楊興河黃寨段河道治理工程壩址區(qū)地質(zhì)評(píng)價(jià)

渠繼明

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 概況

楊興河黃寨段河道治理工程位于楊興河中游，屬黃河流域。楊興河發(fā)源于太原東山北端牛金山東麓的孟家?guī)X溝，流經(jīng)陽(yáng)曲縣的大盂、黃寨、尖草坪區(qū)向陽(yáng)店和陽(yáng)曲鎮(zhèn)，于尖草坪區(qū)北固碾村南側(cè)入汾河。河流全長(zhǎng)50.0 km，流域面積1398 km2，陽(yáng)曲縣境內(nèi)流域面積1284 km2。楊興河流經(jīng)陽(yáng)曲縣城區(qū)西部陽(yáng)曲公園，為美化城市環(huán)境，提升公園游賞品味，擬對(duì)陽(yáng)曲公園內(nèi)楊興河河道進(jìn)行治理。

工程治理段長(zhǎng)0.6 km，河道寬14～15m，深3～4m，該河道于1997年裁彎取直，并于2005年筑漿砌石河堤成現(xiàn)狀，漿砌石堤基埋深2.2～2.7m，平均2.5m。河道平時(shí)無河水流過，主要用于排流生活污水，流量較小，雨季略有增大。

工程擬設(shè)計(jì)一條壩用于攔水蓄水，壩頂及蓄水高程969.95m，壩基底高程965.50m，順河道向壩基寬12.5m，垂直河道向壩長(zhǎng)14.0m，設(shè)計(jì)蓄水量1.24萬m3。

2 工程地質(zhì)條件

壩址處河道寬約14m，河谷地面高程為967.2～968.0m，地勢(shì)較平坦，兩岸地面高程971.2～971.4m，兩岸高于河道底部3.2～4.0m。壩軸線方向N46°W。

壩基地層巖性上部為厚1.5m左右的河道淤積低液限黏土，軟塑—流塑，含有磚石塊。下部為第四系上更新統(tǒng)沖積淺黃色低液限粉土，含水率為18.3%～32.9%，干密度 1.43～1.79 g/cm3，壓縮系數(shù) 0.18～0.25 MPa-1，具中等壓縮性；水平滲透系數(shù) 9.96×10-6～6.37×10-5cm/s，平均值 2.88×10-5cm/s；垂直滲透系數(shù)1.40×10-5～6.54×10-5cm/s，平均值 3.63×10-5cm/s，屬微—弱透水性；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)3～13擊，平均8.6擊，小值平均值為5.5擊，修正值2.9～9.6擊，平均值7.1擊，小值平均值為4.4擊，稍密—中密，上部呈可塑—軟塑狀，局部呈流塑，下部呈可塑—硬塑狀。

壩址左岸為黃土臺(tái)地，右岸較為平緩，左岸地層為上更新統(tǒng)沖積淺黃色低液限粉土，右岸為楊興河Ⅰ級(jí)階地沉積的全新統(tǒng)洪沖積低液限黏（粉）土、級(jí)配不良礫。壩址區(qū)地下水類型主要為松散巖類孔隙水，主要接受大氣降水垂直補(bǔ)給。鉆孔鉆探時(shí)，終孔水位以下土層未完全浸濕，結(jié)合附近水井資料，分析壩址區(qū)勘探深度內(nèi)存在兩層地下水，地下水位分別為957m及966m左右，壩址主要涉及上層地下水，屬上層滯水。上層滯水由上游向下游徑流排泄。

3 地質(zhì)評(píng)價(jià)

3.1 地基承載力

壩基地層巖性上部為0.5～1.0m河道淤積低液限黏土，軟塑—流塑，結(jié)構(gòu)松散，承載力低，建議全部挖除，下部為上更新統(tǒng)沖積低液限黏土，頂部約1m左右，呈軟塑狀，結(jié)構(gòu)稍密，承載力低，建議全部挖除。

據(jù)標(biāo)貫試驗(yàn)，壩基低液限黏土修正擊數(shù)小值平均值為4.4擊，查表得地基承載力約130 kPa左右。據(jù)低液限黏土物理力學(xué)指標(biāo)，考慮土樣壓密影響，查表得地基承載力為110 kPa。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)原位測(cè)試結(jié)果，并結(jié)合地區(qū)建筑經(jīng)驗(yàn)綜合考慮，壩基低液限黏土的承載力地質(zhì)建議值為100～110 kPa。根據(jù)鉆探及土工試驗(yàn)資料，壩基與閘接觸部位低液限黏土層含水率高，較軟弱，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，壩基礎(chǔ)底面與低液限黏土之間摩擦系數(shù)地質(zhì)建議值為0.2～0.25。

3.2 地震液化

壩基持力層為上更新統(tǒng)沖積低液限黏（粉）土層，其黏粒含量為16.2%～21.4%，平均值17.7%，根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，初判可不考慮液化影響。

3.3 壩基滲漏

蓄水區(qū)蓄水后水位將抬高，由此可改變現(xiàn)有河道及兩岸的水文地質(zhì)條件。壩基表層淤積層工程性質(zhì)差，建議清除，下部為上更新統(tǒng)低液限黏土，水平滲透系數(shù)9.96×10-6～7.98×10-5cm/s，平均值 4.24×10-5cm/s，垂直滲透系數(shù) 9.66×10-6～8.51×10-5cm/s，平均值 3.92×10-5cm/s，屬微—弱透水層，可視為相對(duì)隔水層，分析壩基滲漏量較小。

3.4 繞壩滲漏

壩址左壩肩為第四系上更新統(tǒng)低液限黏土，屬微—弱透水層，左壩肩該土層厚度很大，分析繞壩滲量很小，右壩肩主要為全新統(tǒng)低液限黏（粉）土、級(jí)配不良礫層，上更新統(tǒng)土體相對(duì)單薄，分析存在繞壩滲漏問題。主要滲水層為級(jí)配不良礫，滲透系數(shù)為9.5m/d，屬?gòu)?qiáng)透水層，估算右壩肩繞壩滲漏量為78m3/d。

根據(jù)壩基工程地質(zhì)條件和存在的工程地質(zhì)問題，建議對(duì)壩址區(qū)進(jìn)行防滲處理。處理時(shí)，可與蓄水區(qū)的防滲統(tǒng)一考慮。

3.5 壩基滲透變形

壩基為上更新統(tǒng)低液限黏土，屬微—弱透水性，蓄水后在壩上下游水位差產(chǎn)生的滲壓作用下可能產(chǎn)生滲透變形。

3.5.1 滲透變形類型

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，低液限黏土屬黏性土，其滲透類型主要是流土。

不均勻系數(shù)判別：壩基土樣可根據(jù)ZK1號(hào)孔土樣進(jìn)行分析，其不均勻系數(shù)在10~20之間，其滲透變形類型可能是流土破壞或管涌破壞。

細(xì)粒含量判別：《水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)》中的細(xì)粒含量指粒徑小于1 mm的顆粒所占整個(gè)土重的比例。據(jù)ZK1號(hào)孔土樣顆分曲線，土細(xì)粒含量均大于35%，滲透變形類型以流土為主。

綜上所述，結(jié)合同類工程經(jīng)驗(yàn)，壩基低液限黏土可能產(chǎn)生的滲透變形類型以流土為主。

3.5.2 臨界水力比降確定

第四系上更新統(tǒng)沖積低液限黏土孔隙比平均值為0.651，孔隙率39.43%，土的比重取平均值2.7，經(jīng)計(jì)算，壩基第四系上更新統(tǒng)沖積流土型土的臨界水力比降為1.03。

3.5.3 允許水力比降確定

安全系數(shù)取1.5，壩基土產(chǎn)生流土變形的允許水力比降為0.69，建議設(shè)計(jì)時(shí)壩基允許水力比降總體按0.69考慮。

3.6 臨時(shí)開挖邊坡

壩地基主要由低液限黏土組成，表層約1m，為河道淤積土，下部為上更新統(tǒng)沖積物。開挖時(shí)由于受巖性及其狀態(tài)、坡高及地下水等的影響，存在邊坡穩(wěn)定問題。臨時(shí)開挖邊坡建議值：低液限黏土水上為1∶0.75，水下為1∶1.5。由于地下水位附近低液限黏土呈軟塑—流塑狀，基礎(chǔ)開挖時(shí)易造成邊坡失穩(wěn)，建議采取必要的降水及邊坡支護(hù)處理措施。

3.7 基坑涌水

壩基為上更新統(tǒng)沖積低液限黏土，具微—弱透水性，據(jù)本次勘察，地下水位埋深較淺，且河道中有污水流過，壩址壩基標(biāo)高低于地下水位，存在基坑涌水問題。由于基坑巖性以低液限黏土為主，滲透系數(shù)小，故分析基坑涌水量不大，建議采取導(dǎo)流措施排走河道中水流，并采取基坑排水措施。

3.8 地下水腐蝕性評(píng)價(jià)

本次勘察對(duì)工程區(qū)鉆孔水樣進(jìn)行了水質(zhì)分析，地下水屬SO4-Cl-Na-Mg型水，HCO3-含量456.89 mg/L，SO42-含量 1030.63 mg/L，Mg2+含量 184.07 mg/L，Cl-含量656.01 mg/L，侵蝕性CO2未檢出。工程區(qū)地下水對(duì)混凝土具強(qiáng)腐蝕性，對(duì)混凝土中鋼筋具中等腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。

目前河道中以污水為主，由于地下水中SO42-，Cl-含量較高與污水有較大關(guān)系，故河道中污水對(duì)混凝土、鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性更大，由于工程擬對(duì)污水進(jìn)行專門治理，故此次未取污水進(jìn)行試驗(yàn)，若污水得到有效治理，地下水對(duì)混凝土、鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性會(huì)有所減弱。綜上分析，建議對(duì)鋼壩及混凝土進(jìn)行防腐蝕處理。

3.9 壩肩邊坡穩(wěn)定性

左岸坡為黃土臺(tái)地，陡坡處有小型坍塌物，岸坡天然狀態(tài)下一般穩(wěn)定，但在暴雨沖刷等不利因素的影響下有可能產(chǎn)生坍塌，建議適當(dāng)防護(hù)。

4 結(jié)論

壩基主要為第四系上更新統(tǒng)沖積低液限黏土層，主要存在右壩肩繞壩滲漏、地基土滲透變形以及地下水與河水腐蝕性等工程地質(zhì)問題。建議壩址區(qū)采取防滲措施，并與蓄水區(qū)防滲統(tǒng)一考慮；對(duì)鋼壩及混凝土采取防腐蝕處理。施工期間要加強(qiáng)施工地質(zhì)工作，及時(shí)解決施工過程中遇到的工程地質(zhì)問題。