水库浅淹区防护及垫地工程设计要点

杨继超，高强强，晏帅豪

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西？西安？710065)

0 引 言

经过几十年的发展，我国水电开发取得了显著的进展，目前传统水电尚未开发的区域主要集中在高山峡谷区较多的西南及西藏地区。受制于地形及生态红线等原因，库区淹没线上可以利用缓坡地作为移民集中安置的地块较少，因此经常需要利用水库浅淹区作为集中移民安置点建设用地。

利用水库浅淹区既可以减少整个项目的工程征占地费用，也可以避免群众远迁，对于生活习惯及文化延续有积极的作用；同时安置区距离库区较近，可以提高移民群众居住环境及促进后期发展旅游产业。

目前，国内水电站库区修建了部分水库浅淹区的防护及垫地工程，大部分工程已经达到了设计目的，如蜀河水电站棕溪集镇、苗家坝水电站河口安置点以及积石峡水电站尕庄安置点等。这些工程在经过多年的运行后，未出现场地基础或浸没问题。然而，还有一些项目的安置点或耕地在后续的运行过程中出现了一些问题，例如，公伯峡水电站石乃亥防护区范围内的部分房屋和耕地受到浸没的影响，这给移民群众的生活带来了不便。

本文通过对NQJD水电站JQ集镇防护垫地工程的设计过程进行论证，分析和总结水库浅淹区防护及垫地工程设计过程中需要注意的问题，供同行参与后续类似项目中参考。

表1 管网免受影响的超高计算表

1 工程概况

JQ集镇移民安置点位于NQJD水电站库区支流热玛曲河右岸阶地平台上。集镇安置区位于JQ乡雪村，根据移民安置规划，共需安置移民170户1 352人；顺河向长度约1 200 m，阶地形态呈“茄”状，宽度150～500 m，占地面积约0.16 km2。区内地形相对平缓，高程3 880～3 891 m，天然坡度3°～8°，沿河有宽约2 m河堤路。NQJD 水电站库区正常蓄水位为3 892 m，因此淹没高度为1～12 m。

2 防护及垫地工程设计

2.1 方案比选

雪村居住区规划利用淹没区作为居住区场地，根据以往工程经验，一般采取以下两种防护方案：

方案一：外防内排方案。外部设置堤防(设置截渗墙)，场地基础设施工程按现状地坪规划设计，通过设置排涝泵站解决地表水排水及降低地下水位。

方案二：外防内垫方案。外部设置堤防(不考虑防渗)，内部场地采用垫地填高的方案。

根据JQ居住区地勘成果，场地覆盖层为强透水的砂卵砾石层，厚度约为15～27 m，若采取方案一，防渗墙需要围着场地闭合设置，长度约为2.1 km，防渗墙深度约为25 m，防渗效果受地质条件、施工质量影响较大。为解决内部雨水排水的需要设置排涝泵站，工程投资较大，而且排涝泵站需要常年运行，运行管理费用也较高，一旦运行环节出现问题将对移民房屋财产造成不可逆的损失；如公伯峡水电站石乃亥防护区范围就是采用方案一，前期运行多年也正常，2020年7月因项目管理不善，排水设备老旧，同时叠加汛期库区高水位运行等问题，出现了地下水抬高溢出地面，部分房屋出现泛碱、房屋木梁发霉甚至地基下沉等现象。

从投资、管理及安全性方面，方案一与方案二相比均不占优势，因此本次设计方案比选经过定性比较采用方案二，即外防内垫方案。

2.2 垫地高程的确定

垫地高程的确定需要综合考虑防浸要求、防洪要求及场地排水要求，垫地的高程需高于正常蓄水位叠加这三者中的最大值。

2.2.1 防浸要求

场地的浸没要求主要考虑建筑防浸及植物生长防浸要求，同时场平的坡度需要考虑地下水壅高坡度的影响。

(1)植物防浸要求

水库浸没对片区主体树种的危害表现主要是指水库蓄水后引起库周地下水位雍高(接近地面)而使土壤盐渍化、沼泽化等不良后果的现象，植物受涝害影响而造成根系缺氧、烂根等症状。

地下水位的雍高受控于水文地质条件，临界浸没深度由地下水位以上土层的毛细水上升高度和农作物根系深度组成。农作物及乔灌木根系深度是不可能改变的，因此处理水库浸没影响问题应从减少毛细水上升高度或垫高地面高程等方面进行考虑。

为保证当地树种在水库蓄水后能够有良好的生长环境，提升居住区居住环境，需要对浅水淹没区及浸没区进行垫高；同时应在填料方面进行分析研究，选择经济可行的填筑料源，从而减小毛细水上升高度。

垫地高程根据防浸标准确定，即由正常蓄水位、垫地料毛细上升高度、作物根系长度共同确定。

当地主要农作物为青稞，根须层厚度一般为0.2～0.3 m，最深达0.5 m。绿化树种主要是圆柏、杉树等，均为浅根乔木，根深1.0～1.5 m。确定考虑植物根系深度为1.5 m，安全超高取0.5 m，最终确定临界高度不小于2.0 m；因此考虑植物防浸要求，垫地高程应大于设计洪水位+2.0 m。

(2)建筑防浸要求

防护垫地工程主要采用JQ砂石料场料源。根据地勘报告成果，JQ料场料源主要为砂卵砾石，颗粒以卵石为主，其次为砾石和砂粒。根据相关工程经验，该土料毛细水上升量较少，取30 cm。

当地标准冻土深度约为1.5 m，因此建议基础埋深大于1.5 m。JQ砂石料为弱冻胀土，为保证房屋基础质量安全，房屋基础底面建议设置在毛细水高度之上，房屋基础混凝土采用抗渗混凝土。因此，若考虑建筑防浸要求，垫地高程应大于设计洪水位+1.8 m。

(3)地下水壅高

库区蓄水后，场地前沿地下水高程为正常蓄水位高程+毛细水上升高度。场地后缘高台地及山坡高程较高，因降雨融雪水渗入土壤后也将通过地下排入场地前沿，形成一个地下水水力坡度，造成地下水壅高的问题。

地下水壅高与场地后缘地形、地层岩性及地表水分布有关，实际确定过程中，需要根据临近钻孔推测。该类地层现状地下水位近水平，类比工程区同类地层水文地质剖面，用图解法确定地下水壅高。

地下水壅高的问题不影响场地垫地最小高度的确定，而是影响场平坡度。场平坡向河道的坡度不应小于地下水壅高的坡度线。

2.2.2 防洪要求

防止洪水对居住区内部房屋及财产造成影响，场地高程应满足堤防工程设计规范要求。根据《防洪标准》(GB 50201—2014)及《水电工程建设征地移民安置专业项目规划设计规范》(NB/T 10801—2021)，小型集镇居住区防洪标准为20年一遇洪水。

防洪高程为设计洪水位加安全超高，根据《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)，安全超高计算公式如下：

Y=R+e+A

式中：Y为堤防超高；R为波浪爬高；e为风雍水面高度；A为安全加高，根据规范，本工程堤防等级为4级，取0.6 m。

根据计算，安全超高Y为0.92 m，取1.0 m，因此若需满足防洪要求，场平高程不应低于20年一遇设计洪水位+1.0 m。

2.2.3 排水要求

根据《水电工程农村移民安置规划设计规范》(NB/T 10804—2021)，排水口宜超过正常蓄水位，主要是为了防止河水倒灌影响排水系统的正常运行。一般情况下，污水处理站处理后的中水不能直接排入河道或库区内，因此排水口主要指雨水排放口。

JQ集镇排水系统主要通过埋设雨水管结合道路系统进行排水。为使管网后期能良好地运行，给排水管网应设置于设计洪水位以上，冻土深度以下。给水管直径为0.15 m，排水管直径为0.40 m。冻土深度根据收集的相关资料为1.50 m，考虑管网免受地下水及冻土影响的超高计算如表1所示。

2.2.4 垫地高程的最终确定

综合考虑防侵、防洪及排水的要求，居民区垫地控制高程=20年一遇设计洪水位+ 2.35 m安全超高。

2.3 防护工程设计

规划建设区设置垫地工程后，场地靠近河道侧整体填高高度范围为3～12 m。为减少库区流水及波浪的淘刷，外侧需要设置防护工程。

JQ集镇位于支流上游回水处，根据现场调查，现状河道左岸已实施有堤防工程，堤顶宽度为3.0 m，迎水面为浆砌石护坡，护坡迎水面坡比为1∶1.2。

常见防护工程主要为垂直式、缓坡式及复合式。考虑最大场地垫地高度最大为 12 m，防护工程采用防洪墙投资较大，而且垂直式防护安全性、可维护性较差。新建居住区临河防护基本沿现状堤线，考虑工程投资、施工难度及后续运行安全等问题，防护工程采用缓坡式。根据稳定计算，边坡确定为1∶2，现状堤防及护坡工程作为护脚工程。

本次防洪标准选定为20年一遇，堤防安全超高要求为1.0 m，而场地高程安全超高为2.35 m。考虑施工方便及工程美观等因素，护坡工程顶部高程与场地工程一致。

2.4 填筑设计

(1)填料选择

高填土地基容易出现沉降问题。在高填地基上方，会给下面的原有地基增加额外的荷载，如果原有地基承载能力不足，就会导致沉降问题。此外，高填地基在不同位置的沉降速度可能不一致，导致地面不平整，这也是很多居民住宅墙体出现裂痕、缝隙的原因之一。因此，在高填地基的设计和施工过程中，需要考虑这些问题，并采取相应的技术措施，以确保地基的稳定性和安全性。

JQ乡集镇居住区的主要地层为表层的含碎石粘土质砂和含漂石砂卵砾石，覆盖层的厚度在1.20～28.80 m之间。工程区场地地基土类型为中硬土，其承载力和地基均匀性较好。

填料中含量较多的碎石或卵石能够起到骨架作用，碎石含量越多，压缩变形就越快。碎石填土的变形一般在施工期间大部分完成。因此，选择下游淹没区浅滩区河床作为居住区填筑料场，料源主要为砂卵砾石层。

(2)压实系数选择

场地主要规划内容为居住区、内部道路及景观绿地等。

根据《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)中关于地坪以下压实度(即压实系数)要求不小于0.94；砌体承重及框架结构在地基主要受力层范围内的压实系数不小于0.97，在地基主要受力层范围以下的压实系数不小于0.95。

另根据《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)和《城市道路路基设计规范》(CJJ 194—2013)及对于填方路基压实度不小于0.94，考虑安置区户型及路网交织在一起，施工过程中无法按不同部位分别提压实度要求等因素，本次填筑设计中统一采用压实系数0.97。

3 结语及建议

3.1 结语

一般而言，通过实施防护垫地工程来设置移民安置区，人均基础设施工程投资较一般的缓坡地偏大；但相较于陡坡处地块场地适宜性更好，人均环境更佳，节约了土地等。

为了节约土地资源并提高环境容量，黄河公伯峡水电站、积石峡水电站、炳灵水电站以及羊曲水电站等水电站的移民规划均采用了防护垫地工程。在实际项目实施过程中，经过合理高程的确定和施工工艺的适应，防护垫地的移民安置区在后续的运行中出现的问题相对较少。此外，垫高区的人均环境条件较好，而一些移民通过开办农家乐等方式成功提高了自己的收入水平。

3.2 建议

(1)场地高程的确定、料场的选择及施工工艺是防护垫地设计过程中最重要的两项工作，其中场地高程的确定过程中涉及较多的因素，本文仅从本项目的特点进行分析，其他项目则需要根据场地现状及周边情况详细的调研和分析来确定。

(2)场地高程中的设计洪水位应考虑库区回水的影响，尤其是水库末端。防护垫地占用河道较多的话，还应对水位流量关系曲线重新计算。

(3)料场的填料优先选择附近其他移民专项工程的开挖弃渣料、取土场砂砾石料等，如土料为黄土、壤土等，则有必要根据地勘成果资料制定相应的压实方案。场地现状地基存在承载力较差或者不均匀等性质，则需要对现状地基进行处理；如积石峡水电站尕庄居民点现状为湿陷性黄土地基，填高前采用强夯技术对现状地基的湿陷性问题进行处理，之后采用土料进行分层碾压，工程运行多年，场地安全性较好。