盤山縣萬(wàn)金灘閘除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)勘察

史俊杰

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽(yáng) 110006)

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盤山縣萬(wàn)金灘閘除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)勘察

史俊杰

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽(yáng) 110006)

萬(wàn)金灘新閘址周圍為葦場(chǎng)，場(chǎng)地存在高壓縮性的軟土和飽和砂土的輕微液化問(wèn)題，如何經(jīng)濟(jì)可行的進(jìn)行地基處理成為工程的關(guān)鍵。萬(wàn)金灘閘地質(zhì)勘察的主要任務(wù)是查明閘址地基的地層巖性、物質(zhì)組成和物理力學(xué)性質(zhì)，重點(diǎn)查明軟土層的分布范圍和工程特性，評(píng)價(jià)存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題。

水閘；地層巖性；地基處理；除險(xiǎn)加固；地質(zhì)勘察

1 工程概況

萬(wàn)金灘閘坐落于盤山縣境內(nèi)繞陽(yáng)河下游龍家堡至河口河段上，距河口約5km，由雙北灌區(qū)管理處管理，隸屬于盤山縣水利局，主要用于攔蓄雙繞總干尾水及繞陽(yáng)河水灌溉葦田。

萬(wàn)金灘閘自1972年建成投入運(yùn)行，至今已將近40年，歷年來(lái)雖對(duì)其進(jìn)行了不斷的維修加固，依舊連年險(xiǎn)情不斷，近年來(lái)已基本不能正常攔蓄河水，已無(wú)法發(fā)揮其灌溉、泄洪和擋潮的原有設(shè)計(jì)功能。根據(jù)萬(wàn)金灘閘安全鑒定結(jié)論，需進(jìn)行移址重建。新閘址位于距遼河口2.5km處的繞陽(yáng)河上，擬建水閘長(zhǎng)約70 m，寬約11 m。

萬(wàn)金灘閘位于遼河支流繞陽(yáng)河上，由盤山縣水利局雙北灌區(qū)管理處管理，年久失修已不能發(fā)揮原有設(shè)計(jì)功能，進(jìn)行了移址重建。新閘址周圍為葦場(chǎng)，場(chǎng)地存在高壓縮性的軟土和飽和砂土的輕微液化問(wèn)題，如何經(jīng)濟(jì)可行的進(jìn)行地基處理成為工程的關(guān)鍵[1-3]。

本工程地質(zhì)勘察的主要任務(wù)是查明閘址地基的地層巖性、物質(zhì)組成和物理力學(xué)性質(zhì)，重點(diǎn)查明軟土層的分布范圍和工程特性，評(píng)價(jià)存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題。

2 閘址區(qū)工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

2.1 地形地貌

擬建水閘位于繞陽(yáng)河河道及階地上，河道寬約70 m，閘址處河水由西北流向東南，河底高程-1.0～-2.3 m，河水深1.5～2.8 m。兩側(cè)階地比漫灘高1.8 m左右，階地上均為蘆葦田，地形平坦，地面高程2.2～2.6 m。右岸距河道約60 m有一土堤，高2 m，頂寬約2 m，其上布滿蘆葦根。

2.2 地層巖性

本次勘察深度范圍內(nèi)地層均為第四系全新統(tǒng)(Q4)海陸交互相沉積物，地層巖性如下：

第0-1層：耕植土，黃褐色，松散，以黏性土為主，含植物根系，厚度0.6～0.8 m。

第0-2層：素填土，黃褐色，黏性土為主，為河道兩側(cè)小堤的填筑土，層厚0.8～2.0 m。

第1層：粉質(zhì)黏土，上部為黃褐色，下部為灰黑色，呈軟塑～可塑狀態(tài)，多具高壓縮，局部為中等壓縮性，該層土土質(zhì)不均，局部砂?；蚍哿：看螅瑢游徊环€(wěn)定，層厚1.1～2.9 m，層底高程-1.1～0.7 m，分布于左右岸階地。

第2層：淤泥質(zhì)土，灰黑色，飽和，呈流塑狀態(tài)，具高壓縮性，該層土土質(zhì)不均，局部砂?；蚍哿：扛撸瑢游徊环€(wěn)定，層厚2.1～7.0 m，層底高程-8.8～-0.4 m，主要分布于繞陽(yáng)河河谷底部并向兩側(cè)延伸。

第3層：細(xì)砂，灰色～灰黑色，飽和，呈松散～稍密狀態(tài)，主要礦物成分為石英及長(zhǎng)石。此層土頂部土質(zhì)不均，局部黏?；蚍哿：枯^高。層厚2.3～10.0 m，層底高程-11.1～-8.8 m。

第4層：細(xì)砂，灰色～灰黑色，飽和，呈中密～密實(shí)狀態(tài)，主要礦物成分為石英及長(zhǎng)石。本次勘察未穿透此層，最大揭露底高程為-27.4 m。

2.3 水文地質(zhì)條件

2.3.1 地下水類型及分布特征

閘址區(qū)地下水類型為第四系孔隙潛水，埋藏深度較淺，一般埋深1.5～2.1 m，地下水位高程在0.5 m左右，含水層主要為細(xì)砂層，滲透系數(shù)較大，賦水性較強(qiáng)，主要受大氣降水和繞陽(yáng)河河水補(bǔ)給，以地表、地下徑流、人工抽水及蒸發(fā)、蒸騰等形式進(jìn)行排泄。隨季節(jié)性河水位的變化，地下水位變幅在2 m左右[4-6]。

2.3.2 環(huán)境水腐蝕性

本次勘察在閘址區(qū)分別取2組地下水和河水進(jìn)行了室內(nèi)水質(zhì)簡(jiǎn)分析試驗(yàn)，水質(zhì)分析成果表見表1。

表1 水質(zhì)分析成果統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)(2009版)和表1可知：地下水和河水的PH值均大于臨界值6.5，侵蝕性CO2含量均小于臨界值15 mg/L，HCO3-含量均大于臨界值1.0 m mol/L，故地下水和河水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性；地下水和河水的CI-含量在350 mg/L～1893 mg/L，故地下水和河水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋有弱～中等腐蝕性。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487—2008)和表1可知：河水的CI-+SO42-含量均<500 mg/L，故河水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性；水樣SY4的CI-+SO42->500 mg/L，故地下水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有中等腐蝕性。

2.4 場(chǎng)地土體特征

2.4.1 土體原位測(cè)試

本次勘察針對(duì)地基土采取標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，試驗(yàn)錘擊數(shù)經(jīng)桿長(zhǎng)修正、剔除異常值后，按各土層分別統(tǒng)計(jì)，詳見表2。

表2 各土層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

2.4.2 土體物理力學(xué)性質(zhì)

本次勘察對(duì)粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)土取原狀樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，以取得其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，分析土體工程地質(zhì)特征；對(duì)細(xì)砂取擾動(dòng)樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，用以分析其粒徑大小及顆粒組成情況[7]。

本次勘察共取原狀樣22組、擾動(dòng)樣55組，室內(nèi)試驗(yàn)成果分層統(tǒng)計(jì)見表3、表4。

表3 各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

表4 各土層顆分試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

2.4.3 地基土體承載力及其它參數(shù)

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)及原位測(cè)試結(jié)果，場(chǎng)地各土層承載力、樁極限側(cè)阻力及樁端阻力特征值詳見表5。

2.5 工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

2.5.1 地基土液化判別

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487—2008)規(guī)定進(jìn)行判定，本場(chǎng)地有4個(gè)鉆孔存在輕微液化問(wèn)題，主要分布于繞陽(yáng)河河道左岸部位。

2.5.2 地基穩(wěn)定性

根據(jù)鉆孔揭露，閘址區(qū)勘探深度范圍內(nèi)地層巖性主要為1層粉質(zhì)黏土、2層淤泥質(zhì)土、3、4層細(xì)砂。各土層的工程性能分析評(píng)價(jià)如下：

第1層粉質(zhì)黏土，呈軟塑～可塑狀態(tài)，多具高壓縮，局部為中等壓縮性，土質(zhì)不均，局部砂粒或粉粒含量大，層位不穩(wěn)定，層厚1.1～2.9 m，地基承載力特征值80kPa。該層可作為管理房等荷載較小建筑物的基礎(chǔ)持力層，但應(yīng)進(jìn)行變形驗(yàn)算，注意不均勻沉降對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響[8-9]。

第2層淤泥質(zhì)土，飽和，呈軟塑～流塑狀態(tài)，具高壓縮性，該層土土質(zhì)不均，局部砂?；蚍哿：扛?，層位不穩(wěn)定，閘址區(qū)部位該層厚度較大，物理力學(xué)性質(zhì)差，地基承載力特征值僅50kPa，易發(fā)生不均勻沉降和較大變形，不宜作為地基持力層。

第3層細(xì)砂，飽和，呈松散～稍密狀態(tài)，此層土頂部土質(zhì)不均，局部黏?；蚍哿：枯^高，層厚2.3～10.0 m。地基承載力特征值120kPa，局部存在輕微液化問(wèn)題。

第4層細(xì)砂，飽和，呈中密～密實(shí)狀態(tài)，為良好的基礎(chǔ)持力層。

由于工程場(chǎng)地地基土多為軟弱土層，且下伏厚度較大的淤泥質(zhì)土，因此，地基存在抗滑穩(wěn)定和沉降變形等工程地質(zhì)問(wèn)題，容易產(chǎn)生不均勻沉降。

2.5.3 地基土滲透穩(wěn)定性

本工程場(chǎng)地細(xì)砂不均勻系數(shù)平均值為1.62，小于5，所以本場(chǎng)地細(xì)砂的滲透變形類型為流土。

臨界水力比降采用下式計(jì)算：

Jcr=(Gs-1)(1-n)

n=〔e/(1+e)〕×100%

(1)

式中：Gs為土的比重；n為土的孔隙率。

考慮到本工程的重要性，允許水力比降以土的臨界水力比降除以2的安全系數(shù)。經(jīng)計(jì)算，本場(chǎng)地細(xì)砂的允許水力比降為0.47。

2.5.4 邊坡和基坑穩(wěn)定性

河道兩岸現(xiàn)狀邊坡坡度較陡，土質(zhì)以粉質(zhì)黏土和粉土為主，邊坡穩(wěn)定性較差，本工程水閘基礎(chǔ)均處于地下水位以下，為了保證施工安全，開挖基坑邊坡需采取必要的支護(hù)措施，采取有效降水條件下，粉質(zhì)黏土臨時(shí)開挖邊坡建議值1∶1.25；其它土層埋深較大，建議根據(jù)施工要求和各土層的滲透特性采取適當(dāng)?shù)慕邓胧┖瓦吰轮ёo(hù)措施[10]。

3 結(jié) 論

工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s，相應(yīng)地震基本烈度為7度，為地震設(shè)計(jì)第一組。場(chǎng)地類別為Ⅲ類。本工程區(qū)地貌為遼河平原南緣濱海平原，地層巖性為第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積物，主要為粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土和細(xì)砂等。上部粉質(zhì)黏土多呈高壓縮性，局部為中等壓縮性，土質(zhì)不均，層位不穩(wěn)定，承載力較低；淤泥質(zhì)土呈軟塑～流塑狀態(tài)，具高壓縮性，物理力學(xué)性質(zhì)較差，容易產(chǎn)生不均勻沉降和較大變形；上部細(xì)砂呈松散～稍密狀態(tài)，承載能力一般；下部細(xì)砂呈中密～密實(shí)狀態(tài)，可作為樁基礎(chǔ)的良好持力層。閘址區(qū)上部飽和細(xì)砂局部存在輕微液化問(wèn)題，主要分布于繞陽(yáng)河河道左岸部位。工程區(qū)在遼河油田采油區(qū)域內(nèi)，周邊分布有多個(gè)采油井，應(yīng)考慮周邊采油井對(duì)沉降的影響。

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1007-7596(2016)08-0084-02

2016-07-28

周偉峰(1978-)，男，福建屏南人，工程師，研究方向?yàn)樗姽こ獭?/p>