中珠聯(lián)圍大涌口泵站新建工程地質(zhì)勘察分析

解 縉

(中源勘測設(shè)計研究有限公司，陜西 西安 710000)

中珠聯(lián)圍大涌口泵站內(nèi)連坦洲大涌，外接西江，地質(zhì)情況復(fù)雜。為了確保其安全運行，需對大涌口水閘進(jìn)行重新建設(shè)。

1 工程概況

大涌口水閘位于中山市坦洲鎮(zhèn)境內(nèi)，是中珠聯(lián)圍干堤上的一座集防洪水(潮)、排洪、抗咸、灌溉為一體的水利工程[1]。工程建于1959年，2006年重建。水閘為12孔，過流總凈寬170.4 m，閘室總寬198 m，閘底板高程-3.5 m(珠基，下同)，最大過閘流量為1774 m3/s，屬Ⅰ等大(1)型工程，其主要建筑物級別為1級，次要建筑物為3級。水閘防潮按100 a一遇最高洪潮位設(shè)計，防洪按50 a一遇洪水設(shè)計，200 a一遇洪水校核。經(jīng)過多年運行，工程病險問題較多，需拆除重建。

2 泵站工程地質(zhì)條件分析

依據(jù)規(guī)范及設(shè)計要求，本次勘察共布置了7個鉆孔(編號分別為BZK1～BZK7)，收集利用了《中山市中珠聯(lián)圍大涌口水閘重建工程初步設(shè)計階段補(bǔ)充巖土工程勘察報告》中的2個鉆孔(ZK9、ZK10)及《中珠聯(lián)圍海堤(馬角至大涌口水閘段)加固工程》中的5個鉆孔(CZK136～CZK140)，供地質(zhì)勘察分析。

2.1 地質(zhì)條件

工程區(qū)位于珠江三角洲南部中珠聯(lián)圍磨刀門水道和大涌口交匯處，區(qū)內(nèi)魚塘溝渠縱橫分布，水系發(fā)育，屬珠江三角洲海陸交互相沉積平原，海濱相一級階地，地勢平坦。工程區(qū)未見活動性斷層發(fā)育。地震動峰值加速度為0.10 g，反應(yīng)譜特征周期值為0.35 s。

地下水類型主要有：第四系上層滯水、孔隙水和基巖裂隙水。地下水位年變化幅度約為 1.5～3.5 m，受漲潮和退潮的影響較大，日變化幅度一般為1.0～1.5 m?？辈炱陂g鉆孔中測得地下水穩(wěn)定水位深度為0.7～2.3 m。場地內(nèi)地下水對混凝土無腐蝕性，在干濕交替情況下對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有中等腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性。具體試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 閘址區(qū)環(huán)境水腐蝕性評價

2.2 場地穩(wěn)定性

工程區(qū)特殊性巖土主要為人工填土、軟土。人工填土具有不均勻、欠固結(jié)、高壓縮、低強(qiáng)度等特性，建議進(jìn)行換填。軟土普遍發(fā)育，淤泥、淤泥質(zhì)土類軟土普遍具有孔隙比大，天然含水率大于液限，多呈流塑狀態(tài)，具高壓縮性、低強(qiáng)度、低透水性、不均勻性、觸變性、流變性、靈敏度較高，容易引起建筑物地基沉降變形及滑移穩(wěn)定等問題，建議對軟土采取地基處理措施。

根據(jù)收集的勘察資料及現(xiàn)場地質(zhì)測繪成果，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料綜合分析，勘察場地及附近未發(fā)現(xiàn)有影響場地穩(wěn)定性的地質(zhì)構(gòu)造，也沒有巖溶或土洞塌陷、地裂縫、滑坡體等不良地質(zhì)作用或地質(zhì)災(zāi)害隱患，總體上本擬建工程場地基本穩(wěn)定，但工程區(qū)分布較厚軟土，屬于抗震不利地段，穩(wěn)定性及適宜性較差，需采取一定的工程措施方能建設(shè)。

2.3 場地地基土層

工程場地內(nèi)人工填土成分較復(fù)雜，該層分布連續(xù)，厚度不均勻，壓實度較差，承載力較低，壓縮性差異較大，為中等透水層；②-1淤泥、②-2淤 泥質(zhì)土層承載力低，壓縮性高，強(qiáng)度低，為微透水層，未經(jīng)處理不能直接作為建筑物基礎(chǔ)的天然地基持力層；③-1粉質(zhì)黏土、③-2砂質(zhì)黏土層呈可塑～硬塑狀，埋藏較深，承載力一般，為微透水層，可作為一般建筑物樁基礎(chǔ)持力層；③-3中粗砂層呈中密～密實狀，承載力中等，埋藏較深，為強(qiáng)透水層，但分布范圍不均勻，不建議作為建筑物樁基礎(chǔ)持力層；④殘積土承載力中等，穩(wěn)定性較好，埋深起伏較大，可作為一般建筑物的樁基礎(chǔ)持力層。各基巖風(fēng)化帶承載力較高，穩(wěn)定性較好，可作為建筑物的樁基礎(chǔ)持力層。

3 主要地質(zhì)問題

3.1 地基承載力差，建筑物基礎(chǔ)易沉降變形

通過現(xiàn)場勘探表明，場地地基上部分布有較厚淤泥、淤泥質(zhì)土層。其中②-1淤泥已揭露層厚9.00～21.50 m，層頂高程-9.14～0.46 m，②-2淤 泥質(zhì)土層厚6.90～27.00 m，層頂高程-22.83～-8.54 m。淤泥等軟土層具有天然含水量高、孔隙比大、靈敏度高、壓縮性大、強(qiáng)度低、物理力學(xué)性質(zhì)差、承載力低等特征，屬于中～高靈敏度，易產(chǎn)生高壓縮變形、側(cè)向滑移或擠出，影響上部建筑物穩(wěn)定，容易發(fā)生建筑物基礎(chǔ)沉降變形現(xiàn)象，不適宜作為基礎(chǔ)持力層進(jìn)行設(shè)計。各巖土層工程特性指標(biāo)建議值見表2。

表2 各巖土層工程特性指標(biāo)建議值匯總

3.2 抗滑及抗沖刷穩(wěn)定性差

根據(jù)鉆探揭示成果，地基土中上部有淤泥、淤泥質(zhì)土層。其抗滑、抗沖刷能力均較差，且強(qiáng)度低，在堆載作用下易引起岸坡滑移。工程建設(shè)中應(yīng)充分考慮到淤泥及淤泥質(zhì)土抗沖刷能力差的不利影響，建筑物基礎(chǔ)應(yīng)深入最大沖刷深度以下一定深度，避免在遭受河流、洪水推力及沖刷、淘蝕作用和地震作用時而發(fā)生土體流失、滑移變形等不良工程問題。

抗滑穩(wěn)定的驗算主要考慮第②-1層淤泥、②-2層 淤泥質(zhì)土[2]。泵站建基面與②-1層淤泥摩擦系數(shù)建議采用0.15，泵站建基面與②-2層淤泥質(zhì)土摩擦系數(shù)建議采用0.18。

3.3 滲透穩(wěn)定問題

根據(jù)各土層現(xiàn)場原位測試和室內(nèi)土工試驗成果,工程地基土中分布的中粗砂滲透變形類型主要為管涌型。各層土的允許水力比降安全系數(shù)取2.5，經(jīng)過計算并結(jié)合本工程場地地基土的工程特性，另外參照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50487—2008)附錄G“土的滲透變形判別”中表G.0.7及《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL 265—2016)中表6.0.4“水平段和出口段允許滲流坡降值”，綜合確定本工程場地地基土的允許水力比降和滲透性指標(biāo)等地質(zhì)建議值見表3。

表3 地基土滲透性等有關(guān)地質(zhì)參數(shù)建議值

擬建泵站基礎(chǔ)位于淤泥層，為極微透水性，屬相對隔水層，其下為淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土、中粗砂層和殘積土層。淤泥質(zhì)土為極微透水層，粉質(zhì)黏土為微透水性，屬相對隔水層；砂層為中等～強(qiáng)透水層，但埋深較大，且上部為厚度較大的相對不透水層，因此閘基基本不存在滲漏問題，但應(yīng)注意淤泥層局部夾大量粉砂及貝殼碎屑，為弱～中等透水性，且上部淤泥層會產(chǎn)生流土型滲透變形破壞，建議采用懸掛式垂直防滲或高壓噴射注漿水平隔滲等方法，也可在滲流出口處鋪設(shè)透水材料，形成壓滲蓋重，防止流土破壞。

3.4 邊坡穩(wěn)定性差

擬建泵房底板設(shè)計高程為-3.50 m，地基土層主要為人工填土、淤泥層，各巖土層邊坡坡率允許值見表4。邊坡穩(wěn)定性差，部分地方需支護(hù)。

表4 各巖土層邊坡坡率允許值

4 基礎(chǔ)處理方案

4.1 泵 房

擬建泵房底板設(shè)計高程為-3.50 m，泵房基礎(chǔ)位于淤泥層上。淤泥層承載力特征值為55 kPa，該層具有天然含水量高、孔隙比大、靈敏度高、壓縮性大、強(qiáng)度低、物理力學(xué)性質(zhì)差、承載力低等特征，未經(jīng)處理一般不宜直接作為建筑物基礎(chǔ)的天然地基的淺基礎(chǔ)持力層。建議對上部淤泥等軟弱土層采用砂石樁法、水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁、真空堆載聯(lián)合預(yù)壓等處理措施，以處理后的復(fù)合地基作為地基持力層，復(fù)合地基承載力宜通過現(xiàn)場靜載荷試驗確定，并進(jìn)行軟弱下臥層驗算；若復(fù)合地基仍不能滿足設(shè)計要求時，也可采用樁基礎(chǔ)型式，樁型建議采用摩擦樁，以殘積土或下部花崗巖風(fēng)化層作為樁端持力層。

4.2 清污橋

清污橋設(shè)計底板底高程-2.00 m，清污橋基礎(chǔ)位于淤泥層上。淤泥層承載力特征值為55 kPa，該層具有天然含水量高、孔隙比大、靈敏度高、壓縮性大、強(qiáng)度低、物理力學(xué)性質(zhì)差、承載力低等特征，未經(jīng)處理一般不宜直接作為建筑物基礎(chǔ)的天然地基的淺基礎(chǔ)持力層。建議對上部淤泥等軟弱土層采用砂石樁法、水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁、真空堆載聯(lián)合預(yù)壓等處理措施，以處理后的復(fù)合地基作為地基持力層，復(fù)合地基地基承載力宜通過現(xiàn)場靜載荷試驗確定，并進(jìn)行軟弱下臥層驗算；若復(fù)合地基仍不能滿足設(shè)計要求時，也可采用樁基礎(chǔ)，樁型建議采用摩擦樁，以殘積土或下部花崗巖風(fēng)化層作為樁端持力層。

4.3 出水涵及防洪閘

出水涵及防洪閘設(shè)計底板高程0.20 m，出水涵及防洪閘基礎(chǔ)位于筑填土、淤泥層上部。淤泥層承載力特征值為55 kPa，該層具有天然含水量高、孔隙比大、靈敏度高、壓縮性大、強(qiáng)度低、物理力學(xué)性質(zhì)差、承載力低等特征，未經(jīng)處理一般不宜直接作為建筑物基礎(chǔ)的天然地基的淺基礎(chǔ)持力層。建議對上部淤泥等軟弱土層采用砂石樁法、水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁、真空堆載聯(lián)合預(yù)壓等處理措施，以處理后的復(fù)合地基作為地基持力層，復(fù)合地基地基承載力宜通過現(xiàn)場靜載荷試驗確定，并進(jìn)行軟弱下臥層驗算；若復(fù)合地基仍不能滿足設(shè)計要求時，也可采用樁基礎(chǔ)，樁型建議采用摩擦樁，以殘積土或下部花崗巖風(fēng)化層作為樁端持力層。

4.4 擋墻及混凝土護(hù)坦

本次擬建擋墻及混凝土護(hù)坦基礎(chǔ)底板高程為-2.00 m。淤泥層承載力特征值為55 kPa，該層具有天然含水量高、孔隙比大、靈敏度高、壓縮性大、強(qiáng)度低、物理力學(xué)性質(zhì)差、承載力低等特征[3]，未經(jīng)處理一般不宜直接作為建筑物基礎(chǔ)的天然地基的淺基礎(chǔ)持力層。建議對上部淤泥等軟弱土層采用砂石樁法、水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁、真空堆載聯(lián)合預(yù)壓等處理措施，以處理后的復(fù)合地基作為地基持力層，復(fù)合地基地基承載力宜通過現(xiàn)場靜載荷試驗確定，并進(jìn)行軟弱下臥層驗算。

4.5 基坑開挖與降排水

(1)基坑開挖。該工程臨近大涌口水閘，擬建泵站基礎(chǔ)位于淤泥層，為極微透水性，屬相對隔水層，閘基基本不存在滲漏問題，但應(yīng)注意淤泥質(zhì)土層局部夾大量粉砂及貝殼碎屑，為弱～中等透水性，且上部淤泥層會產(chǎn)生流土型滲透變形破壞，故基坑開挖應(yīng)避免地面超載，并應(yīng)采取降排水措施以避免雨水浸泡引起基坑失穩(wěn)。施工過程中應(yīng)按相關(guān)規(guī)范對邊坡及周邊進(jìn)行監(jiān)測，做到信息化施工，發(fā)現(xiàn)異常情況及時處理?；娱_挖時應(yīng)對臨近建(構(gòu))筑物進(jìn)行支護(hù)，確?；臃€(wěn)定。建議采用懸掛式垂直防滲或高壓噴射注漿水平隔滲等方法，也可以在滲流出口處鋪設(shè)透水材料，形成壓滲蓋重，防止流土破壞。

(2)降排水。本工程基坑開挖最大深度約6 m，基坑開挖期及主體工程施工期必須進(jìn)行基坑排水?；优潘饕ɑ又車鷿B水和大氣降水。建議采用鉆孔灌注樁、重力式水泥土墻或排樁+內(nèi)支撐的支護(hù)方案?；娱_挖應(yīng)避免地面超載，并應(yīng)采取排水措施以避免雨水浸泡引起基坑失穩(wěn)。

基坑開挖過程中的排水系統(tǒng)布置在基坑的兩側(cè)。排水溝和深井隨基坑開挖逐步下移，并根據(jù)基坑的不同高程，采用分層截流、分級抽水。地面排水系統(tǒng)結(jié)合道路布置，在施工場地四周開挖排水溝。下雨時，基坑周邊的地面匯水，由排水溝攔截，不進(jìn)入基坑。

5 結(jié) 語

通過分析探討可知，工程場地穩(wěn)定性及適宜性較差，地基軟土承載力差，施工前應(yīng)對上部淤泥等軟弱土層采用砂石樁法、水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁、真空堆載聯(lián)合預(yù)壓等處理措施，以提高地基承載力。基坑開挖時應(yīng)對臨近建(構(gòu))筑物采用鉆孔灌注樁、重力式水泥土墻或排樁+內(nèi)支撐的支護(hù)方案，進(jìn)行支護(hù)，并采用分層截流、排水溝攔截、分級抽水，確?；臃€(wěn)定，施工安全。