特殊地質條件下橡膠壩概念設計

王楠（河海大學文天學院馬鞍山市243031）

特殊地質條件下橡膠壩概念設計

王楠
（河海大學文天學院馬鞍山市243031）

擬建橡膠壩位于河道內構造逆推斷層的位置。因斷層交錯復雜，使得蓄水庫區(qū)的水文地質條件變得同樣復雜多變，給橡膠壩設計和施工帶來了困難。文章就此進行分析，提出概念設計，為橡膠壩施工圖設計與現(xiàn)場施工提供可借鑒方法。

特殊地質 涌水 滲漏 橡膠壩 蓄水

1 工程概況

擬建張家口市清水河上游黃家灣至市政混凝土攪拌站的3個橡膠壩，位于世界有名的通泰大橋北側。其作用是攔截季節(jié)性清水河河水，形成人工湖，改變張家口市四周山多水少不協(xié)調的自然景觀，營造一個空氣濕潤、綠水清山的自然環(huán)境。該壩建成后，將使清水河兩岸階地的地下水位明顯抬升，對農業(yè)用水及灌溉均會產生明顯的良性影響。

2 擬建場地工程地質條件

（1）沖積層﹙Q4al﹚。河道：上部覆（30～50）cm厚灰褐色粉質粘土，土中夾少量細砂，分布不均；下部為夾卵礫含中細砂層。卵、礫為粗面巖、安山巖，圓或橢圓狀。建壩河段上游河段，卵礫含量增多，粒度增大，含有圓礫，形狀由橢圓轉為次棱角狀礫石或卵石及圓礫，層厚（1.0～4.5）m。

（2）侏羅系火山巖系﹙K﹚。基座階地的基巖為火山巖系，由粗面巖及凝灰熔巖構成。巖石堅硬，抗風化能力較強。清水河兩岸分布火山巖，節(jié)理裂隙不發(fā)育，但延續(xù)性較好。巖體中緩傾節(jié)理很少，邊坡較陡，順河邊坡為陡崖斜坡，無滑動結構面，兩側邊坡屬于穩(wěn)定結構。該區(qū)域最大凍土深度1.5 m。

3 擬建場地水文地質條件

受構造逆推斷層的影響，基巖以近NS方向的滲透系數(shù)較高。根據(jù)《巖土勘察報告》注水試驗和自然水系的分布狀態(tài)及巖體滲透系數(shù)具有方向性的特點，該區(qū)的基巖裂隙潛水在靠近河床地段的地下水埋深（3.5～4.0）m，下游地段為（4.0～5.5）m。基巖裂隙水是由大氣降水補給，基巖裂隙水在大境門橋以北區(qū)上游段補給河床第四系松散砂、礫卵石層，在向下游150 m地段，地表徑流量明顯減少，由第四系孔隙水補給基巖斷層裂隙水，并成為地下向鄰谷排泄的通道。

簡單地說：在逆推斷層的北段東側地下水沿著斷層隔水面向上“泉水狀”滲流，以河床中F1斷層為界，西側泉水一樣向上滲流涌水，東側滲漏。過了此段后，以F2斷層為界，又立即沿第四系松散砂、礫卵石層向下游滲漏，即北側向上滲流涌水，南側向下滲漏。給該河段治理設計帶來較大困難，參見附圖。

附圖 橡膠壩工程平面位置圖

如果庫底不做防滲處理，將因為滲漏，枯水期無水可蓄，即使在豐水期，也會因庫底和壩基嚴重滲漏，出現(xiàn)低水位或少蓄水的尷尬局面；如果做人工防滲膜處理，則在豐水期，庫底人工防滲膜將因為地下水向上滲流而被頂壞，撕裂。為此做好該橡膠壩壩基與防滲的概念設計就成了該項目設計的關鍵課題。

4 壩基設計與防滲設計中的相關問題

（1）橡膠壩的位置設計，作為通泰大橋上游一橡膠壩溢流景觀，就必須在清水河上游通泰大橋北側為最佳方案位置。

（2）如果考慮不周或蓄水深度不夠，將可能因冬季寒冷引起凍脹破壞作用——使得壩基、防滲措施遭受損壞。故蓄水深度要確定大于區(qū)域最大凍結深度要求。

（3）庫區(qū)坍岸問題。因為I級及II級階地高度小，以粗粒土為主，蓄水深度淺，庫水波浪低，坍岸問題輕微。

（4）庫區(qū)浸沒問題。清水河兩岸階地的地形平坦，地下水埋深（3～5）m不等。蓄水后僅山體沖溝口地段有浸沒問題。但局部低洼地沖溝地段既無農田又無住宅建筑，不會形成災害性危害。

（5）淤積問題。根據(jù)庫區(qū)《巖土工程勘察報告》上游至下游河漫灘沉積物的粒徑明顯變小的特點，說明搬運固體物質能力較強。張家口雨量多集中在7～8月份，清水河豐水與枯水季節(jié)流量相差懸殊，雨季河流流速增加很明顯。豐水季節(jié)清水河攜帶泥砂的能力強，在筑壩河段上游地段，易將幾十厘米粒徑的圓礫攜入急流之中。所以須按規(guī)范要求設計攔砂壩，砂石堆積庫，清淤設施等防護措施，由于淤積物中粘粒和粉粒的含量很低，經機械分選，可成為比較理想的建筑材料，具有一定的經濟價值。

（6）壩址區(qū)的工程地質問題為壩基滲漏問題，由于河床及漫灘分布有（3～4）m厚的夾卵礫石的中細砂層，蓄水后必然發(fā)生滲漏。

（7）庫區(qū)滲漏問題。庫區(qū)的一般地段分水嶺山體雄厚，屬于庫岸基巖裂隙水補給庫水，上游兩側山體不存在永久性滲漏問題。但受斷層影響地段，即至擬建橡膠壩上游150 m河段，左岸山體中斷層破碎帶為永久性滲漏通道。

5 概念設計

除了橡膠壩常規(guī)設計所要注意解決的上游攔石壩設計防護、淤積清理、橡膠壩本身的高度、景觀效果、抗滑移等問題外，壩基設計、庫區(qū)滲漏和庫底防護問題就必須結合地質巖性、構造、斷層等因素，為此提出了如下概念設計：

（1）概念設計一：沿斷層界線做隔水帷幕，將橡膠壩進行分區(qū)，分區(qū)界線以斷層隔水層為界。

（2）概念設計二：將斷層位置以上的松散層，全部清除，徹底查清隔水邊界，且對疑似滲漏的區(qū)段重點進行防滲注漿處理，再在其上直接澆筑混凝土。這樣就可以只對滲漏區(qū)域進行土工膜防滲處理。對基巖裂隙水補給清水河區(qū)段不做處理，這不但能降低工程總造價，而且還不影響蓄水和景觀效果。

（3）概念設計三：先將壩基用混凝土澆筑好，再對庫區(qū)及壩基全部進行注漿防滲處理，重點處理滲漏段，而對地下水溢流段不處理或少處理。

根據(jù)清水河的季節(jié)性特點：除豐水期河水較充沛外，流量較小，所以可在枯水期設圍堰對壩基砂礫石層進行挖出，將斷層暴露后，再給斷層破碎帶進行帷幕灌漿，回填混凝土處理，可大幅度削減基巖滲漏量。

6 結 論

對于概念設計一，適用于類似水文地質條件的開闊河道區(qū)域，對于該段本身河道就狹窄的清水河，美學景觀效果不但降低了還增加了工程總體投資。概念設計二，較適用于類似水文地質條件的第四系地層較淺的河谷地段，施工周期短，速度快，處理較徹底。概念設計三，適用于類似水文地質條件的第四系地層較厚的河谷地段，可分段施工，施工周期受限制少，但對施工材料及材料配比、施工設備、施工工藝的要求比較嚴格。

由于該橡膠壩壩基及其蓄水庫區(qū)位置的第四系松散層厚度較小，所以壩基可直接坐落于基巖之上，建議采用概念設計二的方案設想。通泰大橋上游橡膠壩，最終按概念設計二的方案進行壩基處理和庫底局部土工防滲膜處理，現(xiàn)已建成成功蓄水，水質清澈。

[1]GB/T 50979-2014.橡膠壩工程技術規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社出版，2014.

[2]JGJ 79-2012.建筑地基處理技術規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社出版，2012.

2016-05-29）

王楠（1997-），女，內蒙古烏蘭察布人，本科在讀，所學專業(yè)：水利水電。