亭子口水利枢纽鱼类增殖站蓄水池及南侧边坡处理合理性探讨

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

亭子口水利枢纽鱼类增殖站蓄水池及南侧边坡处理合理性探讨

龚万阳

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

鱼类增殖站现场施工遭遇了蓄水池南侧边坡不稳定，影响蓄水池发挥其正常的蓄水功能，根据现场地质勘察报告描述的情况，对鱼类增殖站蓄水池及其南侧边坡提出合适的治理方案，并对两个方案进行技术对比分析，主要从边坡工程和蓄水池工程两个方面来探讨方案技术上的可行性。以蓄水池的功能要求和边坡的稳定性要求作为衡量标准，同时还对两个方案进行经济合理性分析，主要从边坡工程和蓄水池工程的工程量和总价两个方面来探讨方案经济上的合理性，以费用最低作为衡量标准。并最终确定一个技术上可行，经济上合理，并且能够满足鱼类增殖站功能需求，同时安全可靠的实施方案。

鱼类增殖站 蓄水池 边坡处理 技术可行性 经济合理性 亭子口水利枢纽

1 工程概况

嘉陵江亭子口水利枢纽鱼类增殖站位于亭子口水利枢纽大坝右岸下游约1.3km处，为亭子口工程水资源保护的永久建筑物，该工程规划用地面积约2.67hm2，由亲鱼池、鱼苗池、催产孵化育苗车间、鱼苗培育车间以及管理用房等组成。

高位蓄水池位于场地西南侧，场地高程约408.9m，表层土体主要由粉质黏土夹碎石、素填土组成，蓄水池平面尺寸为34.0m×16.0m，水池高5.0m，水池水深4.5m，位钢筋混凝土结构。

高位蓄水池前缘边坡为小坝沟边坡，该边坡为回填土边坡，边坡安全等级为一级，边坡坡脚高程374m～376m，坡顶高程402m～407m，坡高约28m～31m，边坡堆填形成380m、390m、400m三级马道，马道宽约5m。边坡高程380m以下采用格宾式挡墙支护；380m～390m之间采用1∶1.8坡率放坡并采用干砌石护坡；390m以上坡率1∶1.55，为自然堆填而成

该边坡回填至今未见变形迹象，在天然状态下，该边坡处于基本稳定状态。场地拟建蓄水池位于该边坡坡顶，蓄水池建成蓄水后，其荷载作用在边坡后缘，可能沿该边坡覆盖层与基岩接触面产生蠕滑变形或以小坝沟沟底为剪出口覆盖层产生圆弧型滑动，致使蓄水池基础产生拉裂变形。因此修建蓄水池可能使该边坡处于欠稳定状态，需对该边坡进行加固处理。

2 工程地质条件

本设计参考的地质资料为《嘉陵江亭子口水利枢纽鱼类增殖流放站补充勘察地质说明书(施工图阶段)》、《嘉陵江亭子口水利枢纽鱼类增殖流放站工程地质勘察报告(一次性勘察)》。

2.1 地形地貌

拟建鱼类增殖站场地位于亭子口水利枢纽大坝右岸下游约1.3km处(苍溪县亭子乡车家坝)坝区内2#公路西侧，为右岸前期工程时修建的水厂。水厂地面高程407m，水厂北侧及西侧为修建水厂开挖的人工边坡，坡比约1∶2，坡高5m～12m，坡顶高程414m～418.5m。场地前缘为坝区开挖弃渣堆填形成边坡，部分采用干砌片石护坡，少量采用自然堆填，形成380m、390m、400m三级马道，马道宽约5m。4#公路(坝区至小坝沟渣场)从场区北侧通过，2#公路(上坝公路)从场区东侧通过。

该场地南侧有一条东西走向的冲沟发育(小坝沟)，流向嘉陵江，流量100L/min～600L/min，为一常年性流水冲沟。至亭子口坝区公路已经建好，公路直接通入场区，交通方便。

2.2 地层岩性

2.2.1 覆盖层

2.2.2 白垩系下统苍溪组(K1c)

由砂岩、粉砂岩、粘土岩软硬相间不等厚组成，根据岩性及其组合特征，由老至新依次为：

(1)K1c3-2层：紫灰色细粒岩屑砂岩夹少量极薄层砂质粘土岩，岩性稳定，厚度变化不大；

(2)K1c3-3层：褐红色粉砂岩，上部夹紫红色砂质粘土岩，下部青灰色细粒岩屑砂岩夹褐红色粉砂岩，岩性变化较大；

(3)K1c4-1层：上部紫红色砂质粘土岩与褐红色粉砂岩互层，下部褐灰色细粒岩屑砂岩夹褐红色粉砂岩；

(4)K1c4-2层：灰白色厚层细粒长石石英砂岩，岩性稳定。该层岩石结构松散，性状较差。

2.3 水文地质条件

场地原属浅丘槽谷地貌，随大坝主体工程的结束及配套设施的完善，场地地表水随地表排水沟汇集集中排泄于嘉陵江或小坝沟。场地内亦未见有地下水溢出，场地地下水贫乏。

2.4 地质特征及主要地质问题

根据地质调查，场地及附近地形坡度平缓，无崩塌、泥石流、滑坡、危岩等其它不良地质现象存在；场区南侧因人工堆积形成的高约20m的土质边坡(小坝沟边坡)，底部5m用格宾挡墙支护，其上有6m高的干砌片石护坡，经历多年的自然沉降现已处于基本稳定状态。

2.5 岩土物理力学参数

表1 岩土物理力学参数建议值

3 处理方案合理性分析

3.1 边坡稳定性复核

3.1.1 边坡安全等级和计算参数

高位水池前缘边坡安全等级为三级，边坡设计使用年限为50年。边坡稳定性复核时计算参数如下:

(1)素填土：天然重度21.0kN/m3，内摩擦角φ取12°，粘聚力取15kPa；

(2)粉质粘土：天然重度20.6kN/m3，内摩擦角φ取12°，粘聚力取15kPa。

3.1.2 边坡计算简图和计算结果

高位水池前缘边坡计算简图如图1所示，计算采用理正岩土计算软件。

图1 边坡计算简图

由理正软件计算结果可知，边坡稳定安全系数为0.816，小于1.0，边坡处于不稳定状态，需要采取治理措施。

3.2 边坡处理方案比选

根据计算复核，为满足高位蓄水池前缘边坡稳定要求，现针对高位水池布局进行调整，拟采用以下两种处理方式对比分析：蓄水池缩小加高方案和蓄水池减半异地复建方案。

3.2.1 水池缩小加高方案

该方案将水池平面尺寸由34m×16m缩减为26m×16m，同时将原蓄水池高度由5m增高至6m。由于现场已将蓄水池向北侧平移5m，本方案实施后，蓄水池边缘距离边坡水平距离最近为15.5m。

边坡处理方案∶在第一级马道(高程380.0m)处以1∶2.20的坡比削坡，坡高大于8m时需要设置马道，马道宽度4.0m。经方案布置，边坡在高程388.0m、396.0m和401.0m处分别设置马道，马道宽度依次为4m、4m和4.5m，边坡坡面采用浆砌石护坡，护坡面由下至上依次为：15cm厚粗砂垫层、15cm厚碎石垫层和30cm厚浆砌石护坡。在边坡底部距离约11.2m处设置C15素混凝土挡土墙，挡土墙墙高约7.0m，挡墙底部坐落于基岩。

在401.0m高程处设置C15素混凝土挡土墙，挡土墙顶部高程为自然地面高程(约406.9m)，墙顶距离蓄水池边缘距离不小于5.0m，挡土墙高度约7.0m，挡土墙长度约21m。本方案涉及边坡治理后典型断面如图2所示。

图2 方案一边坡治理后典型断面

蓄水池加高1m需要采取以下加固措施：水池加高1m，加高的侧壁配筋同原池壁，先将池壁顶部混凝土保护层凿除后清洗干净，加高部分的钢筋与原钢筋焊接，焊接长度应满足规范要求。

蓄水池池壁加固措施∶水池内侧钢筋需要加固，先将水池内侧混凝土保护层凿除后清洗干净，在池壁内侧采用化学植筋的方式植入钢筋，钢筋型号20@200，钢筋植入长度不小于300mm，植筋范围沿水池外侧池壁布置，植筋需要进行相关检测后方可进入下一步工序；在植入的钢筋上方焊接钢筋20@200，并且与原池壁内侧钢筋焊接，完成后在凿毛区域浇筑10cm厚细石混凝土，细石混凝土标号需提高一级。本方案涉及主要工程量如下表2所示。

表2 方案一主要工程量

3.2.2 蓄水池减半异地复建方案

该方案将水池减半，即平面尺寸由34m×16m缩减为17m×16m，水池高度不变；在4号路与鱼苗培育车间之间增设一座蓄水池，新增蓄水池为总蓄水量的一半，蓄水池尺寸为17m×16m，水池高度5.0m，同时新增配套管线。

处理后蓄水池池边距离边坡水平距离最近约22m，此时，边坡处理方案如下∶在第一级马道(高程380.0m)处以1∶2.20的坡比削坡，与自然地面衔接，坡高大于8m时设置马道，马道宽度4.0m。经方案布置，边坡在高程388.0m、396.0m和404m处分别设置马道，马道宽度均为4m，边坡坡面采用浆砌石护坡，护坡面由下至上依次为：15cm厚粗砂垫层、15cm厚碎石垫层和30cm厚浆砌石护坡；边坡底部采用1.5m×1.0m浆砌石护脚。

本方案涉及边坡治理后典型断面如图3所示。

图3 方案二边坡治理后典型断面

新增蓄水池(平面尺寸17m×16m)工程量与同尺寸原水池工程量相同，新增蓄水池池壁厚度配筋等相关信息同原水池。本方案涉及主要工程量如下表3所示。

表3 方案二主要工程量

3.2.3 技术方案合理性比较

方案一中的边坡工程内容较多，涉及到了土坡放坡和混凝土挡墙浇筑，施工内容多，工艺较多，技术性较强，安全风险也相对较高，方案一中的蓄水池工程是在原蓄水池的基础上进行加高，对原蓄水池基础的要求较高，蓄水池加高的工艺要求也更为严格。

方案二中的边坡工程内容要相对少很多，仅仅涉及到了土坡放坡和浆砌石护面，施工内容简单，只是土方工程量相对较大，方案二中的蓄水池工程的施工工艺和技术标准与原蓄水池相同，施工上对原蓄水池没有什么太大的要求。

总体而言，方案一要比方案二技术上更复杂，对施工和原蓄水池基础要求更高，但是占地相比原设计会减小。方案二施工技术简单，对原蓄水池没有任何要求，但是由于要新建一个蓄水池，所以在总蓄水量不变的情况下，工程量增加的较多，相比原设计其占地面积需要增加，而且还要新选择一块合适的地址。从技术而言，方案一和方案二都合理，但很难评价哪个方案更合适。

4 经济合理性分析

4.1 投资方案比较

根据以上两个技术方案和其相对应的工程量清单与单价计算可得对应的方案一投资和方案二投资，分别对方案一和方案二进行经济比较，优选出经济上效果更好的方案作为拟实施的方案，予以优先考虑。

4.1.1 边坡工程经济比较

方案一边坡工程涉及主要工程量及投资如下表4所示。

表4 边坡工程(方案一)

方案二边坡工程涉及主要工程量及投资如下表5所示。

表5 边坡工程(方案二)

经分析可知：方案一与方案二下的边坡工程技术方案不同，但是总投资额相同，可见不论是采用方案一还是采用方案二所需要投资是一样的，在经济方面没有明显的优劣之分，采用任何一个方案都可以。

4.1.2 蓄水池工程经济比较

方案一蓄水池工程涉及主要工程量及投资如下表6所示

表6 蓄水池工程(方案一)

方案二蓄水池工程涉及主要工程量及投资如下表7所示。

表7 蓄水池工程(方案二)

经分析可知：方案一与方案二下的蓄水池工程技术方案不同，而且经济上相差也很大，方案一下的蓄水池工程投资总额为339513.632元，方案二下的蓄水池工程投资总额为638303.62元，方案二相比方案一投资额要多出近一倍，而且主要投资集中在钢筋混凝土工程上。

4.1.3 综合经济比较

方案一的总投资比方案二的总投资要小很多，主要是由于方案一在原蓄水池的基础上进行加高，而不是像方案二那样重新再新建一个同等体积的蓄水池，尤其是在拆除工程和混凝土工程方面要少很多投资，从经济方面而言，方案一比方案二要合适很多。应当优先考虑使用方案一作为实施方案。

5 总结

由计算结果可知，边坡处于不稳定状态，而且需要采取治理措施。方案一和方案二蓄水总量的要求相同，对边坡的要求不同，但是都可以达到很好的治理效果，同时满足蓄水总量不变的要求，方案一在边坡治理上技术难度更大，要求更高，在蓄水池加高时工艺要求更为严格；方案二在边坡治理上工程量更多，耗时相对更长，新建蓄水池需要增加占地，工程量相对要多很多，而且耗时也要增加，总体而言各有优劣。

经经济分析和比较可知，方案一和方案二的边坡工程技术方案虽然不同，但是总投资额却相同，在经济方面没有优劣之分。方案一与方案二的蓄水池工程技术方案也不同，却直接导致了经济上的巨大差异，方案一的蓄水池工程投资总额为339513.632元，方案二的蓄水池工程投资总额为638303.62元，相比之下方案二比方案一多出近一倍多，从经济方面而言，方案一比方案二要更加合适。应当优先考虑使用方案一作为实施方案。

综合技术方案分析、经济比较分析以及最终效果要求等多方面的因素，在满足蓄水总量要求和边坡稳定性要求的条件下，技术上可行，工艺上可靠，耗时短、占地少，使得投资尽可能的小，方案一和方案二均能满足技术和工艺的要求，在此条件下要更多地考虑方案经济效果的优劣，在经济效果的分析中方案一明显优于方案二。综合上述各种因素，重点考虑方案一作为实施方案，同时加强方案实施上的管理，以确保方案实施后，能够取得明显的效果。

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TV223

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2095-1809(2017)06-0008-06

龚万阳(1990-)，男，湖北宜昌人，硕士，从事水利水电工程管理工作。