盤山縣萬金灘閘除險加固工程地質勘察

史俊杰

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，沈陽 110006)

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盤山縣萬金灘閘除險加固工程地質勘察

史俊杰

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，沈陽 110006)

萬金灘新閘址周圍為葦場，場地存在高壓縮性的軟土和飽和砂土的輕微液化問題，如何經濟可行的進行地基處理成為工程的關鍵。萬金灘閘地質勘察的主要任務是查明閘址地基的地層巖性、物質組成和物理力學性質，重點查明軟土層的分布范圍和工程特性，評價存在的主要工程地質問題。

水閘；地層巖性；地基處理；除險加固；地質勘察

1 工程概況

萬金灘閘坐落于盤山縣境內繞陽河下游龍家堡至河口河段上，距河口約5km，由雙北灌區管理處管理，隸屬于盤山縣水利局，主要用于攔蓄雙繞總干尾水及繞陽河水灌溉葦田。

萬金灘閘自1972年建成投入運行，至今已將近40年，歷年來雖對其進行了不斷的維修加固，依舊連年險情不斷，近年來已基本不能正常攔蓄河水，已無法發揮其灌溉、泄洪和擋潮的原有設計功能。根據萬金灘閘安全鑒定結論，需進行移址重建。新閘址位于距遼河口2.5km處的繞陽河上，擬建水閘長約70 m，寬約11 m。

萬金灘閘位于遼河支流繞陽河上，由盤山縣水利局雙北灌區管理處管理，年久失修已不能發揮原有設計功能，進行了移址重建。新閘址周圍為葦場，場地存在高壓縮性的軟土和飽和砂土的輕微液化問題，如何經濟可行的進行地基處理成為工程的關鍵[1-3]。

本工程地質勘察的主要任務是查明閘址地基的地層巖性、物質組成和物理力學性質，重點查明軟土層的分布范圍和工程特性，評價存在的主要工程地質問題。

2 閘址區工程地質條件及評價

2.1 地形地貌

擬建水閘位于繞陽河河道及階地上，河道寬約70 m，閘址處河水由西北流向東南，河底高程-1.0～-2.3 m，河水深1.5～2.8 m。兩側階地比漫灘高1.8 m左右，階地上均為蘆葦田，地形平坦，地面高程2.2～2.6 m。右岸距河道約60 m有一土堤，高2 m，頂寬約2 m，其上布滿蘆葦根。

2.2 地層巖性

本次勘察深度范圍內地層均為第四系全新統(Q4)海陸交互相沉積物，地層巖性如下：

第0-1層：耕植土，黃褐色，松散，以黏性土為主，含植物根系，厚度0.6～0.8 m。

第0-2層：素填土，黃褐色，黏性土為主，為河道兩側小堤的填筑土，層厚0.8～2.0 m。

第1層：粉質黏土，上部為黃褐色，下部為灰黑色，呈軟塑～可塑狀態，多具高壓縮，局部為中等壓縮性，該層土土質不均，局部砂粒或粉粒含量大，層位不穩定，層厚1.1～2.9 m，層底高程-1.1～0.7 m，分布于左右岸階地。

第2層：淤泥質土，灰黑色，飽和，呈流塑狀態，具高壓縮性，該層土土質不均，局部砂粒或粉粒含量高，層位不穩定，層厚2.1～7.0 m，層底高程-8.8～-0.4 m，主要分布于繞陽河河谷底部并向兩側延伸。

第3層：細砂，灰色～灰黑色，飽和，呈松散～稍密狀態，主要礦物成分為石英及長石。此層土頂部土質不均，局部黏粒或粉粒含量較高。層厚2.3～10.0 m，層底高程-11.1～-8.8 m。

第4層：細砂，灰色～灰黑色，飽和，呈中密～密實狀態，主要礦物成分為石英及長石。本次勘察未穿透此層，最大揭露底高程為-27.4 m。

2.3 水文地質條件

2.3.1 地下水類型及分布特征

閘址區地下水類型為第四系孔隙潛水，埋藏深度較淺，一般埋深1.5～2.1 m，地下水位高程在0.5 m左右，含水層主要為細砂層，滲透系數較大，賦水性較強，主要受大氣降水和繞陽河河水補給，以地表、地下徑流、人工抽水及蒸發、蒸騰等形式進行排泄。隨季節性河水位的變化，地下水位變幅在2 m左右[4-6]。

2.3.2 環境水腐蝕性

本次勘察在閘址區分別取2組地下水和河水進行了室內水質簡分析試驗，水質分析成果表見表1。

表1 水質分析成果統計表

根據《巖土工程勘察規范》(GB50021—2001)(2009版)和表1可知：地下水和河水的PH值均大于臨界值6.5，侵蝕性CO2含量均小于臨界值15 mg/L，HCO3-含量均大于臨界值1.0 m mol/L，故地下水和河水對混凝土結構有微腐蝕性；地下水和河水的CI-含量在350 mg/L～1893 mg/L，故地下水和河水對鋼筋混凝土結構中鋼筋有弱～中等腐蝕性。

根據《水利水電工程地質勘察規范》(GB50487—2008)和表1可知：河水的CI-+SO42-含量均<500 mg/L，故河水對鋼結構有弱腐蝕性；水樣SY4的CI-+SO42->500 mg/L，故地下水對鋼結構有中等腐蝕性。

2.4 場地土體特征

2.4.1 土體原位測試

本次勘察針對地基土采取標準貫入試驗，試驗錘擊數經桿長修正、剔除異常值后，按各土層分別統計，詳見表2。

表2 各土層標準貫入試驗成果統計表

2.4.2 土體物理力學性質

本次勘察對粉質黏土及淤泥質土取原狀樣進行室內土工試驗，以取得其物理力學性質指標，分析土體工程地質特征；對細砂取擾動樣進行室內土工試驗，用以分析其粒徑大小及顆粒組成情況[7]。

本次勘察共取原狀樣22組、擾動樣55組，室內試驗成果分層統計見表3、表4。

表3 各土層物理力學性質指標統計表

表4 各土層顆分試驗成果統計表

2.4.3 地基土體承載力及其它參數

根據室內試驗指標及原位測試結果，場地各土層承載力、樁極限側阻力及樁端阻力特征值詳見表5。

2.5 工程地質條件評價

2.5.1 地基土液化判別

根據《水利水電工程地質勘察規范》(GB50487—2008)規定進行判定，本場地有4個鉆孔存在輕微液化問題，主要分布于繞陽河河道左岸部位。

2.5.2 地基穩定性

根據鉆孔揭露，閘址區勘探深度范圍內地層巖性主要為1層粉質黏土、2層淤泥質土、3、4層細砂。各土層的工程性能分析評價如下：

第1層粉質黏土，呈軟塑～可塑狀態，多具高壓縮，局部為中等壓縮性，土質不均，局部砂粒或粉粒含量大，層位不穩定，層厚1.1～2.9 m，地基承載力特征值80kPa。該層可作為管理房等荷載較小建筑物的基礎持力層，但應進行變形驗算，注意不均勻沉降對上部結構的影響[8-9]。

第2層淤泥質土，飽和，呈軟塑～流塑狀態，具高壓縮性，該層土土質不均，局部砂粒或粉粒含量高，層位不穩定，閘址區部位該層厚度較大，物理力學性質差，地基承載力特征值僅50kPa，易發生不均勻沉降和較大變形，不宜作為地基持力層。

第3層細砂，飽和，呈松散～稍密狀態，此層土頂部土質不均，局部黏粒或粉粒含量較高，層厚2.3～10.0 m。地基承載力特征值120kPa，局部存在輕微液化問題。

第4層細砂，飽和，呈中密～密實狀態，為良好的基礎持力層。

由于工程場地地基土多為軟弱土層，且下伏厚度較大的淤泥質土，因此，地基存在抗滑穩定和沉降變形等工程地質問題，容易產生不均勻沉降。

2.5.3 地基土滲透穩定性

本工程場地細砂不均勻系數平均值為1.62，小于5，所以本場地細砂的滲透變形類型為流土。

臨界水力比降采用下式計算：

Jcr=(Gs-1)(1-n)

n=〔e/(1+e)〕×100%

(1)

式中：Gs為土的比重；n為土的孔隙率。

考慮到本工程的重要性，允許水力比降以土的臨界水力比降除以2的安全系數。經計算，本場地細砂的允許水力比降為0.47。

2.5.4 邊坡和基坑穩定性

河道兩岸現狀邊坡坡度較陡，土質以粉質黏土和粉土為主，邊坡穩定性較差，本工程水閘基礎均處于地下水位以下，為了保證施工安全，開挖基坑邊坡需采取必要的支護措施，采取有效降水條件下，粉質黏土臨時開挖邊坡建議值1∶1.25；其它土層埋深較大，建議根據施工要求和各土層的滲透特性采取適當的降水措施和邊坡支護措施[10]。

3 結 論

工程區地震動峰值加速度為0.10g，地震動反應譜特征周期為0.40s，相應地震基本烈度為7度，為地震設計第一組。場地類別為Ⅲ類。本工程區地貌為遼河平原南緣濱海平原，地層巖性為第四系全新統海陸交互相沉積物，主要為粉質黏土、淤泥質土和細砂等。上部粉質黏土多呈高壓縮性，局部為中等壓縮性，土質不均，層位不穩定，承載力較低；淤泥質土呈軟塑～流塑狀態，具高壓縮性，物理力學性質較差，容易產生不均勻沉降和較大變形；上部細砂呈松散～稍密狀態，承載能力一般；下部細砂呈中密～密實狀態，可作為樁基礎的良好持力層。閘址區上部飽和細砂局部存在輕微液化問題，主要分布于繞陽河河道左岸部位。工程區在遼河油田采油區域內，周邊分布有多個采油井，應考慮周邊采油井對沉降的影響。

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TV698.2

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1007-7596(2016)08-0084-02

2016-07-28

周偉峰(1978-)，男，福建屏南人，工程師，研究方向為水利水電工程。