承德市橡膠壩工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

劉大群

(河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,天津 300250)

依山傍水的承德市位于河北省北部,駛名中外的我國(guó)最大的皇家園林避暑山莊和融各民族建筑藝術(shù)為一體的外八廟均座落在本市,為進(jìn)一步美化城市在貫穿市區(qū)的武烈河旅游橋上游250m處修建第一座橡膠壩,它的建立不僅為美麗的山城增添一景,而且可以提高離宮湖水位,改變熱河河水的現(xiàn)狀,局部氣候也將得到進(jìn)一步的改善。

1 地質(zhì)概況

承德市地處燕山山脈的腹部,為一斷陷盆地,山脈走向近東西,與區(qū)域構(gòu)造線趨一致,地形屬淺切割的中低山區(qū),大部巖石裸露。武烈河全長(zhǎng)96km,市區(qū)段河流長(zhǎng)度18.05km,灤河與武烈河兩大水系流經(jīng)此地,支流發(fā)育,水源豐富。

出露的地層巖性主要為侏羅系的砂礫巖、礫巖,第四系松散堆積物分布較普遍,分布規(guī)律受其現(xiàn)代地形及古地貌控制,一般在山麓邊緣、緩坡及山間洼地中多發(fā)育為洪、坡積形成的堆積物,在河谷及岸邊則以洪沖積與沖擊成因類型最為發(fā)育。

本區(qū)處于內(nèi)蒙地軸與燕山沉降帶分界地帶,基地構(gòu)造線方向受近東西向-北東東向復(fù)式褶皺構(gòu)造控制,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,巖漿活動(dòng)頻繁。依據(jù)中國(guó)地震局制定、國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的 《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001),承德市地震動(dòng)峰值加速度為0.05g,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s,相當(dāng)于地震基本烈度Ⅵ度。

2 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 壩軸線部位地質(zhì)勘察

壩線長(zhǎng)度185m,為了解第四系堆積物空間分布形態(tài)和測(cè)定含水層頂?shù)装宓母叱碳盎鶐r埋藏深度,故布設(shè)鉆孔7個(gè),布置抽水孔4個(gè)。(詳見表1)

表1 鉆孔資料一覽表

2.2 地層特征

壩址區(qū)基巖為侏羅系中統(tǒng)后城組礫巖,成份以片麻巖和花崗巖為主,膠結(jié)程度好,巖石堅(jiān)硬,與第四系洪、坡積物呈不整合接觸,與上覆堆積物接觸部位巖石破碎,隨深度的增加巖石趨向完整。

基巖上覆的上更新統(tǒng)洪、坡積、全新統(tǒng)洪、沖積堆積物厚度為4.50～11.35m。堆積物分別為漂卵礫石層及亞粘土亞砂土充填的卵礫石層,它的特點(diǎn)是層位清楚,厚度變化大、結(jié)構(gòu)緊密、卵石大小混雜、分選性差、大部為亞角形、扁圓狀,其成分取決于上游基巖類型。其中砂卵石層的厚度一般為6.8～2.0m。河床部位由于水流沖刷大部砂卵石層裸露外,在河漫灘中分布普遍,連續(xù)性好,其厚度為0.1～1.0m。

2.3 水文地質(zhì)條件

承德市所處水文地質(zhì)單元為燕山山地水文地質(zhì)區(qū),中高山水文地質(zhì)亞區(qū)。為武烈河下游的河谷地帶,河床呈側(cè)向侵蝕,河谷發(fā)育。橡膠壩向上游回水1km,河谷寬度800～900m,地貌劃分為河床、漫灘和一級(jí)階地。河谷中第四系堆積物較深厚,并發(fā)育有富含孔隙水的含水層,地下水補(bǔ)給條件以武烈河補(bǔ)給為主。

3 工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

3.1 壩基滲漏及側(cè)向滲漏

壩軸線長(zhǎng)度為185m,回水1km,庫區(qū)面積18.5萬m2,庫區(qū)內(nèi)河床寬度25～30m,其兩側(cè)為漫灘。左壩肩為公路,路旁為出露的礫巖;右壩肩為清代修建的防洪大堤,堤外依次為公路、學(xué)校、居民區(qū)和離宮。進(jìn)入離宮跨過銀湖、上湖、如意湖為一級(jí)階地和裸露的太古界片麻巖。覆蓋層下覆基巖高程由左岸向右岸逐漸加深,說明自然河床非當(dāng)今位置,而在右壩肩附近。兩側(cè)山谷高度起伏大,河谷間相對(duì)距離變化大,從上游激流而下放蕩無羈的武烈河水也只得順其自然,而形成側(cè)向侵蝕,河曲發(fā)育的河床。而清代修建的防洪大堤又人為地將河水控制在現(xiàn)今的位置。

庫區(qū)內(nèi)現(xiàn)河床為裸露的松散的砂卵石層,屬于強(qiáng)透水層,為地表水下滲和壩基滲漏及向河道兩側(cè)滲漏的主要通道。

庫區(qū)地下水是由地表水補(bǔ)給,潛水位較平緩,其高程接近地表水位。

河漫灘上部由亞砂土和亞粘土、淤泥組成,為弱透水層。

其下為亞粘土夾卵礫石和砂卵石層,前者為弱透水層而砂卵石層,各層位置高程均低于河水位,是壩基滲漏和庫區(qū)側(cè)向滲漏的主要通道。

上更新統(tǒng)的坡積物為礫石層,因結(jié)構(gòu)松散,為強(qiáng)透水層。因此也構(gòu)成了向壩基和庫區(qū)側(cè)向滲漏的途徑。

左右壩肩下覆地層同上所述,都存在壩基滲漏和繞壩滲漏。繞滲的主要途徑將沿谷底深槽部位完成,而谷底深槽部位從勘探成果分析其位置控制在四號(hào)孔至公路附近,那么右壩肩和壩基滲漏量將高于左壩肩。

概括上訴,滲漏的主要通道為現(xiàn)河床部位及河漫灘砂部位卵石層及與基巖接觸的礫石層。因此滲漏是本庫區(qū)的主要工程地質(zhì)問題。

3.2 清壩埋深及武烈河谷原自然河道的位置

武烈河河谷在庫區(qū)范圍內(nèi)的寬度為800～900m,而現(xiàn)河床僅 25～30m寬,“清壩”的建立僅僅是為了離宮的安危而人為地將河水控制在現(xiàn)今的范圍內(nèi),而側(cè)向防滲涉及到“清壩”的埋深。關(guān)于“清壩”的埋深經(jīng)過調(diào)查,眾說紛紜:“上九條下十幾條”,“上九條下九條”,“單擺浮隔”等。這個(gè)問題不搞清楚,側(cè)向防滲將是盲目的。

從壩線勘探可知,基巖面在壩線范圍內(nèi)從左至右逐漸加深,四號(hào)孔巖面高程為316.50m而五號(hào)孔為316.17m,那么繼續(xù)延伸,基巖面是繼續(xù)加深還是抬高,而武烈河谷原自然河道在哪個(gè)位置?是否存在第二個(gè)深槽?這個(gè)問題很重要,因?yàn)樗鼘㈥P(guān)系到繞滲主要途徑的位置。

為了搞清上述兩個(gè)問題,在“離宮”和“市第二中學(xué)”內(nèi)各布了兩個(gè)勘探孔,在“清壩”靠近壩線位置布了一個(gè)勘探孔。

勘探結(jié)果揭露:①“清壩”從頂?shù)降赘叨葹?.40m。其結(jié)構(gòu)為,兩側(cè)和底部為紫紅色砂巖、花崗片麻巖條石,中間填有三合土,三合土厚3m,底部條石厚度為1.40m,壩基為砂層,其間打有柏木樁,砂層下覆為20cm厚的淤泥和小塊礫石的砂礫石層。②深槽部位在四號(hào)孔至“清壩”外側(cè),槽底高程為316.17m,深槽寬度 65m。整個(gè)河谷斷面長(zhǎng)度為936.5m。

4 結(jié) 語

庫區(qū)的第四系堆積物由沖、洪積和坡、洪積物組成。其特點(diǎn)為:洪積物由于暫時(shí)性水流搬運(yùn)能力不等,不僅粗大顆粒中有細(xì)小顆粒,而細(xì)小顆粒中也有粗大顆粒,沖積物大部分由砂、卵、礫石等組成,由于側(cè)向侵蝕和上游溝谷夾帶的細(xì)小顆粒與粗大顆粒交錯(cuò)堆積,承載力顯著下降,坡積物一般具棱角,經(jīng)一段距離的搬運(yùn)部分呈亞角形,又未經(jīng)良好分選,顆粒大小混亂,結(jié)構(gòu)疏松。因此在上述地層中建壩,不同的地層應(yīng)考慮不同的承載力。

武烈河河曲發(fā)育,砂卵石在河床和漫灘與一級(jí)階地內(nèi)分布廣泛,層位穩(wěn)定,為本庫區(qū)滲漏的主要渠道。

因此需采取垂直向普遍防滲。而垂直向防滲的結(jié)果又將增加和增大新的繞滲途徑和繞滲量。

這就向我們提出了一個(gè)問題,必須搞清本庫區(qū)所處的自然環(huán)境。搞清了自然河道的位置不僅認(rèn)識(shí)到右壩肩是壩基滲漏的主要位置同時(shí)也是繞壩滲漏的主要部位。并證實(shí)在本庫區(qū)僅存在一條原自然河道。

“清壩”在側(cè)向防滲方面未起到阻水作用。它的探明,不僅解決了庫區(qū)側(cè)向防滲處理中的一個(gè)障礙,而且也填補(bǔ)了在研究清代離宮史中關(guān)于清壩埋深之謎的空白。

關(guān)于通過離宮繞滲而達(dá)到抬高湖水位的問題。通過現(xiàn)有鉆探資料推測(cè),盡管繞滲的主要途徑將通過谷底的深槽完成,地下水向離宮繞滲是一定,但是存在一個(gè)水量大小的問題。離宮湖常年積水,淤積厚度尚不清,地下水滲入離宮,湖內(nèi)水位是否明顯抬高,如果地下水位降低,離宮湖水會(huì)隨即下降是不用質(zhì)疑的。

古時(shí)的離宮湖水是通過地表水補(bǔ)給,今后離宮水補(bǔ)充問題的解決是否可以考慮通過恢復(fù)清代引水渠道來完成。

通過滲透系數(shù)測(cè)定,靠近河床部位K值明顯增大,這為防滲處理找到了主要位置。至此可得出,壩基滲漏和側(cè)向滲漏是本庫區(qū)的主要工程地質(zhì)問題,而防滲處理措施是建壩的關(guān)鍵。

根據(jù)壩基滲漏的分析結(jié)果,在建壩施工中均采取了相應(yīng)措施,獲得實(shí)施。

[1]SL/T 313-2004水利水電工程施工地質(zhì)勘察規(guī)程[S].北京:中國(guó)水利水電出版社

[2]GB50287-99水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)程[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社

[3]水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院主編.水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京:水利電力出版社