人工堆填库岸勘查设计要点分析

陈 勇，黄 琼

(1.湖北地矿建设工程承包集团有限公司，湖北武汉 430072;2.湖北省地质调查院，湖北武汉 430034)

1 工程概况

兴山县下坪库岸是三峡后期规划项目，处高岚河建阳坪段左岸坡，上游方向与建阳坪乡相邻，下游方向以高岚河大拐弯基岩出露处为界，根据三峡后续地质灾害防治规划调查，库岸线总长约1 500 m，行政隶属建阳坪村二组，312省道贯穿整个库岸，交通条件较为便利。

下坪库岸平面形态上呈弧形凹岸，高岚河流经建阳坪后，遇正前方右岸的突出的基岩山嘴，河床向左转弯，形成左岸堆积的河漫滩地貌，堆积物质为砂砾、卵石等。经勘查测图，河漫滩沿312省道往外宽约50～205 m，面积约12.5万 m2，地形平缓宽阔，且紧邻312省道，由于下坪库岸所处的河漫滩地形平缓宽阔，交通便利，土地可利用条件好，该处已列为兴山县后续规划移民造富项目——兴山县经济开发区建阳坪片，现阶段正进行堆填造地。库岸全貌见照片1。

照片1 下坪库岸全貌Photo 1 Panorama of reservoir bank

2 勘查设计要点分析

2.1 项目的必要性和紧迫性

由于是国家投资项目，要保证立项，项目本身需具有很强的必要性和紧迫性，一般来说，项目能立项要有两个条件:一是勘查对象确实为地质灾害体，近阶段确实有变形;二是要有治理的必要，即灾害体上方或前缘要有居民等保护对象。这两个条件需同时满足。勘查设计报告在对项目实施治理的必要性和紧迫性方面进行了重点阐述:

(1)强调项目背景。强调现在实施堆填抬地的是兴山县后续规划移民造富项目，将建作兴山县经济开发区建阳坪片，将来的堆填地将有成规模的商住及厂家入驻，促进地方经济发展，保护对象十分明确，对其临水边坡进行治理意义重大。

(2)强调临水岸坡需防护。下坪库岸前缘河漫滩高程约158～160 m，堆填面高程为177 m，岸坡高度17～19 m，坡高较大，且堆积物质为松散的卵砾石和泥页岩碎块，坡面不加防护，塌岸是必然的。预测了塌岸成灾性。

(3)强调治理思路上的截弯取直。对下坪库岸进行治理，有两种思路，一是按现状进行治理，二是结合后期规划移民造富项目进行治理。若按现状治理，治理对象为现状前沿的不规则曲线岸坡，岸线长1 500 m，治理长度大，治理后作为后期规划移民造富项目的兴山县经济开发区建阳坪片用地面积小，为8.15万m2。若结合后期规划移民造富项目进行治理，沿线前缘往前移并进行截弯取值，治理长度1 150 m，治理岸线长度减少，治理后兴山县经济开发区建阳坪片用地面积增大至12.36万m2(其堆填土石方工程不在本项目列支)，具有较好的经济效益和社会效益。

从以上三点基本论证了该库岸会产生塌岸，且塌岸将来的危害对象众多，有治理的必要;治理方法上与后期规划移民造富项目相结合，进行截弯取直，既缩短了岸线长度，节省了投资，又使造地面积增大，投资的经济效益和社会效益相得益彰。此观点在评审时得到国家级专家组认可。

2.2 堆填库岸边坡坡率设计

影响边坡稳定的三要素是坡体的岩土体物质成份、坡高及坡率。下坪库岸为松散堆积物岸坡，坡体岩土性质已定，坡高取决于坡顶高程和坡脚高程。坡顶高由堆填面决定，为177 m;坡脚高程为河漫滩前缘高程，为158～160 m，因此坡高为17～19 m。坡高也已确定，如何设定边坡坡率显得尤为重要。勘查设计阶段我们主要从以下二个方面考量确定边坡坡率:

(1)注重对现状堆填体边坡的自然休止角的调查。由于勘查期间，堆填在进行，同时已有部分段在两年前堆填完成，经历过库水位往复波动，对自然休止角的调查可以为坡率确定提供参考。经大量数据统计，自然休止角在35°左右。

(2)注重对同类已治理岸坡的坡率调查。三峡库区经多期地灾治理，有很多类似的已治理岸坡，比较典型的如高阳库岸、建阳坪库岸，堆填规模及堆填物质相近，采用的坡度为30°，且已经受多年的库水位往复作用的考虑，勘查阶段我们对已治理岸坡的稳定现状进行了调查，发现岸坡基本保持完好。

因此，在确定边坡坡率时认为水位往复作用下的稳定坡度比自然休止角降低4°～5°较合适。这个数据基本与同类堆填岸坡成功治理经验相接近，这让我们设计更有底，因此，设计采用了1∶1.75 坡率(30°)。

当然，前面的思路是初拟坡率，作为设计，有必要建立模型进行检算验证，设计时以库岸最大坡高19 m的典型剖面为例，对护坡的稳定性进行复核[1]。

①计算工况及荷载组合。

工况1:水位175 m(吴淞高程)形成恒定渗流时回填土坡的稳定;

工况2:水位175 m(吴淞高程)骤降到坡脚，形成不稳定渗流时临水侧土坡的稳定，水位从175 m经8 d骤降至159 m(按1.2 m/d的速度消落)。

上述两种工况的荷载组合为:自重+汽车荷载+库水荷载，其中汽车荷载按二级公路车辆荷载设计标准，即按均布荷载q=14.67 kN/m分布在宽为12 m的坡顶公路上。

②计算成果(见表1)。

表1 库岸抗滑稳定分析计算成果表Table 1 Calculation results of stability analysis of anti-sliding reservoir bank

上述计算结果表明，在各种计算工况下，计算所得的最小安全系数均大于现行规范的容许值。因此，岸坡的抗滑稳定满足规范要求。

2.3 脚墙防冲刷设计

库岸岸坡能否保持长期稳定除了边坡率外，还有一个重要因素是坡脚防冲刷，因此需在坡脚设防冲脚墙。防冲脚墙的基础埋深与洪水冲刷有关，需进行冲刷计算。

冲刷计算所依据的洪水流量根据洪水计算结果得到，下坪库岸治理工程回填土坡防冲脚墙的冲刷深度按10年一遇洪水计算，按20年一遇洪水校核。治理工程高岚河段设计洪水对应的设计流量为1 601 m3/s，校核洪水对应的流量为1 984 m3/s;经对库岸特性分段并进行冲刷计算，最大冲刷深度为 0.5 ～2.0 m[2－3]。

堆填库岸坡脚墙坐落的地基在河水流速超过允许不冲流速的条件下容易被冲刷而导致脚墙的破坏，进而引起护坡的破坏。为了避免这类破坏，须将脚墙的底面高程设置在最大冲刷深度以下一定的深度，以维持脚墙和护坡的整体稳定。根据《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)关于沿河路基防护工程基底埋设在冲刷深度以下≥1 m或嵌入基岩内的规定，确定护坡脚墙的高度为2.0～3.5 m。

至此形成治理工程平面布置图见图1，典型治理剖面见图2。

图1 下坪库岸治理工程平面图Fig.1 Planar graph of control project of reservoir bank

图2 下坪库岸护坡典型剖面图Fig.2 Typical profile of slope protection of reservoir bank

3 结语

本项目治理工程初步设计在重阳已顺利通过国家专家组评审，也即意味着走完了立项和资金申请程序。现已完成施工图设计及评审，成果质量得到肯定，项目实施在即。

三峡库区地质灾害项目为国家投资项目，程序较规范，相对也较复杂。在进行此类项目勘查设计时，首先要注重把握灾害体的成灾可能性、危害的严重性及治理的必理性。对于人工堆填边坡，坡率控制是重点，而护面结构包括浆砌石、干砌石、混凝土预制块等，均属构造措施，坡率直接与稳定性相关。对于涉水库岸，除控制边坡坡率外，尚需对库岸坡脚设脚墙防冲，防冲刷的关键是冲刷深度的计算和确定，防冲脚墙基底需超过最大冲刷深度并有一定安全储备。

[1] 三峡库区地质灾害防治工作指挥部.三峡库区地质灾害防治工程设计技术要求[R].宜昌:三峡库区地质灾害防治工作指挥部，2004.

[2] 李炜.水力计算手册[M].2版.北京:中国水利水电出版社，2006.

[3] 北京市政设计院.城市道路设计手册:上、下册[M].北京:中国建筑工业出版社，1985.