莒南縣鈴鐺口攔河閘工程地質(zhì)分析及評價

張繼山 高雪 孟凡成

摘要：鈴鐺口攔河閘位于沭河的支流潯河上，閘址區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性較差，地震基本烈度為Ⅷ度。通過對鈴鐺口攔河閘閘址區(qū)地質(zhì)狀況進(jìn)行勘察，對閘址區(qū)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)、地震、閘基滲透穩(wěn)定性進(jìn)行了分析和評價。

關(guān)鍵詞：鈴鐺口攔河閘；工程地質(zhì)；評價

中圖分類號：TV223文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）35-0143-03

Engineering Geological Analysis and Evaluation of Lingdangkou Sluice in Junan County

ZHANG Jishan1GAO Xue1MENG Fancheng2

（1.Junan County Water Conservancy Comprehensive Guarantee Center，Linyi Shandong 276600；2.Junan County Xingyu Water Conservancy Construction Engineering Co.， Ltd.，Linyi Shandong 276600）

Abstract： Lingdangkou Sluice is located on the Xunke River，a tributary of Shuhe River， The geological structure sta？ bility of the sluice site is poor， and the basic seismic intensity is VIII. Through the investigation of the geological con？ ditions of Lingdangkou Sluice site， the landform， formation lithology， geological structure， hydrogeology， earthquake and seepage stability of the sluice foundation are analyzed and evaluated.

Keywords： Lingdangkou Sluice；engineering geology；evaluate

莒南縣鈴鐺口攔河閘位于沭河一級支流潯河中泓樁號8+650處，閘址距下游沭河口8.7 km，距上游陡山水庫大壩8.3 km。閘址上游流域面積為492 km2。工程永久性建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)30年一遇，設(shè)計工況下過閘流量為1 731 m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核工況下過閘流量為2 528 m3/s。依據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252—2017），攔河閘規(guī)模為大型。鈴鐺口攔河閘是陡山灌區(qū)渠首樞紐工程，始建于1959年。1983年為鋼筋混凝土水力自動翻板閘，運行近40年。長期以來，它在防洪減災(zāi)、保護(hù)下游防洪安全等方面發(fā)揮了巨大作用。但受資金等眾多因素制約，工程長期運行卻年久失修，自然磨損加劇，工程老化嚴(yán)重，存有較大安全隱患。經(jīng)相關(guān)部門按照《水閘安全評價導(dǎo)則》（SL 214—2015）進(jìn)行安全評價，綜合評定為四類閘，各項指標(biāo)無法達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，工程存在嚴(yán)重安全問題，需拆除重建。該項目列入山東省災(zāi)后重點防洪減災(zāi)工程建設(shè)暨水安全保障規(guī)劃，2020年對鈴鐺口攔河閘進(jìn)行拆除重建。為真實反映攔河閘處工程水文地質(zhì)狀況，給工程設(shè)計提供翔實的地質(zhì)資料支持，結(jié)合地質(zhì)勘察成果，對鈴鐺口攔河閘進(jìn)行了工程地質(zhì)分析及評價。

1地質(zhì)勘查

地質(zhì)勘查分別于閘址及上游25 m、下游30 m、下游70 m布置剖面，孔距18.6～50.0 m，孔深10.0～19.2 m，進(jìn)入弱風(fēng)化巖石5～10 m或壓水實驗透水率小于10 Lu。鉆探投入GXY-1A型油壓鉆機(jī)2臺，第四系土層采用硬質(zhì)合金鉆頭開孔，砂層泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，基巖套管護(hù)壁清水鉆進(jìn)，鉆孔內(nèi)配合取樣、原位測試以及壓注水實驗等工作。實驗委托山東省水科學(xué)研究院土工實驗室完成，水質(zhì)分析委托山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實驗室完成。

2地質(zhì)概況

2.1地形地貌

工程區(qū)地處沂沭深斷帶丘陵、剝蝕平原區(qū)東部邊緣。工程區(qū)地貌形態(tài)以剝蝕平原和河谷地貌兩種類型為主。剝蝕平原分布在潯河右岸，一般高出河槽10～50 m，屬于微弱切割，切割深度在10～30 m，風(fēng)化殼發(fā)育不均勻，少量第四系坡殘積物于表面及坡腳殘存。沖溝發(fā)育，寬5～10 m，深2～5 m，長度20～100 m，上游下切作用強(qiáng)，下游兩側(cè)的侵蝕力強(qiáng)。河谷主要為潯河河谷，河谷呈開闊的U字形，主要的微地貌為主河床、漫灘、階地，河床寬度一般在50～120 m，河底高程為86.00～102.00 m，攔河閘以上干流坡降約為1.37‰，漫灘呈零星帶狀分布，寬度10～30 m，高出河床1～2 m，階地呈左右不對稱分布，高出河床4～5 m。

2.2地層巖性

2.2.1基巖。工程區(qū)揭露的基巖主要為中生界白堊系大盛群大土嶺組（K1dt）和田家樓組（K1t）。大土嶺組（K1dt）巖性由復(fù)成分礫巖、含礫粗砂巖、中粗粒砂巖所構(gòu)成的基本層序多旋回組成。表觀呈黃綠色，礫石成分復(fù)雜，磨圓分選差，粗砂質(zhì)膠結(jié)。田家樓組（K1t）具二分段，一段巖性為黃綠色，由含礫砂巖、雜色中細(xì)粒砂巖、粉砂巖構(gòu)成的基本層序多旋回組成，砂巖層理發(fā)育，礫石多為花崗質(zhì)侵入巖，分選磨圓較差；二段巖性為青灰色，由灰紫色細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)泥巖構(gòu)成的基本層序多旋回組成，層理極為發(fā)育。

2.2.2第四系松散層。臨沂組（Qht）分布于潯河兩側(cè)階地上，巖性主要為黃褐色，土質(zhì)為棕黃色壤土，底部夾粗砂、礫石，屬于河漫灘相沉積，屬第四系全新統(tǒng)。沂河組（Qhy）沿潯河河床及漫灘分布，巖性主要為褐黃色礫質(zhì)粗砂、卵礫石，是現(xiàn)代河流沖、洪積產(chǎn)物。

2.3地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺（Ⅰ）—魯西中臺隆（Ⅱ）—魯中深斷裂帶（Ⅲ）—莒縣郯城斷凹（Ⅳ）東部邊緣，周圍25 km范圍內(nèi)構(gòu)造形式主要表現(xiàn)為脆性斷裂構(gòu)造，主要的構(gòu)造線為NNE向，包括沂沭斷裂帶主干大斷裂之沂水—湯頭斷裂、安邱—莒縣斷裂、昌邑—大店斷裂、相邸-高閣莊斷裂，此外還有寨里河—后惠坡子斷裂、老虎峪斷裂等小的斷裂構(gòu)造，以上斷裂控制了第四系沉積輪廓，主要活動期為中生代（絕對年齡為1億年左右）[1]。雖然沂水—湯頭斷裂、昌邑—大店斷裂又在第四紀(jì)晚更新世（Q3）有過活動，但活動區(qū)距離工程區(qū)最近約19 km，因此對工程區(qū)的穩(wěn)定性一般不會造成大的影響。安丘—莒縣斷裂第四紀(jì)全新世（Q4）活動區(qū)距離工程區(qū)最近約6.5 km，對工程區(qū)的穩(wěn)定性有一定影響。

2.4水文地質(zhì)條件

2.4.1地下水。工程區(qū)地下水類型主要有松散巖類孔隙水和基巖類構(gòu)造裂隙水兩大類。松散巖類孔隙水賦存于工程區(qū)第四系沖、洪積地層，巖性以礫質(zhì)粗砂、砂礫石為主，一般具強(qiáng)透水性。主要受大氣降水及側(cè)向徑流補(bǔ)給，以人工開采及向下游低洼排泄為主，與河水呈互補(bǔ)關(guān)系，豐水期河水補(bǔ)給地下水，枯水期地下水補(bǔ)給河水。水位埋深2～5 m，年變幅1～3 m?；鶐r類構(gòu)造裂隙水賦存于巖石構(gòu)造裂隙帶，風(fēng)化程度為弱風(fēng)化，一般具中等透水性。大氣降水為其主要補(bǔ)給來源，以向低洼河流為主要排泄方式，受地貌、巖性及構(gòu)造控制，風(fēng)化裂隙發(fā)育程度不均一，含水層厚度和水位埋深差異較大[2]。

2.4.2河水。根據(jù)取樣試驗結(jié)果，潯河河水的化學(xué)類型為HCO3？SO4-Mg？K+Na？Ca型水，同時含有Cl-，水的總硬度為144 mg/L，總堿度為89 mg/L，礦化度為0.270 g/L。

2.5地震

據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），工程區(qū)的地震動峰值加速度為0.30 g（g為重力加速度），相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度[3]。鈴鐺口閘場地西部6.5 km處存在活動斷裂，閘址區(qū)周圍25 km范圍內(nèi)無5級以上地震活動。

3工程地質(zhì)評價

3.1砂土液化評價

閘址（1）層為礫質(zhì)粗砂；（2）層為壤土，小于5 mm的顆粒質(zhì)量百分率大于30%，小于0.005 mm的顆粒含量質(zhì)量百分率大于18%；（3）層礫質(zhì)粗砂處于飽和狀態(tài)，其小于5 mm的顆粒含量的質(zhì)量百分率大于30%，小于0.005 mm的顆粒含量的質(zhì)量百分率小于18%；（4）層角礫地質(zhì)年代為第四系完更新世，礫巖裂隙帶為相對透水層。根據(jù)標(biāo)貫試驗錘擊數(shù)復(fù)判法，（1）層、（3）層存在液化可能，（2）層、（4）層判為不液化土。判別結(jié)果見表1。

3.2滲透變形評價

閘址內(nèi)（1）層礫質(zhì)粗砂、（3）層礫質(zhì)粗砂、（4）層角礫為不均勻系數(shù)大于5的土，滲透變形類別判為過渡型。（2）層壤土，滲透變形類別判為流土。鈴鐺口攔河閘滲透變形判別及允許比降見表2。

3.3浸沒評價

鈴鐺口攔河閘設(shè)計水位為95.8 m，根據(jù)前期潯河治理地質(zhì)成果，鈴鐺口閘上左庫岸由（2）層壤土和（3）層礫質(zhì)粗砂組成。浸沒的臨界地下水位埋深，考慮土壤毛細(xì)管水上升的高度和安全超高值，根據(jù)工程類別，以地面高程低于97.00 m為浸沒上限。近閘左岸地面高程為97.60～98.48 m，不存在浸沒問題；閘上右?guī)彀队傻[巖組成，基巖面高程高于設(shè)計水位，亦不存在浸沒問題。

3.4滲漏評價

鈴鐺口閘基下伏（3）層礫質(zhì)粗砂具強(qiáng)透水性，滲透系數(shù)為4.20×10-2cm/s。礫巖裂隙帶透水率為55.2 Lu，具中透水性。閘基（3）層礫巖粗砂滲漏可簡化為雙層透水結(jié)構(gòu)，經(jīng)計算，日滲漏量約為112 m3，為輕微滲漏。（3）層礫巖粗砂存在滲漏變形的可能，需采取截滲措施處理。

左閘肩為回填礫質(zhì)粗砂、（2）層壤土及（3）層礫質(zhì)粗砂，具強(qiáng)透水性，易發(fā)生繞閘滲漏。經(jīng)計算，左閘肩繞滲日滲漏量為864 m3，為中等滲漏。右閘肩為回填礫質(zhì)粗砂、礫質(zhì)壤土，具強(qiáng)透水性，易發(fā)生繞閘滲漏；經(jīng)計算，右閘肩繞滲日滲漏量為48 m3，為輕微滲漏。根據(jù)場地地質(zhì)條件，采取截滲措施處理。

3.5地下、地表水腐蝕性評價

工程區(qū)地下水及河水對混凝土無腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

3.6地基基礎(chǔ)建基面評價

鈴鐺口閘建基面高程89.50 m，閘場地土依據(jù)其工程特征判定屬軟弱場地土或堅硬場地土，場地類別為Ⅰ類。

閘基0+000（左岸邊墩）段建基面下為（2）層壤土、（3）層礫質(zhì)粗砂及礫巖。（3）層礫質(zhì)粗砂存在液化、滲漏、滲透穩(wěn)定問題，不能直接作為基礎(chǔ)持力層；（2）層壤土為軟弱層，存在抗滑穩(wěn)定問題，亦不能直接作為基礎(chǔ)持力層，需采取措施進(jìn)行加固處理。根據(jù)場地的地質(zhì)條件，結(jié)合建筑物特點，可采用開挖換填處理，應(yīng)注意清除表層軟弱風(fēng)化及破碎砂質(zhì)泥巖夾層。

閘基0+073-0+114段建基面下以弱風(fēng)化礫巖為主，巖體的工程地質(zhì)類別為BIII1類，巖體較為完整，有一定強(qiáng)度和抗滑、抗變形性能，可作為基礎(chǔ)持力層，滿足建基要求[4]。

閘址節(jié)理裂隙、層面組合起不到控制滑移作用，閘址的基本滑動模式為閘底板與基巖接觸面滑動[5]。水泥土允許承載力建議采用0.18 MPa；基礎(chǔ)底面與弱風(fēng)化砂質(zhì)泥巖的抗剪斷摩擦系數(shù)采用0.49，抗剪斷黏聚力采用0.02 MPa；基礎(chǔ)底面與弱風(fēng)化礫巖的抗剪斷摩擦系數(shù)采用0.7，抗剪斷黏聚力采用0.3 MPa；巖石結(jié)構(gòu)面的抗剪斷摩擦系數(shù)建議采用0.7，抗剪斷黏聚力建議采用0.2 MPa。

4結(jié)語

鈴鐺口攔河閘工程地質(zhì)勘察分析結(jié)果表明，閘址區(qū)屬區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差區(qū)域。施工中需要綜合考慮多方面因素，做好降水截滲，處理滲漏問題，保證鈴鐺口工程施工科學(xué)合理，提升施工工程質(zhì)量和效率，充分發(fā)揮攔河閘工程的價值和效益。

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