海城河橡膠壩原位測(cè)試及地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

徐 萌

(遼寧省大伙房水庫管理局有限公司，遼寧 撫順 113000)

1 概 述

海城河橡膠壩工程位于海城市海城河干流上，海城河橡膠壩址位于海城新建的中心橋上游約1150m處。橡膠壩布置在河道主槽內(nèi)，壩長(zhǎng)220m。主體建筑為220m橡膠壩，橡膠壩控制室、泵房各一座及護(hù)岸工程。本次工程為海城河橡膠壩工程，主要建筑物有橡膠壩、泵房和護(hù)坡，施工過程中需要有圍堰、臨時(shí)堆渣場(chǎng)、臨時(shí)施工占地、臨時(shí)施工道路、棄渣場(chǎng)和施工導(dǎo)流。

本工程開挖量大于回填量，不布設(shè)土料場(chǎng)，回填土方來自于自身開挖和其他建筑物的開挖土方。工程占地總面積11.73hm2，其中主要建筑物占地2.14hm2，臨時(shí)占地9.59hm2。

2 區(qū)域地質(zhì)

2.1 地形地貌

壩址位于兩岸河漫灘及河床上，且以河床為主，河道垂直寬度約220m，地面高程為13.6-26.8m，壩址區(qū)河漫灘整體地形平緩，左側(cè)河漫灘有堆積而成的土丘，形成河心島，中間存在多處低洼地，并有積水，形成淺水塘。

2.2 地層巖性

橡膠壩壩址區(qū)為第四系沖洪積地層，現(xiàn)自上而下分述如下：

1)回填土：為人工回填的河道沖積土，呈黃褐色-褐色，結(jié)構(gòu)松散，夾有粉細(xì)砂和粉質(zhì)黏土，干強(qiáng)度和韌性低，層厚2.0-3.8m，層底高程13.32-16.16m，除JK(鉆孔)9外，每個(gè)鉆孔都是分布的。

2)粉質(zhì)黏土：黃褐色，微濕，塑性狀態(tài)，中等干強(qiáng)度，韌性，中等壓縮性，層厚1.0- 3.4m，層底高程13.4- 21.59m，僅分布于JK1、JK2、JK3、JK5和JK9鉆孔[1]。

3)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰色，飽和狀態(tài)，軟塑性狀態(tài)，高壓縮性，層厚1.0-2.6m，層底高程11.5-19.09m，各鉆孔均有分布[2]。

4)粗砂：黃褐色，中密狀態(tài)，石英長(zhǎng)石質(zhì)，層厚0.4-3.7m，層底高程10.32-13.89，除JK1、JK2和JK3，其他鉆孔均有分布。JK9鉆孔夾1.4m后黏土夾層。

5)圓礫：黃色，中密狀態(tài)，磨圓一般，層厚1.5-2.7m，層底高程10.1-11.19m，層位不穩(wěn)定，分布于JK1、JK2、JK3和JK9鉆孔。

6)黏土：黃褐色，飽和，中等干強(qiáng)度和韌性，塑性狀態(tài)，中等壓縮性，層厚4.9-13.4m，各鉆孔均有分布，鉆孔也都沒有穿透此層[3]。

6-1)粗砂：黃褐色，飽和，中密狀態(tài)，以透鏡體形式存在于JK8鉆孔[4]。

6-2)粗砂：黃褐色，飽和，中密狀態(tài)，以透鏡體形式存在于JK4、JK6和JK8鉆孔[5]。

2.3 壩址區(qū)水文地質(zhì)條件

根據(jù)本次勘察得知：該區(qū)域地下水屬第四紀(jì)孔隙水，勘察期間橡膠壩壩址區(qū)水位高程為14.42-17.56m。

本次勘察在壩址區(qū)海城河取一組水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，其分析結(jié)果詳見表1。從表1可見，河水的HCO3-含量分別為329.40mg/L；PH值均為6.7；腐蝕性CO2含量為8.80mg/L；Mg2+含量分別為19.46 mg/L[6]；SO42-含量分別為168mg/L；根據(jù)分析結(jié)果可判定該場(chǎng)區(qū)海城河河水化學(xué)類型為重碳酸鈣型水，PH值為6.6，屬弱酸性。

表1 水質(zhì)分析成果匯總表

3 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

3.1 壩基各土層原位測(cè)試

壩基原位測(cè)試采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和動(dòng)力觸探試驗(yàn)，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果詳見表2。

表2 壩基各土層原位測(cè)試指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

3.2 壩基各土層地基承載力值

壩基各土層地基承載力值見表3。

表3 壩基各土層地基承載力

3.3 壩基各土層凝聚力、內(nèi)摩擦角及摩擦系數(shù)

壩基各土層的凝聚力值和內(nèi)摩擦角系通過計(jì)算并按照類比法結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定。在壩基穩(wěn)定計(jì)算中④層粗砂內(nèi)摩擦角建議值為30°；⑤層圓礫內(nèi)摩擦角建議值為39°；(6-1)層粗砂內(nèi)摩擦角建議值為31°；(6-2)層粗砂內(nèi)摩擦角建議值為31°。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，給出建筑物基礎(chǔ)底面與④層粗砂之間的摩擦系數(shù)建議值f=0.45；與⑤層圓礫之間的摩擦系數(shù)建議值f=0.5；與⑥層黏土之間的摩擦系數(shù)建議值f=0.35[7-8]。

3.4 壩基各土層滲透性及滲透穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

本場(chǎng)區(qū)各土層滲透系數(shù)由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算數(shù)據(jù)給出，砂土的滲透系數(shù)按有效粒徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式計(jì)算：

K=Cd102(0.7+0.03t)

(1)

式中：K為滲透系數(shù)，m/d；d10為顆粒的有效粒徑，mm；t為滲透水的溫度，℃，此工程取100C；C為常數(shù)，黏土質(zhì)砂為500-700，純砂為700-1000。④層粗砂d10=0.354mm，⑤層圓礫d10=0.81mm，(6-1)層粗砂d10=0.361mm，由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算可知各土層滲透性分級(jí)，見表4。

表4 砂土滲透系數(shù)計(jì)算表

3.5 壩基飽和砂土的液化判別

勘察場(chǎng)地區(qū)基本地震烈度為Ⅶ，調(diào)查工作按照《水利水電工程地質(zhì)調(diào)查規(guī)范》的規(guī)定，對(duì)壩基飽和砂土進(jìn)行了液化評(píng)價(jià)[9]。經(jīng)判定，本場(chǎng)區(qū)飽和砂土不存在地震液化問題。

4 橡膠壩水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件

4.1 壩基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)地形及壩體設(shè)計(jì)要求，建壩時(shí)，①層回填土，結(jié)構(gòu)松散，建議挖除，②層粉質(zhì)黏土主要分布于河兩岸，推薦承載力為130kPa，土質(zhì)較好，對(duì)壩體穩(wěn)定不利影響較小。③層粉質(zhì)黏土處于軟可塑性狀態(tài)，承載能力差，建議挖除或進(jìn)行地基處理。④層粗砂和⑤層圓礫承載力建議值分別為240 kpa和400 kpa，可作為橡膠壩基礎(chǔ)的天然支撐層。但鑒于該層厚度較小，建議設(shè)計(jì)進(jìn)行變形穩(wěn)定驗(yàn)算。⑥層黏土，呈可塑狀態(tài)，承載力建議值為130 kpa，該層層位較穩(wěn)定，厚度大，可作為較好的下臥層，JK4、JK6和JK8揭露的粗砂透鏡體分布范圍小，且埋藏較深，對(duì)壩基穩(wěn)定影響較小。

4.2 基坑開挖評(píng)價(jià)

因該場(chǎng)地地下水埋深較淺，且工程區(qū)位于主河床，基坑開挖時(shí)建議采用井點(diǎn)降水配合明排法進(jìn)行基坑排水，以滿足基礎(chǔ)施工要求。應(yīng)先將地下水降至設(shè)計(jì)要求后，再進(jìn)行基坑開挖，這樣可避免開挖過程中出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)，給工程帶來不必要的影響?；娱_挖可按自然放坡考慮，開挖5m深度范圍內(nèi)給定回填土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土邊坡坡比1∶1.5，粗砂與圓礫石坡比1∶1.5，黏性土邊坡坡比1∶1.2[10]。如果開挖深度超過5m，建議設(shè)馬道分層開挖。

4.3 沖刷影響評(píng)價(jià)

橡膠壩蓄滿水后，河水沿橡膠壩壩頂會(huì)產(chǎn)生溢流，由于水頭作用，一定會(huì)對(duì)下游產(chǎn)生一定的沖刷作用，長(zhǎng)期下去有可能在下游壩腳附近形成沖刷坑，對(duì)于壩體穩(wěn)定不利。所以，建議考慮沖刷影響，從結(jié)構(gòu)上采取一定措施來消除沖刷影響。

4.4 壩基滲漏及滲透穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

壩址區(qū)主要透水層為粗砂和圓礫層，呈強(qiáng)透水性，蓄水后會(huì)存在壩基滲漏問題。需驗(yàn)算水量能否滿足正常蓄水要求，應(yīng)采取必要的防滲處理措施。根據(jù)對(duì)滲透變形的判定，壩址區(qū)砂性土滲透變形形式均為流土型，建議按照?qǐng)?bào)告給定的允許水力比降并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行滲透穩(wěn)定性驗(yàn)算，以確定是否產(chǎn)生滲透破壞。

4.5 天然建筑材料

本次橡膠壩填筑材料，本著經(jīng)濟(jì)可行方案，建議就地取材。橡膠壩填充料可利用河道應(yīng)清楚的土料和距離項(xiàng)目區(qū)約5km的料場(chǎng)取土相結(jié)合，所需石材就近外購。天然建筑材料場(chǎng)地勘察不作為本次任務(wù)的重點(diǎn)。

5 結(jié) 語

本次勘察壩址位置由業(yè)主和設(shè)計(jì)初步選定，如果壩址位置調(diào)整，距離現(xiàn)壩址較近的情況下可參考本次勘察成果，如調(diào)整范圍較大，建議進(jìn)行補(bǔ)充勘察。海城河水對(duì)混凝土和混凝土中的鋼筋沒有腐蝕作用，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕作用較弱。

壩址區(qū)①層回填土結(jié)構(gòu)松散建議挖除。③層粉質(zhì)黏土具有軟塑性狀態(tài)，承載能力差，建議挖除或進(jìn)行基礎(chǔ)處理。④層粗砂和⑤層圓礫承載力建議值分別為240kPa和400kPa，可滿足地基穩(wěn)定要求，但該層厚度較小，建議設(shè)計(jì)進(jìn)行變形穩(wěn)定驗(yàn)算。⑥層黏土，呈可塑狀態(tài)，承載力建議值為130kPa，該層層位較穩(wěn)定，厚度大，可作為較好的下臥持力及防滲層，JK4、JK6和JK8揭露的粗砂透鏡體分布范圍小，且埋藏較深，對(duì)壩基穩(wěn)定影響較小。