湖南省平原型水库库区建筑物破坏预测研究

彭鹏程

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

前 言

近10 多年来，随着国民经济的飞速发展，对水能资源的开发利用进入了前所未有的新阶段。为了开发水能资源，湖南省在湘、资、沅、澧等几条流域投资兴建了多座径流式电站，这些水电站为国民经济的发展作出了巨大贡献，但同时也带来了诸如水库塌岸和浸没等环境地质问题，部分建筑物因此受到影响和破坏，特别是中下游地区平原型水库尤为如此。

多年来，先后完成了湖南省境内数十个中小型水电站的前期勘测设计工作，在这些中小型水利水电工程前期勘察中，由于受到勘察设计费用和设计周期的限制，对库区浸没和塌岸的评价基本依靠《水利水电工程地质勘察规范》[1]推荐的常规方法进行预测，后期运行过程中情况比较复杂。我们本次选取了几个工程做为样本，重点对工程运行几年来库区发生的建筑物破坏情况进行了详细调查； 详细分析了其破坏特征及规律，并对地质工程师在库区此类地质灾害中防治的方法和作用进行了探讨。

1 工程区内建筑物破坏特征及规律

近几年来，我们对已建成的白竹洲、东坪、浪石滩、株溪口水电站等库区受影响的建筑物进行了充分调查，调查范围包含房屋位置、地基持力层、建筑物结构；白竹洲库区共调查房屋312 栋，其中需拆除的房屋37 栋；东坪库区共调查房屋251 栋，需拆除的房屋67 栋；浪石滩库区共调查房子80 栋，其中受浸没塌岸影响需拆除房屋18 栋。分别按危险性级别进行了分类，Ⅰ类是损毁严重需拆除的房屋，Ⅱ类是问题严重但暂时留观房屋，Ⅲ类是有问题需留观的房屋78 栋，Ⅳ类无直接影响。我们根据房屋位置、地基持力层、建筑物基础情况及房屋楼层高度和发展时间对上述几个电站库区进行了归纳分析，结果见附表。

从附表可以看出，由于浸没和塌岸引起的房屋破坏有以下几个特点：

（1）破坏范围多发生在近岸地段。统计表明约71%的破坏发生在离岸50 m 以内，25%发生在（50～100）m 内，超过100 m 发生破坏的概率极少；近坝库区段的比例高于库尾。

（2）受影响破坏的建筑物，与建筑物本身的基础和结构关联性较大。一般以2～3 层为主，1 层房屋影响较小，4 层以上房屋本身结构较好，影响较小。壤土、砂壤土、人工填土等地基上的建筑物影响较大，粘土、粉质粘土等地基土上的建筑物影响相对较小。

（3）破坏形式多表现为不均匀沉降引起的房屋基础或房屋墙体开裂、房前地坪开裂、部分岸坡垮塌，少见房屋整体垮塌。

（4）破坏一般表现为渐行性发展，时间一般发生在水库蓄水后2～5年范围内，在更长时间后，变形逐步趋于稳定。

2 建筑物破坏成因分析

水库蓄水前，地下水位较低、建筑物基础持力层的含水量较小、土层的有效容重较大、凝聚力和内摩擦角较大，地基承载力较大，能够满足建筑物对地基的承载力和变形要求；水库蓄水后，随着河水位的升高，水库周边地下水位壅高，加上土的毛细管水抬升，部分民房建筑物基础持力层位于地下水位之下，当作用时间较长时，在地下水的作用下，有两个方面的影响： 一是由于土的软化作用导致土的力学强度降低，地基承载力下降；二是由于土的有效重量减小而导致地基土承载力下降[2]。根据房屋结构、基础和地基的不同情况，对房屋的影响有三类。当房屋为超过4 层的多层和高层建筑时，由于基础多为桩基，其埋置深度较深，所以地下水位的变化对其地基承载力影响不大；当房屋为2～3 层，其基础埋深一般（1～2）m，，地基承载力受地下水位的抬升而影响较大，特别是当基础为透水性好的壤土时，随着地基承载力下降更易导致基础不均匀沉陷产生房屋开裂，当地基为不透水的粘性土时，其影响较小；当房屋为1层建筑时，由于其本身结构对承载力要求较低，其基础埋深浅，对地下水位的变化引起的地基承载力下降不敏感，所以一般不会导致结构性破坏，但会导致房屋地面经常处于潮湿状态。这一分析与前述的破坏特点是吻合的。

3 建筑物破坏预测及对策研究

建筑物区的预测是项复杂和敏感的工作，它关系到业主、当地政府、库区居民的切身利益，直接关系到库区人民的生命财产安全。以前对建筑物区的前期预测基本依靠公式，指出笼统大致的区域，事实证明，这是远远不够的，没有针对性。针对建筑物区，在前期勘察过程中应对影响区内的建筑物类型、层数、结构、基础砌置深度、持力层性质进行详细的调查，在此基础上根据勘察成果才能进行比较准确的预测判断。

水库蓄水后，工程运行期间的前几年，我们对建筑物区采用逐户逐栋上门调查的方式，对影响区内的建筑物按不同的类别做了详细的调查，对问题房屋作了详细的留观，并以表格形式做了详细的统计和分析，具体方法如下：

（1）确定观测时间及间隔。从留观开始实施起，在每年的汛期前后、洪水期后、大暴雨后、水库水位变幅发生异常后以及发生其他重大影响情况后均应进行观测。

（2）确定主要留观内容。对留观的房屋，主要监测的内容包括：房屋地基基础的变形、沉降、开裂及变化等情况，房屋墙体开裂及变化情况，房屋整体变形情况等，临河房屋还应观测岸坡冲刷影响变化情况。

对于受超设计洪水影响的，不列入留观范围。

（3）确定留观方式。对留观内容，要求每一栋房屋设计一个档案，包括每次监测的内容登记表一式四份，照片打印存档，影像资料存档。对墙体开裂的，设置纸条观测裂缝变化情况。如条件允许，对留观房屋集中区进行地质剖面沉降和变形监测。

（4）作出留观结论：根据留观内容，前后监测对比，业主、当地政府、村民代表、地质工程师一致认为属于危房或需要拆除的，留观结束，房屋作拆除处理；四方一致认为影响较小，无需再留观的，留观结束，房屋不作处理；四方一致认为需继续留观的，继续留观；两年留观期结束，四方意见不统一的，申请危房鉴定后处理。

在白竹洲水电站库区、东坪水电站库区，通过完成上述认真细致的调查，做到了基础材料扎实、理论依据充分、调查结果公正；结论取得业主、当地政府、库区居民代表的签字认可，在此基础上再分类提出整治建议。这一方法被证明是行之有效的，具有科学性、客观性、实效性，具有公信力，不但节约了大量资金，而且极大缓和了库区因房屋破坏而带来的社会矛盾，减少了群体事件的发生。建议在以后类似工程中给予推广和使用。

受多种因素影响，库区建筑物破坏预测是个复杂的过程，具有渐进性，任何公式的预测都有其局限性。所以要特别强调富有经验的地质工程师的现场作用，建议地质工程师在工程运行后前5年进行全程的跟踪和观测，对重点地段布置观测断面，以便作出更科学和准确地预报。

4 结 语

在径流式水电站的开发过程中，库区会不同程度地产生由浸没和塌岸引起的环境地质问题，其中导致的建筑物破坏问题非常敏感和复杂，对其进行准确地预测是库区防治工作的重要依据。以往的工作和结论往往过多地强调和依靠公式计算，而忽视了现场调查工作。在进行库区浸没、塌岸预测时，经验公式具有一定的作用，但有较大的局限性，甚至和实际情况差异较大，由于这类破坏具有渐进性特点，强调地质工程师在工程运行后一段时期进行全过程进行动态观察和监测，特别是对影响区问题房屋的留观，会起到事半功倍的效果，呼吁地质工程师在整个防治过程应发挥更重要建设性的作用。

[1] 水利部.水利水电工程地勘察规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[2] 水利部中国水电工程顾问集团. 水利发电工程地质手册[M].北京：中国水利水电出版社，2011.