楼庄子水库公路坍塌机理与预防措施研究

楼庄子水库公路坍塌机理与预防措施研究

张朕铭

（维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，乌鲁木齐830006）

摘要：水库坍岸导致沿岸植被破坏，水土流失加剧，库岸失稳导致公路路基破坏，路面产生裂缝，对当地的经济和环境产生

不利的影响，因此应对库岸坍塌的机理和治理措施加以重视。楼庄子水库蓄水，改变了库岸的水文地质和工程地质条件，对岸坡的稳定性产生巨大的影响。本文在地质勘察和资料收集的基础上，分析了楼庄子水库塌岸机理和影响因素，针对塌岸形成特点，提出相应的防治措施。

关键词：水库；塌岸机理；影响因素；防治措施中国分类号：U419

文献标识码：B

1前言

楼庄子水库位于头屯河硫磺沟镇以南25km处，距下游昌吉市硫磺沟镇楼庄子村8km，库区下游有国防公路通过，坝址位于制材厂水文站以下8.5km处，制材厂水文站以上集水面积为840km2，多年平均径流量2.28亿m3。目前该水库还处于规划中，尚未建设实施。位于天山北麓，发源于天山山脉的哈拉乌成山北坡的吾鲁特大板，是一条山溪性的河流。头屯河流域的地形地貌复杂多样，地势南高北低，由西南向东北倾斜。其地形自南向北依次为高山区、中低山区、山前倾斜平原区、冲洪积平原区。

头屯河楼庄子水库段公路属X125一部分，路线南接硫磺沟镇，北向庙尔沟乡，水库建成蓄水后，将导致X125线楼庄子水库段公路被淹没，为了不影响道路的磺沟镇境内，起、终点顺接于X125线K19+0和K27+

象。库岸坍塌将影响新建路线的路基稳定性，因此库区塌岸机理进行研究，并提出相应的预防措施，具有重要的现实意义，对今后类似的工程问题具有一定的借鉴和指导意义。

2塌岸的危害

水库塌岸，造成岸线后移，使库区周围的耕地逐渐减少，破坏库岸周围植被，导致水土流失加剧，使周围环境恶化，对周围村镇造成重大经济损失。同时，由于塌岸使大量岩土体进入水库内，产生淤积，减少了库容。水库坍岸对路基的危害主要体现在影响岸坡的稳定性，导致路基失稳，进而引起路基变形、路面破坏等问题。

头屯河是乌鲁木齐市与昌吉市的一条界河，

3库区岸坡结构类型

根据塌岸研究范围内的岩性特点，将库岸岸坡划分为土质岸坡、岩质岸坡和岩土混合岸坡。

（1）土质岸坡

可分为黄土状土质岸坡、冲洪积土质岸坡、崩滑堆积岸坡和残坡积岸坡。土质边坡主要为黄土状土、粉砂土及残坡积土等，岸坡稳定性较差。

（2）岩质岸坡

根据岩层产状、岩石坚硬程度和岸坡走向等可以分为顺向坡、逆向坡、斜向坡和走向坡等，其中逆向坡稳定性最好，顺向坡稳定性最差。

正常通行，需先期改移公路。新建公路位于昌吉市硫300。主要控制点：X125线、楼庄子水库坝址（X125线K22+300）、水库淹没线（设计洪水位：1397.29m）。路线总体走向为北向南，全长11.747km。

考虑水库设计洪水位、回水位高度、波浪侵蚀高度和安全高度等因素的影响，路线将高程提高至设计洪水位以上约10m。库区周边多为黄土和第四系松散堆积物，水库蓄水后，土体受到侵蚀，风浪及水流的冲蚀作用，原有的应力平衡状态被破坏，产生库岸坍塌现

收稿日期：2015-02-19

作者简介：张朕铭（1987-），男，河南省项城市人，工程硕士，主要从事公路勘察设计工作。

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交通运输科技道路工程（3）岩土混合岸坡

分为土—软岩岸坡和土—硬岩岸坡。土—软岩岸坡上部松散堆积物易受下部软岩影响，产生塑性流变和侧向扩散；土—硬岩岸坡易沿土石交界面产生滑动。

根据楼庄子水库地质勘察资料，库区表层为黄土堆积层，下部为侏罗系粉砂岩及泥岩互层，其中砂岩为硬岩，泥岩为软岩，因此，本库区岸坡多为岩土混合型岸坡。

4水库塌岸的影响因素

（1）岸坡物质组成

岸坡物质组成是影响水库塌岸的内在因素。楼庄子水库地处丘陵山区，表层为湿陷性黄土，垂直节理发育，下层为粉砂岩及泥岩，强度不高，易风化。当上层黄土遇水产生湿陷沉降，原有的土体结构遭到破坏，原有应力平衡状态失衡，岸坡的稳定状态受到很大的影响；当下伏基岩为粉砂岩时，上部土体沿岩土分界线产生滑移，岸坡整体失稳；当下伏基岩为泥岩时，泥岩遇水软化，产生软弱结构层，使下部岩土体结构产生变化，岸坡稳定性减小，产生塌岸现象。因此岩土软化是楼庄子水库产生塌岸的主要原因。

（2）库水水位变化

1355.03m根据楼庄子水库规划阶段成果，，正常蓄水位为1395.8m，最水库死水位为

1399.5m高蓄水位作用于岸坡，。随着库水位上升，加速塌岸的形成；形成新的浅滩，另外库水位大幅下降，库水直接

为造成岸坡土体内产生很大的渗透压力，使土体产生渗透破坏，进而产生塌岸。

（3）风浪作用

风浪作用是水库塌岸的主要外部因素。风浪对塌岸的影响主要表现在对岸坡岩土体的冲刷和淘蚀，通过水与岩土的相互作用，使岩土稳定性降低，产生坍塌和滑落，并将塌落物通过流水搬移，加剧了塌岸的形成。

（4）其他因素

水库塌岸受库岸形态、土地冻融、冰压力作用和水库淤积等多种因素的影响，各种因素相互作用，相互促进，导致水库塌岸的形成。

5水库坍塌机理及稳定性分析

尚敏等人通过分析大量库岸坍塌调查资料，将水库塌岸模式分为侵蚀-剥蚀型、坍塌型、滑移型和流土型等4种类型。侵蚀-剥蚀型主要发生在地形坡度较

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缓的土质边坡和软岩质岸坡的残坡积层和强风化层，在库水位、风浪冲蚀及其他外部营力作用下，坡岸物质逐渐被冲刷和磨蚀，从而使岸坡坡面缓慢后退，具有缓慢性和持久性；坍塌型一般发生于地形坡度较陡的土质边坡内，在库水的长期作用下，基座被软化或淘蚀，岸坡上部土体失去平衡，从而造成局部坍塌，具有突发性；滑移型是在库水位作用及其他因素影响下，岸坡物质沿软弱结构面或滑动面向水库整体滑移，其特征为水平位移较大，规模大，危害性强；流土型塌岸规模较小，多见于第四系松散堆积层岸坡中。楼庄子水库塌岸多属于侵蚀-剥蚀型。

楼庄子水库发生塌岸地段，坡度相对较缓，黄土垂直裂隙发育，具有湿陷性，为库岸坍塌提供有力的地形条件和物质条件；水库蓄水后，库水位抬高，地下水位上升，岩土体受地下水渗透浸泡，通过软化和溶解等物理化学作用，使岩土体结构遭到破坏，内摩擦力和粘聚力降低，强度下降，岩土体失稳，促使库岸坍塌产生。另外，水库水位突然下降，造成岸坡岩土体内产生较大的渗透压力，使岩土体结构破坏，也是导致库岸坍塌的主要原因之一。

楼庄子水库位于头屯河上游河谷略开阔地段，河谷呈不对称的“U”型，水库回水约4.57km。两岸多为堆积阶地，受河流侵蚀和冲刷影响，两岸的堆积物落入水库，并由河流搬移至下游，使岸壁下部再次裸露，形成新的塌岸，这是库岸坍塌持续发生和恶化的根本原因。

6水库岸坡坍塌防治措施

结合楼庄子水库岸坡结构和塌岸机理，针对侵蚀—剥蚀型塌岸模式的特点，1所示。

采取相应的处理措施，如表在路基左侧濒临水库淹没区，为防止库区洪水

对路基的冲刷，在库区路堤坡脚及易诱发路基边坡失稳的路段设置护坡，护坡采用C30（F300）现浇混凝土的防护形式。施工时应根据“路基防护工程数量表（现浇混凝土护坡）”和“路基横断面图”实施。现浇混凝土护坡整体性好，对地形适应性强，施工工艺简单，受气候等因素的影响小，经久耐用，易于修复，抗冻能力和耐腐蚀能力较强。混凝土护坡如图1所示，坡厚度为35~40cm，护坡下部设10~35cm碎石垫层及反滤土工布300g/m2，坡脚设埋深1.5m，宽1m的浆砌石齿墙。为了防止风浪淘刷，坡脚可设3m宽的抛石护脚。

张朕铭：楼庄子水库公路坍塌机理与预防措施研究

表1

岸坡类型土质岸坡

塌岸模式侵

蚀|剥蚀岸坡特征缓坡

侵蚀-剥蚀型塌岸模式常用防治措施

冲刷强度

弱强强防治措施

水下抛石+坡面植被防护

水下抛石+点砌石护坡/浆砌石护坡;沉排结构

水下抛石+干砌石（混凝土模块）护坡;水下抛石+浆砌石（混凝土模块）护坡；沉排结构（如格宾网垫、土工网或土工格栅石笼、混凝土连锁板等）

岩质岸坡软岩缓坡岩土混合岸坡

型

缓坡

弱

图1混凝土护坡大样图

图2格宾挡墙+雷诺护垫护坡实物图

在路线濒临水库淹没区，根据库岸的工程地质和地形，根据水库受水浸泡后边岸塌岸预测，对将会影响到路基稳定的，须预先进行库岸防护，设置格宾网箱，采用格宾网和卵石等防护形式。施工时应根据（格宾网箱）”和“路基横断面图”，结合地形设置格宾网箱防护。格宾网及雷诺网类似于钢丝笼，采用了高强度机编双绞合钢丝代替常规的铁丝，增加了结构的抗拉能力，大大提高了结构的整体稳定性。格宾挡墙+雷诺护垫护坡对地基要求相对宽松，可应用于地基多为软弱湿陷性土的部位。格宾结构施工简单，施工速度快，对当地环境扰动小，且结构本身具有透水性，结构稳定后亦可在结构上种

水下抛石+坡面植被防护

植树木等。另外，与刚性结构相比，格宾结构具有很强的柔韧性，能够适应一定程度的不均匀沉降，以及水流局部冲刷导致的局部沉陷。雷诺挡墙防护如图设计取2所示，30cm高度为厚雷诺护垫，1.5~2m，雷诺护垫结构抗变形能力强，m护坡下设1层土工布300g/2，以满足工程防护要求。考虑风浪淘刷、抗冻埋深等因素，宽雷诺护垫护底，坡脚埋深1.0m单个雷诺护垫规格为长，为防止风浪淘刷，坡脚设2~6m2~宽6m2m、厚度0.3m的整体。

、

7结论与建议

水库库区塌岸治理工程不是一劳永逸的工程，在长期的高水位运行过程中，可能会发生沉陷、滑塌、管涌等现象，为了防止上述不良情况的发生，应定期巡查，及时发现，及时制止。切实加强管理监督，使工程能长期发挥防洪效益。

楼庄子水库库区塌岸得到综合防护后，减少水库泥沙，增加有效库容，减轻了水库水质污染，同时稳定了库区周边的村庄跟耕地，对改善库区生态环境，稳定群众生产和生活，促进当地群众的脱贫致富具有积极

的推动作用。

针对楼庄子水库岸坡坍塌的防治措施，提出以下几点建议：

（1）对于冲刷作用比较弱的库岸段，宜采用坡脚抛石的防冲措施。

（2）对于冲刷作用强烈的库岸段，宜采用坡脚和坡面相结合的防冲措施。

（3）加强对新材料（土工合成材料）、新技术的应用。

（4）水库塌岸治理工程应与沿库城镇规划建设相结合。

（5）要加强对已完工护岸工程的检查、维护，保证工程的正常运行。

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“路基防护工程数量表交通运输科技道路工程参考文献

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杨传堂出席上合组织交通会议时提出:

携手共进开创上合交通运输美好未来

5月15日，交通运输部杨传堂率团出席了在俄罗斯乌法举行的上合组织交通第七次会议。上合组

织成员国、观察员国和对话伙伴国的及出席会议。会议由俄罗斯运输部索科洛夫主持。会后，作美好未来”作重要发言。

们签署了《上合组织交通第七次会议纪要》，并发表了新闻公报。杨传堂就“携手共进，开创上合交通运输合

杨传堂在发言中指出，中国秉承“开放合作、互惠共赢”的原则，不断深化与上合组织国家的交通运输国际合作，扩大交流与开放，推动上合组织交通运输务实合作取得了积极进展。一是建立了基本贯通的国际运输通道；二是制定了规范国际运输的总体框架；三是形成了未来交通运输发展的共同愿景。

杨传堂强调，中方正积极致力于推进“丝绸之路经济带”与俄罗斯“欧亚经济联盟”、哈萨克斯坦“光明之路”和蒙古国“草原之路”等相关沿线国家发展战略的对接。上合组织国家交通运输主管部门应将构建安全、高效、绿色、可持续发展的综合运输网络作为首要任务，推动区域交通运输务实合作：第一，加快完善综合交通网络，推动制定《上合组织公路协调发展规划》，促进各成员国交通基础设施发展规划的对接；第二，着力提升国际运输便利化水平，进一步建立健全国际运输合作机制和法律文件，努力消除非物理障碍，落实已签署的《上合组织成员国间国际道路运输便利化协定》；第三，支持发展亚欧多式联运，利用现有交通基础设施，优化运输组织方式，发展亚欧海陆联运和集装箱铁路运输，促进国际运输提质增效。

杨传堂表示，中方将本着“共商、共建、共享”的原则与上合组织国家共同推进上合组织交通设施互联互通，推动建设安全、高效、绿色、可持续的国际运输走廊。与会们对杨传堂的发言予以积极呼应。

上合组织成员国向会议通报了近年来在交通基础设施和运输领域的发展情况。会议就建立上合组织区域运输通道、实现运输便利化以及交通对“丝绸之路经济带”“欧亚经济联盟”“光明之路”“草原之路”等相关国家发展战略对接的引领作用达成如下重要共识：一是交通设施互联互通是共建“丝绸之路经济带”的优先领域和重要基础；二是继续扩大交通运输互利合作，制定公路发展规划，推进重点项目实施；三是建设和运营铁路交通基础设施共同项目；四是开展航空领域合作，研究在上合组织成员国间开通新的更具经济性航线的前景；五是发展区域国际多式联运物流中心；六是加强在交通安全保障、环保节能及智能化方面的交流与合作。

会后，中蒙俄三国举行工作会谈，签署了关于进一步加强三方铁路、公路领域互利合作的纪要。此外，杨传堂还分别与白俄罗斯交通运输部西瓦克、哈萨克斯坦投资发展部伊协科舍夫进行双边会晤，就加强交通运输合作、共同推进“一带一路”建设交换了意见，形成广泛共识。

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