法直觀明了,便于保證工程質(zhì)量,但工程量較大。對于離岸較遠(yuǎn),直徑較小的落水洞,我們采取灌泥漿法進(jìn)行處理。灌漿過程中,首先要確定落水洞底部出口并采取有效的措施將其封堵,防止漏漿。同時要注意以下兩方面的問題:⑴、控制泥漿灌入量。落水洞較深時應(yīng)分?jǐn)?shù)次將其逐漸灌滿,避免壓力過大泥漿沖出新的出口。初次灌漿時應(yīng)注意觀察洞底封口是否嚴(yán)密,一旦發(fā)現(xiàn)漏漿要采取措施堵漏并暫停灌漿。⑵、掌握好泥漿稀稠。泥漿過稠容易造成堵塞,形成局部空洞;泥漿過稀、水分過多,易導(dǎo)致管涌,對岸坡造成新的破壞,同時需增加灌漿次數(shù),費時費勞。
4.2 泉水處理
岸坡出露的泉眼,均采取疏導(dǎo)引排方法予以處理。首先是掏取坡積淤積物,擴大泉眼,做固定工程保護(hù),用排水管或盲溝、暗溝將泉水引出施工影響范圍之外(見圖2)。當(dāng)泉水量小時,一般采用排水管或盲溝引流。排水管有鋼管、塑料管等,可根據(jù)實際需要選用。做盲溝必須在塊石與土層間設(shè)卵石層過渡,并加設(shè)土工布。
以上處理方法,效果一般都很好。但右壩肩碼頭位置一個處理后的泉眼仍出現(xiàn)流土現(xiàn)象。經(jīng)查原因主要是土工布破損所致,隨即進(jìn)行了粘補,解決了上述問題。
4.3 下游護(hù)岸基礎(chǔ)排水措施
由水文地質(zhì)資料得知,清河兩岸地下水位在402~411m高程之間,而壩下游護(hù)坡基礎(chǔ)位于地下水位以下。護(hù)坡工程基礎(chǔ)開挖后,地下水很快從坡面滲出,若不盡快把水排走,基礎(chǔ)將被淹沒。針對這種情況,施工中一是在砌體后設(shè)置了土工布及卵石反濾(見圖3),卵石層厚20cm,土工布規(guī)格250g/m2。二是修建排水溝與基礎(chǔ)連通,確保滲流能及時、順暢排走。三是加強了施工管理,安排好工序銜接,突出一個“快”字,集中力量突擊完成地下水位以下的基礎(chǔ)部分。以上措施,很好的解決了地下水對護(hù)岸工程的施工影響,保證了工程的順利完成。
5. 效果分析
2012年12月,庫區(qū)護(hù)岸工程竣工,并于次年19月正式蓄水投入試運行。事實上,在水庫的398至415m高程實施了許多次調(diào)蓄過程,相關(guān)技術(shù)人員每隔一段時間均會去觀測,觀測發(fā)現(xiàn)大壩上游兩千米區(qū)域內(nèi)已進(jìn)行了削坡與漿砌石拱格網(wǎng)填塊石的護(hù)岸工程運行良好。這就表明在進(jìn)行大壩上游兩千米區(qū)域內(nèi)的護(hù)岸工程過程中的邊坡比的設(shè)定及安全系數(shù)值既合理又經(jīng)濟(jì),同時在處理地下水與安全隱患時所用的方法也是正確的,實現(xiàn)了減小工程量、確保工程安全、節(jié)省兩岸土地的目標(biāo)。