三峡库区云阳新县城库岸再造预测-上海龙亚排污水泵厂荐
（谢礼明 何永灵 胡坤生）
摘要: 在三峡库区、丹江口库区等大中型水利枢纽工程中，库岸再造是常见工程问题。水库蓄水后，地质环境的改变必将带来新的环境地质问题。库岸再造是对云阳新县城影响较大的环境地质问题。库岸再造预测是根据库岸工程地质条件，结合现今岸坡的稳定条件，对蓄水后库岸再造类型及再造程度进行预测，为库岸防护提供地质依据。根据三峡库区重庆市云阳新县城库岸防护工程成功实施的事例，对城市库岸再造预测思路进行粗浅分析和经验总结，并提出了防护措施及要点。
关 键 词: 库岸再造;预测;云阳县城;三峡库区
中图分类号: TV697.4+ 4 文献标识码: A
云阳县位于三峡工程库区腹地，县城属三峡库区全迁县城之一。县城新址位于离老县城约34km的长江上游北岸双江镇，其主要规划区为以磨盘寨为中心的长江北岸与小江南岸带状地带，规划面积约10km2 。三峡水库蓄水后，库水对云阳新县城长江与小江库岸稳态有何影响及影响程度如何、库岸再造对临江一带已建或规划中的建筑物与市政工程有何影响、如何解决规划用地与库岸再造的矛盾，这些问题都牵涉到城市库岸再造预测问题。
1 库岸工程地质条件分段方法
云阳新县城库岸具体指新县城滨江路以下临江地带，包括长江库岸与长江一级支流—小江库岸，175m高程处库岸线全长约14km，其中小江段长约5km，长江段长约9km。
1.1 岸坡结构
组成岸坡结构的基本要素是岩土结构与坡形。因此，根据岸坡岩土结构与坡形，对岸坡分类如下。
1.1.1 按岸坡岩土结构分类
岸坡岩土结构包括岸坡岩性特征与岩层产状等方面，由于云阳新县城地层平缓，地层产状对岸坡类型的划分影响不大。岸坡岩土结构主要考虑其岩性特征。按岩性特征可将岸坡分为基岩岸坡（R型）与第四系覆盖层岸坡（Q型）两大类。云阳新县城库岸基岩岸坡总长6.05km，约占库岸总长度的43%。
云阳新县城出露的地层为侏罗系中统上沙溪庙组上段，岩性以长石砂岩、粘土岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质粘土岩为主;第四系覆盖层分布广泛，成因有人工填土层，冲洪积层，残坡积层，崩坡积层，滑坡堆积层等。
1.1.2 按岸坡地形条件分类
根据岸坡地形条件特征，按岸坡坡度与175m高程库岸线上下岸坡形态，将岸坡划分为4种形态:上缓下陡型（Ⅰ）、上陡下缓型（Ⅱ）、均匀缓坡型（Ⅲ）、陡坡型（Ⅳ）。其中坡度的陡缓以坡比1∶1.75为界。云阳新县城库岸各种形态岸坡统计长度见表1。
1.2 库岸分段原则
根据库岸岸坡结构及规划市政功能对库岸工程地质条件进行分段，具体分段原则如下:
（1）依据岸坡岩土结构进行分段（如R型库段、Q型库段）。
（2）根据市政规划、已建建筑物情况进行分段，如港口、码头区、规划利用冲沟区以及已建道路、规划道路区进行分段。
（3）在同一大段内根据岸坡形态和岩性不同划分亚段:①依据库段岸坡形态特征划分亚段;②将长石砂岩库岸与粘土岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质粘土岩组合库岸段用亚段区分开;③在覆盖层库岸段按成因的不同划分亚段。
（4）人工弃土场与变形中的崩坡积区为特殊工程地质条件区，单独划分段或亚段。
2 库岸再造类型与预测
2.1 库岸再造类型
根据岸坡工程地质条件与变形机制，云阳新县城的库岸再造有如下几种类型:
（1）剥蚀型。发生于由粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩与粘土岩组成的基岩较缓库岸段（R型岸坡）。由于库水的涨落，岩层处于干湿交替状态，这一类岩性组合在干湿交替状态下风化较强烈，库水对风化后的岩层剥蚀作用较强烈。虽然这一现象对库岸影响较小，但由于库水长期作用，因此这一过程是长期的。
（2）崩塌型。主要发生于由长石砂岩组成的基岩库岸段（R型岸坡）。一方面，受库水的影响，砂岩底部粘土岩被冲刷、剥蚀，由于砂岩与粘土岩物理力学性质的差异，至一定阶段使上部砂岩失去平衡，从而产生崩塌破坏;另一方面，受库水的影响使本就卸荷裂隙发育的长石砂岩承受侧向水压力，从而使岸坡失稳，产生崩塌破坏。
此外，一部分粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩与粘土岩组合库岸段（R型岸坡），在岸坡坡度较陡时，也会产生这一类破坏型式。崩塌一旦达到斜坡的稳态坡度，这一现象也就相对停止了。
（3）滑移型。发生于第四系覆盖层库岸段（Q型岸坡）。由于库水的影响，使第四系库岸局部或整体产生滑移型变形。这一变形型式主要发生在斜坡变形区与人工填土区，在其它成因的第四系堆积区中坡度较大的库岸段也为这一变形型式。这一类型虽然至一定阶段就停止了，但由于影响较大，特别是对规划区影响明显，因而对库岸影响也最明显。
（4）流土型。主要发生于第四系残坡积与崩坡积堆积库岸段（Q型岸坡），且地形较平缓地带。这一类库岸整体基本稳定，但由于工程区部分地段土层在饱水时随水的渗流易产生流土性破坏，对库岸的稳定有所影响，其影响范围多较小，仅在库水影响范围内及库水引起的地下水变动近地表带。
2.2 库岸再造预测
2.2.1 预测方法
根据库岸结构类型，采取不同的预测方法:
（1）对土质岸坡主要采取图解法进行预测，即采用类比图解法，用现今各类岩土层在江水影响下的稳定坡形来类比预测库水状态下的坡形;对滑坡堆积段与正在变形的库岸，以滑坡体的稳定程度及斜坡土层最终稳定坡度来确定库岸再造最大宽度。
（2）对岩质岸坡采取图解法与地质调查相结合的方式进行预测，特别是崩塌型库岸再造段，调查岸坡卸荷裂隙发育特征与卸荷带宽度，并据此预测库岸再造宽度与图解法进行对比，以大者为该段库岸再造最大宽度。
对于滑体区，首先计算其稳定性，若为稳定，则按土质斜坡以上述两种方法进行预测;若为失稳型，则以失稳后库岸再造进行预测。对弃土层按坡体稳定计算与上述两种方法预测结果进行对比，取其大者为其库岸再造带。
此外，对库水变动带内第四系土质岸坡，除采取稳定坡度法外，还应对其滑移稳定进行验算，并取大者作为其库岸再造宽度。
2.2.2 各岩土层稳定坡角取值
据前述库岸再造预测方法，要确定库岸最终再造宽度与高程，首先应取得各岩土层在不同库水位条件下的稳定坡角。稳定坡角的取值应切合实际、具代表性。
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取值原则如下:
（1）由于现天然河道的平均枯水位、江水涨幅带、平均洪水位分别与水库运行期死水位、调节水位（即水位变动带）、最高设计水位存在可类比性，可以采用地质调查与图解法相结合，以取得现天然河道的平均枯水位以下、江水涨幅带以及平均洪水位以上三带内岩土层的自然坡角作为该岩土层在不同库水位条件下的稳定坡角。
在地质图上选取多个统计点，利用图解法量出相应的稳定坡角，按下列公式计算出各类岩土层的稳定坡角统计值。
α= ∑αi ×Li/∑Li
式中α为一个统计范围内该岩土层的稳定坡角;αi 为单个统计点该岩土层的坡角;Li 为单个统计点顺坡向的平面距离。
（2）由于枯水位以下岩土层稳定坡角无法量取，可将江水涨幅带稳定坡角按0.8系数折减而得，见表2。
（3）根据各岩土层自然岸坡坡度统计值与前述类比原则，得出各岩土层在库水位状态下稳定坡角建议值，见表3。
根据地质调查并结合图解法，长石砂岩稳定坡度取值为60°，水位变动带与水下分别相应按0.8折减，取48°与40°。
2.2.3 库岸再造程度分级原则
根据库岸再造对城市建设最低基准线182m高程的影响程度，可分为以下3级:
A级（再造强烈）:库岸再造最终影响高程高于182m，且宽度大于20m;
B级（再造较强烈）:库岸再造最终影响高程高于182m，但宽度小于20m;
C级（再造轻微）:库岸再造最终影响高程低于182m。
此外，库岸再造无影响库段或影响程度在175m高程以下段，为稳定段（即GES段）。
2.3 各库岸段再造类型及再造预测基本思路
在库岸工程地质条件分段基础上，按前述库岸再造预测方法，以每段库岸的典型代表性地质剖面为依据，划分再造类型，对高程145～175m、175m以上库岸分别进行再造预测（包括预测再造宽度、最大再造深度和最大再造高程等），并按前述再造程度分级原则对库岸再造强弱程度进行分级。
3 库岸防护措施及要点
根据库岸工程地质条件分段及各库岸段再造预测结果，对不同类型库岸再造段，根据该段在城市规划中的作用，结合库岸带建设情况，选择合适的防护措施，以达到库岸稳定的目的，防止库岸再造，进行综合治理。
库岸防护措施一般采用工程措施与生态治理措施或采取二者相结合的措施进行防治。
对流土型库岸再造，由于库岸整体稳定性较好，一般采用生态工程措施进行处理，如采取绿化措施，以防治库岸段流土的发生;对剥蚀型再造，根据所处部位，采取生态措施与工程措施结合进行治理;对滑移型与崩塌型，采取工程措施为主，根据规划情况选择合适的工程措施。
3.1 工程措施
根据库岸再造类型，为保证库岸稳定及上部建筑物安全与规划用地的实现，所采取的工程措施如下:
（1）削坡减载压脚，改变斜坡形态。对因地形坡度大于斜坡稳定坡度而产生的土质岸坡滑移型库岸再造地带，在再造高程不高且与用地关系不矛盾的情况下，采取削坡减载并对坡面进行修整，通过改变斜坡形态的方式，以保证库岸的稳定。同时，对崩塌性库岸再造带，在岸坡带有可用地的情况下，也可采取这一方式进行处理。
（2）支挡措施。这一措施主要适合于土质岸坡滑移型再造段，在下伏基岩埋深较浅、库岸再造高程影响较大的情况下，为保证上部建筑物的安全，宜采用此方案。已经变形的库岸，对变形部位要清除。
（3）锚固措施。对砂岩崩塌型库岸再造段，如若库岸再造带建筑物较多或为规划用地区，为保证建筑物的安全，一般采用锚固措施进行治理，以达到防护的目的。
（4）喷护措施。对以剥蚀为主库岸再造带，在岸坡整体基本稳定的情况下，为防止剥蚀进一步发展而影响斜坡的稳定，以采取喷护方式为宜。在崩塌型库岸再造段，可与第（3）种防护措施结合进行，对下部粘土岩段，采取喷护的方式进行治理，以防止风化进一步发展，危及上部砂岩稳定;对上部砂岩则进行锚固处理。
（5）护坡加排水措施。对流土型库岸再造段及表层滑移型库岸再造段，采用坡面护坡与坡面排水相结合的方式进行防治，以保证库岸的稳定。同时，对人工填土库段，在充分压实并保证斜坡坡度不大于稳定坡角的前提下，一般采用这一方式进行防治。此外，还可与削坡处理结合起来应用。
3.2 工程措施要点
对库岸再造段选择治理方案时，要针对不同工程措施的特点进行规划与设计。为保证防护工程的安全性与长期性，在进行规划与设计时，应满足如下要点:
（1）斜坡削坡坡度不大于该段土层最终稳态坡度。
（2）支挡结构除根据库岸再造深度选择适当的支挡方式外，支挡结构持力层要选在库岸再造深度以下，一般以中风化基岩作持力层。
（3）选择锚固方案时，锚固参数除满足进入库岸再造带一定深度的要求外，还需根据斜坡岩体结构及上部建筑物的特征（如建筑物距坡眉距离、建筑物规模及建筑物安全等级等），选择合适的锚固参数;此外对斜坡下部岩体要采取保护措施，以防止因剥蚀而使斜坡结构改变。
（4）选择护坡与排水措施时，护坡最低高程除应位于稳定斜坡段以下（即库岸再造影响高程以下）外，一般也应在145m高程以下。应根据不同土层渗透性选择适宜的排水措施，同时在进行排水设计时，还应充分考虑云阳新县城局部细粒成分粘性土具弱膨胀性的特性。
4 结语
对于城市库岸再造问题，其预测思路应是首先查明库岸水文地质与工程地质条件，进行库岸工程地质条件分段，选取每段的典型代表性地质剖面，预测库岸再造类型及再造程度，提出治理方案，进行治理设计，然后结合城市规划有针对性地进行防护与治理，确保库岸稳定及沿岸地带建筑物的安全。
参考文献:
［1］ 谢礼明.长江三峡工程库区云阳新县城库岸防护工程地质勘察报告（初步设计阶段）.武汉:长江水利委员会.2001，8.
［2］ 常士骠，张苏民.工程地质手册（第四版）.北京:中国建筑工业出版社，2007.
［3］ 顾宝和，高大钊.岩土工程勘察规范（GB50021-2001）.北京:中国建筑工业出版社，2002.
作者简介: 谢礼明，男，长江水利委员会长江岩土工程总公司，工程师。
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