基于清河橡膠壩壩址水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件評價

喬 雷

(遼寧省鐵嶺市清河區(qū)水利局，遼寧 鐵嶺 112003)

1 概 述

清河是遼河左岸的一條較大支流，有南北兩個分支，其中南支為干流,發(fā)源于遼寧清原縣老虎頂山，南北兩支流在遼寧的開原縣與遼寧的西豐縣匯合，并在遼寧開原縣的業(yè)民鎮(zhèn)流入遼河，清河流域面積為5150km2。

清河水庫位于清河干流上，位于清河干流，控制區(qū)面積2376km2，占清河流域總面積的49%，總庫容9.71億m3。壩址距下游昌圖鐵路橋和開原縣約13 km。壩址處1956-2007年多年平均徑流量6.74億m3。在清河水庫壩址處，河道長122 km，寬30 - 300 m，平均坡度2.03‰，河道為礫粗砂。清河水庫以下至河口段，河床以細砂、粗砂為主。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300m，擬建壩址長度約277m，地面高程為86.97-91.67m，壩址區(qū)河漫灘整體地形平緩。

2 地層巖性

① 素填土：為人工回填河流沖積土，呈黃褐色-褐色，結(jié)構(gòu)疏松，細粉土和粉質(zhì)黏土,干強度和韌性低，層厚2.3-4.0m，層底高程82.81-85.54m，河道左岸鉆孔各鉆孔均有分布[1]。

②礫砂：低棕褐色、飽和、微壓實至壓實狀態(tài)，礫石成分主要為石英、長石，礫徑2-20mm，含量40%-45%，粗砂充填，局部混土量高，層厚1.2- 3.5m，層底高程82.04- 84.76m，僅ZK1、ZK4號鉆孔揭示。

②-1粉質(zhì)黏土：灰色，飽和軟塑性，壓縮性高，層厚2.1m，底標高82.66m，僅ZK1號鉆孔揭示。

③粉土：棕褐色、飽和、軟塑性狀態(tài)，干強度較差，韌性較差，層厚0.8-2.3m，層底高程78.51-81.24m，河道左岸鉆孔各鉆孔均有分布。

④級配不良的圓礫：黃褐色，致密狀態(tài)下，礫石成分主要為石英、長石，礫石直徑2-20mm，含量50%-55%，中粗砂充填，層厚0.9-3.5m，層底高程79.71-81.76，僅發(fā)現(xiàn)ZK1、ZK2和ZK3號鉆孔揭示。

⑤礫砂：棕色，飽和，微致密到致密狀態(tài)，礫石成分主要為石英和長石，礫石直徑為2-20mm。含量40%-45%，中粗砂充填，局部土摻量高，揭示層厚2.5- 15.0m，層底高程70.76- 76.96m，各鉆孔均有揭示。

⑤-1 粗砂；黃棕色,飽和,中等密度,層厚度1.2 m,底部高程75.76 m,僅ZK1號鉆孔揭示。

3 壩址區(qū)水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察得知：本區(qū)地下水屬第四系孔隙水，勘察期間橡膠壩壩址區(qū)水位高程為84.06-88.65m。

勘察在壩址區(qū)清河取一組水樣進行水質(zhì)簡分析，其分析結(jié)果詳見表1。

表1 水質(zhì)分析成果匯總表

從表1可見，河水的HCO3-含量為1.778mg/L；pH值均為7.08；腐蝕性CO2含量為0 mg/L；Mg2+含量為19.59 mg/L；SO42-含量為208.46mg/L；根據(jù)分析結(jié)果可判定該場區(qū)河水化學類型為SO42-HCO3--Ca2+，pH值為7.08，屬弱堿性。

3.1 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

3.1.1 壩基各土層物理力學性質(zhì)

統(tǒng)計結(jié)果每個土層的物理力學性質(zhì)如表2所示。

3.1.2 壩基各土層原位測試

壩基原位試驗采用標準貫入試驗和動力貫入試驗。其統(tǒng)計結(jié)果詳見表2。

表2 壩基各土層原位測試指標統(tǒng)計表

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)摩擦角系通過計算并按照類比法結(jié)合經(jīng)驗確定。在壩基穩(wěn)定計算中②礫砂層內(nèi)摩擦角建議值為35.4°；②-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層凝聚力建議值為11.0kPa，③粉土層凝聚力建議值為3.0kPa，④級配不良的圓礫層內(nèi)摩擦角建議值為40°；⑤礫砂層內(nèi)摩擦角建議值為38.8°；⑤-1粗砂層內(nèi)摩擦角建議值為32°。

根據(jù)水利水電工程地質(zhì)勘察的相關(guān)規(guī)定，給出建筑物基礎(chǔ)底面與②層礫砂之間的摩擦系數(shù)建議值f=0.40；④層圓礫之間的摩擦系數(shù)建議值f=0.50；與⑤層礫砂之間的摩擦系數(shù)建議值f=0.45。

3.4 壩基各土層滲透性及滲透穩(wěn)定性評價

本場區(qū)各土層滲透系數(shù)由經(jīng)驗公式計算數(shù)據(jù)給出，壩基各土層的滲透變形類型、臨界水力坡降和允許水力坡見表4。

表4 壩基各土層滲透變形類型及水力坡降匯總表

3.5 壩基飽和砂土的液化判別

調(diào)查區(qū)地震基本烈度為7度，本次勘察工作按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》 規(guī)定對壩基飽和砂土進行液化評價，判別結(jié)果見表5。經(jīng)判定，該區(qū)域不存在飽和砂土液化問題。

表5 壩基飽和砂土液化判別表

4 橡膠壩水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件評價

4.1 壩基穩(wěn)定性評價

根據(jù)地形及壩體設(shè)計要求，建壩時，壩址區(qū)①層回填土結(jié)構(gòu)松散建議挖除。②-1粉質(zhì)黏土為軟塑性土，承載力較差，建議挖除或進行基礎(chǔ)處理。③層粉土分布不均勻連續(xù)，建議挖除。④層圓礫承載力建議值為560kPa，可滿足地基穩(wěn)定要求，但該層厚度較小，建議設(shè)計進行變形穩(wěn)定驗算。⑤層礫砂承載力建議值為480kPa，該層分布連續(xù)穩(wěn)定，厚度大，可滿足地基穩(wěn)定要求，但局部存在粗砂夾層。⑤-1層粗砂已透鏡體存在，分布不連續(xù)，推薦承載力為180kPa，該層層位不穩(wěn)定，粗砂透鏡體分布范圍小，且埋藏較深，對壩基穩(wěn)定影響較小。

4.2 滲透穩(wěn)定性評價

根據(jù)對滲透變形的判定，壩址區(qū)砂性土滲透變形形式均為管涌型，建議按照報告給定的允許水力比降并根據(jù)實際情況進行滲透穩(wěn)定性驗算，以確定是否產(chǎn)生滲透破壞。

4.3 壩基及護岸滲漏評價

壩址主要透水層為粗砂層和卵石層，透水能力強。蓄水后，壩基和護岸會出現(xiàn)滲水問題。需驗算水量能否滿足正常蓄水要求，如不能滿足，需采取必要的防滲處理措施。

4.4 基坑開挖評價

因該場地地下水埋深較淺，且工程區(qū)位于主河床，基坑開挖時建議采用井點降水配合明排法進行基坑排水，以滿足基礎(chǔ)施工要求。應(yīng)先將地下水降至設(shè)計要求后，再進行基坑開挖，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，礫砂和圓礫邊坡坡比1∶1.5，粉土邊坡坡比1∶1.2。如果開挖深度超過5m，建議設(shè)馬道分層開挖。

4.5 沖刷影響評價

橡膠壩蓄滿水后，河水沿橡膠壩壩頂會產(chǎn)生溢流，由于水頭作用，勢必對下游產(chǎn)生一定的沖刷影響，長期下去有可能在下游壩腳附近形成沖刷坑，對于壩體穩(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。

5 結(jié) 論

本次勘察壩址位置由業(yè)主和設(shè)計初步選定，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，建議進行補充勘察。清河河水沒有對混凝土和鋼筋混凝土腐蝕的影響,但對鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性的影響。壩址區(qū)①層回填土結(jié)構(gòu)松散建議挖除。②-1粉質(zhì)黏土為軟塑性土，承載力較差，建議挖除或進行基礎(chǔ)處理。③層粉土分布不均勻連續(xù)，建議挖除。④層圓礫承載力建議值為560kPa，可滿足地基穩(wěn)定要求，但該層厚度較小，建議設(shè)計進行變形穩(wěn)定驗算。⑤層礫砂承載力建議值為480kPa，這一層的分布是連續(xù)且穩(wěn)定,厚度大?？蓾M足地基穩(wěn)定要求，但局部存在粗砂夾層。⑤-1層粗砂已透鏡體存在，分布不連續(xù)，承載力建議值為180kPa，該層層位不穩(wěn)定，粗砂透鏡體分布范圍小，且埋藏較深，對壩基穩(wěn)定影響較小。