山東省陽信縣雁洲湖水庫工程地質(zhì)特征及評價

陰福

摘要：雁洲湖水庫工程位于簸箕李、小開河引黃灌區(qū)下游，小開河輸沙渠以西，陽信縣城東南12km，河流鎮(zhèn)境內(nèi)，主要工程內(nèi)容包括圍壩、建筑物，設(shè)計庫容954.96m3×104m3。場區(qū)屬淺平洼地類型，大地構(gòu)造單元位于華北盆地斷坳區(qū)濟(jì)陽斷陷內(nèi)，為區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)。圍壩地基土主要由壤土、砂壤土及粉砂構(gòu)成，透水性均為中等，水庫蓄水后壩基滲漏嚴(yán)重，應(yīng)采取有效防滲截滲處理，研究結(jié)果為工程設(shè)計及建設(shè)提供重要的參考。

關(guān)鍵詞：陽信縣；雁洲湖水庫；工程地質(zhì)

1.庫區(qū)地質(zhì)概況

1.1地形地貌

擬建雁洲湖水庫屬黃河下游沖積平原，微地貌屬淺平洼地類型，地勢平坦，坡度很緩，地面高程6.40m～7.20m之間。規(guī)劃庫區(qū)內(nèi)大部分為農(nóng)田，區(qū)內(nèi)排灌溝渠縱橫交錯，相互貫通，渠底高程一般在4.00m～5.00m之間。

庫區(qū)地貌類型單一，構(gòu)造簡單，不具備崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害產(chǎn)生的條件。且沒有地下礦產(chǎn)資源開采活動，形不成采空區(qū)及塌陷區(qū)。經(jīng)調(diào)查，庫區(qū)內(nèi)無文物古跡，無與透水層聯(lián)通的井位。

1.2地層巖性

在勘探深度內(nèi)，庫區(qū)地層上部為第四系全新統(tǒng)洪積層，沉積物巖性為壤土、砂壤土及粉細(xì)砂，厚度變化較大，分布不穩(wěn)定。下部為第四系全新統(tǒng)洪積堆積的粉砂和壤土等。

1.3地質(zhì)構(gòu)造及地震

場區(qū)大地構(gòu)造單元位于華北盆地斷坳區(qū)濟(jì)陽斷陷內(nèi)，近場區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要斷裂有陽信—義和莊斷裂、臨邑—濱縣斷裂等，無穿越庫址區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造，為區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)。

據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃》（GB18306-2015），庫區(qū)所在區(qū)域地震動峰值加速度為0.05g，相應(yīng)地震基本烈度Ⅵ度。按山東省人民代表大會常務(wù)委員會第213號公告《山東省建設(shè)工程抗震設(shè)防條例》，工程區(qū)地震動峰值加速度調(diào)整為0.10g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。

1.4水文地質(zhì)條件

（1）水文氣象

庫區(qū)地處暖濕半濕潤季風(fēng)性氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，光照充足，雨熱同季。

根據(jù)濱州市氣象局近40年以來的統(tǒng)計資料顯示：陽信縣極端最高氣溫為40.9℃，極端最低氣溫-20.9℃，年平均氣溫12.5℃；一日最大降水量為150.4mm，年均降水量為588.5mm；最大風(fēng)速（10min）20.7m/s，極大風(fēng)速為38.3m/s，最大風(fēng)速（2min）為25m/s，年平均風(fēng)速2.7m/s；區(qū)域內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)土深度為0.60m。

（2）水文地質(zhì)特征

區(qū)域內(nèi)地下水為第四系孔隙潛水，主要含水層為砂壤土及粉砂，滲透性能為中等，含水層間聯(lián)系密切。含水層滲透系數(shù)為3.0cm/s×10-4cm/s～4.00cm/s×10-3cm/s，屬中等透水層。

場區(qū)地下水位埋藏較淺，勘察時水位埋深在1.40m～ 2.40m之間，穩(wěn)定水位標(biāo)高4.80m～5.15m。地下水補(bǔ)給來源以大氣降水和位于場區(qū)的溝渠、池塘側(cè)滲為主，排泄途徑以人工開采和地面蒸發(fā)為主。水位變化受季節(jié)影響較明顯，變化幅度一般在自然地面下1.00m～4.00m之間。

地下水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na+K·Ca及Cl·SO4-Na+K型，pH值在7.80左右，為弱堿性水。場區(qū)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕，腐蝕類型為硫酸鹽型。干濕交替作用環(huán)境條件下，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具中等腐蝕，對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕。

（3）水文地質(zhì)參數(shù)

在水庫圍壩壩基第2層壤土安排雙環(huán)滲水試驗4處，通過試驗綜合確定各層滲透系數(shù)建議值見下表1：

2.圍壩工程地質(zhì)特性

2.1壩基土層特征及分布規(guī)律

規(guī)劃水庫圍壩壩軸線總長4581m，在勘探深度內(nèi)均為第四系全新統(tǒng)沖積層，沉積物以壤土、砂壤土及粉砂為主。在勘探深度內(nèi)自上而下可分為8主層（含3亞層）分別詳述如下：

1層耕土：黃褐色，以壤土為主，含植物根系。場區(qū)普遍分布，厚度：0.40m～1.10m，平均0.76m；層底標(biāo)高：5.79m～ 6.30m，平均6.05m；層底埋深：0.40m～1.10m，平均0.76m。

2層壤土：棕褐色，可塑，切面稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性中等，無搖震反應(yīng)，含鐵質(zhì)氧化物。場區(qū)普遍分布，厚度：1.00m～4.80m，平均3.04m；層底標(biāo)高：0.82m～4.41m，平均2.56m；層底埋深：2.40m～6.20m，平均4.24m。

2-1層砂壤土：灰黃色，濕，中密，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，搖震反應(yīng)迅速。場區(qū)分布不連續(xù)，厚度：0.40～ 1.30m，平均0.76m；層底標(biāo)高：3.52m～4.88m，平均4.32m；層底埋深：1.80m～3.50m，平均2.47m。

3層砂壤土：灰黃色，濕，中密，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，搖震反應(yīng)迅速。場區(qū)普遍分布，厚度：0.50m～1.90m，平均1.12m；層底標(biāo)高：-0.05m～1.36m，平均0.69m；層底埋深：5.50m～6.70m，平均6.07m。

3-1層砂壤土夾粉砂：灰黃色，濕，中密，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，搖震反應(yīng)迅速。場區(qū)分布不連續(xù)，厚度：4.60m～8.40m，平均6.80m；層底標(biāo)高：-4.08m～-0.31m，平均-2.77m；層底埋深：7.30m～10.80m，平均9.55m。

4層壤土：黃褐色，可塑，切面稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性中等，無搖震反應(yīng)，含鐵質(zhì)氧化物及姜石。場區(qū)普遍分布，厚度：0.80m～3.40m，平均2.30m；層底標(biāo)高：-2.29m～-0.70m，平均-1.52m；層底埋深：7.60m～9.20m，平均8.35m。

5層砂壤土：灰黃色，濕，中密，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，搖震反應(yīng)迅速。場區(qū)普遍分布，厚度：0.60m～1.70m，平均1.03m；層底標(biāo)高：-3.58m～-1.69m，平均-2.35m；層底埋深：8.50m～10.60m，平均9.18m。

6-1層砂壤土：灰黃色，濕，中密，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，搖震反應(yīng)迅速。場區(qū)分布不連續(xù)，厚度：0.70m～ 5.50m，平均3.03m；層底標(biāo)高：-8.20m～-5.71m，平均-7.11m；層底埋深：12.40m～15.00m，平均13.85m。

6層壤土：黃褐色，可塑，切面稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性中等，無搖震反應(yīng)，含鐵質(zhì)氧化物。場區(qū)普遍分布，厚度：0.90m～8.50m，平均4.66m；層底標(biāo)高：-10.40m～-7.81m，平均-8.88m；層底埋深：14.50m～17.60m，平均15.68m。

7層砂壤土夾粉砂：灰黃色，濕，密實，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，搖震反應(yīng)迅速。場區(qū)普遍分布，厚度：0.50m～11.70m，平均5.27m；層底標(biāo)高：-19.62m～-8.70m，平均-13.89m；層底埋深：16.00m～26.30m，平均20.70m。

8層壤土：黃褐色，可塑，切面稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性中等，無搖震反應(yīng)。該層未穿透。

2.2壩基滲漏估算

壩址區(qū)地下水為第四系孔隙潛水，地下水位埋深一般1.40m～2.40m，2、2-1、3、3-1、4、5、6-1層土滲透系數(shù)1.15cm/s×10-4cm/s～3.77cm/s×10-3cm/s，具中等透水性，第6層壤土滲透系數(shù)7.96×10-5，具弱透水性，可作為相對隔水層。諸透水層間水力聯(lián)系密切，透水性差別較小，依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》SL274-2001第8.1.7條規(guī)定，可視為均質(zhì)透水體。壩基滲漏計算采用如下公式。

計算中，滲漏壩段長取3481m。上游水位采用設(shè)計蓄水位高程13.03m，下游水位采用勘察期間平均地下水位高程4.98m。壩基第6層壤土可作為相對隔水層，計算深度至第6層壤土。

經(jīng)計算，壩基年滲漏量為114.31m3×104m3，占水庫容量（954.96×104m3）的11.97%，水庫滲漏損失嚴(yán)重，建議采取有效的防滲截滲措施。

2.3壩基土滲透變形判別與評價

壩基表層土為壤土，均具中等透水性，水庫建成蓄水后，會出現(xiàn)較大的動水壓力，在滲流作用下，可能發(fā)生滲透變形破壞。

（1）壩基滲透變形類型

壩基表層②層壤土，局部為砂壤土，滲透性中等，存在滲漏和滲透變形問題，滲透破壞形式為流土。

（2）土的臨界水力比降及允許水力比降

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）

式中：Jcr——土的臨界水力比降；

GS——土粒比重；

n——土的孔隙率（以小數(shù)計）。

土的允許水力比降采用2.0的安全系數(shù)，計算結(jié)果見下表2：

根據(jù)試驗結(jié)果結(jié)合工程類比，②層壤土允許水力比降建議值為0.24。

2.4壩后浸沒及土壤鹽漬化分析

規(guī)劃庫區(qū)地勢低洼平緩，壩基地層第四系全新統(tǒng)沖積層，為中等透水層，水庫周邊和圍壩外側(cè)地面高程低于水庫設(shè)計正常蓄水位，根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50487-2008，庫外符合浸沒的初判條件，壩后均為易浸沒區(qū)。

規(guī)劃水庫南側(cè)為霧蓿洼水庫，北側(cè)為東支流，不存在壩后浸沒問題。

勘察期間實測資料顯示，庫外東、西側(cè)地面高程6.40m～ 7.10m，水庫圍壩外側(cè)地下水位埋深1.60m～2.00m。根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50487-2008的浸沒臨界深度經(jīng)驗值，在鹽漬化地區(qū)，砂壤土、黏壤土的浸沒臨界深度1.5m～2.1m，勘探期間地下水位已經(jīng)接近浸沒臨界深度。由此初步判定，水庫建成可能存在壩后浸沒問題?？辈炱陂g地表無鹽白色，農(nóng)作物的生長良好。

2.5壩基土的液化判別

據(jù)土工試驗資料，勘察范圍內(nèi)2、2-1、3、3-1、4、5、6、6-1層土的粘粒含量依次為22.8%、9.4%、10.1%、5.0%、22.2%、9.0%、21.8%、9.2%，依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50487-2008附錄P的規(guī)定，粘粒含量≥16%的2、4、6層壤土，可判為不液化；粘粒含量≤16%的2-1、3、3-1、5、6-1層土，初判為可能發(fā)生液化土。對初判可能發(fā)生液化的飽和土采用標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)法進(jìn)行復(fù)判。

當(dāng)土的實測標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)（未經(jīng)桿長修正）N值小于臨界值Ncr時，判別為可液化土，否則為不液化土。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判別法計算，壩基土2-1層土存在液化現(xiàn)象。

3.圍壩工程地質(zhì)評價

（1）圍壩地基土主要由壤土、砂壤土及粉砂構(gòu)成，0+ 700～2+000左右下伏3-1層砂壤土夾粉砂層，透水性均為中等，經(jīng)計算，水庫蓄水后壩基滲漏嚴(yán)重，應(yīng)采取有效防滲截滲處理。

（2）經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判別法計算，壩基土存在液化現(xiàn)象，建議采用地基加固處理措施。

（3）壩基存在滲透變形問題，類型為流土，表層壤土允許坡降建議值為0.24。

（4）水庫南側(cè)、北側(cè)不存在壩后浸沒問題，水庫滲漏可能造成水庫東、西壩后土壤鹽漬化，建議對水庫采取壩后排滲措施。

（5）勘察期間潛水位起伏不大，埋深在1.40m～2.40m之間，穩(wěn)定水位標(biāo)高4.80m～5.15m，場區(qū)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕，腐蝕類型為硫酸鹽型。干濕交替作用環(huán)境條件下，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具中等腐蝕，對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕。場區(qū)地表水對混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕，腐蝕類型為硫酸鹽型。干濕交替作用環(huán)境條件下，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具中等腐蝕，對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕。

（6）場地土的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)土深度為0.60m，建議采取防凍保護(hù)措施。

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