汾河一壩魚嘴溢流壩存在的工程地質(zhì)問題及處理措施

景林珍

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原 030024）

汾河一壩魚嘴溢流壩存在的工程地質(zhì)問題及處理措施

景林珍

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原 030024）

在取得工程地質(zhì)勘測資料及土工試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對汾河一壩魚嘴溢流壩工程區(qū)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行了分析與評價，得出了相應(yīng)的工程地質(zhì)結(jié)論及處理措施。

汾河一壩；魚嘴溢流壩；工程地質(zhì)條件；分析與評價

1 工程概況

汾河一壩樞紐工程位于太原市尖草坪區(qū)上蘭村西南汾河干流上，系由建于不同年代的魚嘴溢流壩、東西攔河沖沙閘及東西干渠渠首進(jìn)水閘等水工建筑物組成。汾河一壩樞紐工程屬Ⅱ等工程大（2）型水閘，設(shè)計蓄水位為800 m，對應(yīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。主要建筑物為3級，次要建筑物4級。

2 魚嘴溢流壩工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

上游閘壩（魚嘴溢流壩）及新建板樁處地形起伏不平且向汾河下游傾斜。該處汾河河道較為順直，河流方向?yàn)镾19°E，谷底較平坦，寬約90 m，地面高程為797.8～798.1 m。兩岸有土質(zhì)防洪堤，堤頂?shù)孛娓叱虨?04～806 m。

2.2 地層巖性

汾河流域生態(tài)修復(fù)一壩治理段發(fā)育地層為第四系全新統(tǒng)洪沖積物（）和現(xiàn)代人工堆積物（QS）?，F(xiàn)自上而下分述如下：

1）現(xiàn)代人工堆積物（QS）

堆砌塊石：主要為人工堆砌塊石，塊石成分主要為灰?guī)r，分布于溢流壩壩體及防洪堤護(hù)坡，厚2.1～7.2m。

雜填土：由建筑及生活垃圾、煤屑、混石混合土、細(xì)砂等組成，結(jié)構(gòu)松散，厚0.3～8.4 m，零星分布于兩岸防洪堤。

素填土：巖性為淺黃、褐黃色含砂低液限粉土，松散，稍濕，呈硬塑狀，局部含少量小礫石，夾級配不良砂及低液限粉土透鏡體，土質(zhì)不均，厚度3.1～7.3m，分布于兩岸防洪堤。

2）第四系全新統(tǒng)洪沖積物（Q4pal）

巖性表層為淡黃色低液限粉土，結(jié)構(gòu)松散，含植物根系，厚0～1.0 m；其下為卵石混合土，結(jié)構(gòu)松散，分選性較差，局部具架空現(xiàn)象，局部夾級配不良砂及低液限粉土透鏡體，偶含漂石，礫卵石成分主要為灰?guī)r，少量為變質(zhì)巖，磨圓度呈次棱角狀—次圓狀，粒徑一般為10～98 mm，細(xì)粒為中粗砂，主要礦物成份為石英、長石、云母及一些巖屑。該層厚度大于40 m，分布于汾河河床、河漫灘及兩岸。

2.3 水文地質(zhì)

工程區(qū)根據(jù)含水層特征分析，地下水類型為松散巖類孔隙水。含水層為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土、級配不良砂等，富水性主要受顆粒組成、級配、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地形地貌等條件制約，一般富水性較好。據(jù)訪問調(diào)查，地下水埋深大于40 m。當(dāng)汾河河道輸水期或汛期，河水將滲漏補(bǔ)給地下水，故輸水期地下水埋深較淺。區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，地下水自汾河上游向下游逕流排泄。本次勘察期間正值汾河生態(tài)放水，兩岸堤基地下水水位與河水位基本一致，水位埋深一般在0～4 m。

本次勘察對上游閘壩（魚嘴溢流壩）地基及蓄水區(qū)堤基卵石混合土進(jìn)行了鉆孔注水和探坑現(xiàn)場滲水試驗(yàn)，其滲透系數(shù)為16.5～19.5 m/d，屬強(qiáng)透水層。本次勘察取上游閘壩處地下水及河水進(jìn)行了水質(zhì)分析試驗(yàn)，成果見表1。由表可知，該處地下水及河水化學(xué)類型為SO4-HCO3-Ca-Na型水。據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄L中環(huán)境水腐蝕性評價判別標(biāo)準(zhǔn)判別：該處地下水及河水對混凝土無腐蝕，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋無腐蝕，對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

表1 水質(zhì)分析試驗(yàn)成果表

3 魚嘴溢流壩工程地質(zhì)評價

1）壩體概述

魚嘴溢流壩置于全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土層之上，現(xiàn)魚嘴壩左端接?xùn)|攔河沖砂閘；右端接西攔河沖砂閘。其中魚嘴段呈三角狀，順河長約75 m，壩高1.4～2.6 m，上游寬約8 m，下游寬約35 m；溢流壩段順河長約 205 m，壩高 2.1～3.6 m，頂寬 4～6 m，主要由塊碎石組成，局部進(jìn)行了充填灌漿處理，周邊為漿砌石，厚2.0～2.5 m，壩頂用水泥砂漿抹面。魚嘴壩及溢流壩壩體主要由塊石和卵石混合土組成，周邊為漿砌石，厚2.0～2.5 m，部分壩頂用水泥砂漿抹面。據(jù)所收集地質(zhì)資料，魚嘴段壩體上部卵石混合土顆粒組成為：卵石含量27.34%～27.88%，平均值為27.61%；礫石含量47.10%～51.30%，平均值為49.2%；砂粒含量16.82%～22.44%，平均值為 19.63%；粉黏粒含量 2.59%～4.55%，平均值為3.57%；不均勻系數(shù)為17.53～31.18，平均值為 24.36；曲率系數(shù)為 0.42～0.65，平均值為0.54。

它可以保證報警設(shè)備的正常運(yùn)行時間，縮短維保時間，并及時提醒技術(shù)人員更換設(shè)備或維護(hù)設(shè)備。使設(shè)備的使用壽命增長，同時進(jìn)一步提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

2）壩基土工程地質(zhì)特性

魚嘴溢流壩壩基持力層為第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）卵石混合土，結(jié)構(gòu)松散，分選性較差，局部具架空現(xiàn)象，局部夾級配不良砂及低液限粉土透鏡體，偶含漂石，礫卵石成分主要為灰?guī)r，少量為變質(zhì)巖，磨圓度呈次棱角狀—次圓狀，粒徑一般為15～98 mm，細(xì)粒為中粗砂，主要礦物成份為石英、長石、云母及一些巖屑。壩基卵石混合土大型篩分試驗(yàn)成果見表2。由表可知，其顆粒組成為：卵石含量29.4%～37.1%，平均值為32.1%；礫石含量33.5%～45.81%，平均值為41.4%；砂粒含量21.7%～25.2%，平均值為23.0%；粉黏粒含量3.1%～4.2%，平均值為 3.5%；不均勻系數(shù)為 39.2～71.0，平均值為 52.2；曲率系數(shù)為 0.5～0.6，平均值為0.6。鉆孔圓錐動力觸探試驗(yàn)成果見表3，其圓錐動力觸探錘擊數(shù)N＇=10～19擊，平均值14.3擊，修正后的圓錐動力觸探錘擊數(shù)N=9.1～12.5擊，平均值10.6擊，屬稍密—中密狀態(tài)。根據(jù)全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土的顆粒組成、級配、結(jié)構(gòu)和鉆孔圓錐動力觸探錘擊數(shù)等綜合分析，建議其承載力200～250 kPa。

3）壩基土滲透穩(wěn)定性評價

魚嘴溢流壩壩基全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土層結(jié)構(gòu)松散，分選性差，在壩基及上下游連續(xù)分布且在壩后直接出露，為壩后滲流出逸提供了條件。在溢流壩上下游水位差產(chǎn)生的滲壓作用下，該卵石混合土可能產(chǎn)生滲透變形，存在滲漏及滲透穩(wěn)定問題。以下對其可能產(chǎn)生的滲透變形類型及允許水力比降進(jìn)行判別和計算。

①滲透變形類型判別

據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄G，對于不連續(xù)級配土，土的細(xì)粒含量P按級配曲線中平緩段確定；對于連續(xù)級配的土，界線粒徑則按公式（1）確定：

表2 魚嘴壩壩基卵石混合土篩分成果統(tǒng)計表

表3 魚嘴壩壩基卵石混合土圓錐動力觸探試驗(yàn)成果表

d70——小于該粒徑的含量占總土重70%的顆粒粒徑，mm；

d10——小于該粒徑的含量占總土重10%的顆粒粒徑，mm。

壩基卵石混合土的不均勻系數(shù)、細(xì)粒含量見表4，根據(jù)壩基卵石混合土的不均勻系數(shù)和細(xì)粒含量，按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008），判別滲透變形型式見表4，由表可知壩基卵石混合土滲透變形類型主要為管涌。

②臨界水力比降及允許水力比降

據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄G：管涌型臨界水力比降采用公式（2）計算，計算結(jié)果也見表4，壩基卵石混合土的臨界水力比降Jcr為0.19～0.21，平均值為0.20，考慮到工程的重要性，取安全系數(shù)2，其允許水力比降J為0.10。

式中：Jcr——土的臨界水力比降；

Gs——土的顆粒密度與水的密度之比；

n——土的孔隙率，（%）；

d5、d20——分別占總土重的5%和20%的土粒粒徑，mm。

4）壩后洪水沖刷評價

該魚嘴溢流壩壩長約280 m，壩后主要由卵石混合土組成，結(jié)構(gòu)松散，分選較差，局部具架空現(xiàn)象，其抗沖刷能力低，在水流的沖刷和淘蝕作用下易形成沖刷坑，影響壩基土體的穩(wěn)定，存在壩后沖刷問題。現(xiàn)溢流壩壩后設(shè)有海漫，主要由卵石混合土組成，但因沖刷局部已破壞，建議對壩后海漫進(jìn)行加固整修，確保壩后土體穩(wěn)定。

表4 魚嘴壩壩基卵石混合土滲透變形成果統(tǒng)計表

4 結(jié)論

魚嘴溢流壩及防滲板樁處地基持力層為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土，局部夾級配不良砂及低液限粉土透鏡體，偶含漂石。閘壩地基存在滲漏和滲透變形問題，建議對基礎(chǔ)底部采取固結(jié)灌漿及帷幕灌漿，灌漿深度至基礎(chǔ)地面底部以下10～30 m，再者，閘壩后還存在沖刷問題，現(xiàn)溢流壩壩后設(shè)有海漫，主要由卵石混合土組成，但因沖刷局部已破壞，建議對壩后海漫進(jìn)行加固整修，確保壩后土體穩(wěn)定。

Existing Engineering Geology Problems on the Fish-mouth Spillway Weir of the No.1 Fenhe Barrage and the Treatment Measures

JING Lin-zhen

On the basis of the obtained engineering geology exploration data and the geotechnical test results，the paper analyzes and assesses the engineering geology condition of the fish-mouth spillway weir of the No.1 Fenhe Barrage，and gives the corresponding engineering geology conclusion and treatment measures

NO.1 Fenhe Barrage；fish-mouth spillway weir；engineering geology condition；analysis and assessment

TV221

B

1006-8139（2017）02-027-03

2017-01-23

景林珍（1983-），女，2009年畢業(yè)于河北工程大學(xué)水利水電工程專業(yè)，工程師。