橡膠壩地質(zhì)條件與評價

王艷軍

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

橡膠壩地質(zhì)條件與評價

王艷軍

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

橡膠壩是建設(shè)水面景觀的常用方法，良好的壩基地質(zhì)條件是橡膠壩正常運行的保障。本文以戴河上的橡膠壩為例，分析橡膠壩的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件，指出存在的主要工程地質(zhì)問題，并進行地質(zhì)評價，為工程設(shè)計提供必要的地質(zhì)依據(jù)。

橡膠壩；地質(zhì)條件；分析；評價

戴河是北戴河的母親河，發(fā)源于河北省撫寧縣，流經(jīng)秦皇島市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、北戴河區(qū)后入渤海，全長40km，流域面積290km2，是冀東沿海獨流入海河流之一。

戴河綜合治理涉及橡膠壩3座，壩址分別位于沙河村、高家店村和長不老口村。本文將綜合闡述區(qū)域地質(zhì)概況，揭示場區(qū)存在的主要工程地質(zhì)問題，然后以高家店橡膠壩為例進行地質(zhì)條件的分析與評價。

1 地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

工程區(qū)在地貌單元上屬濱海沖積平原，場地較平坦，地勢微傾斜，北高南低，地面高程5.22～17.65m。現(xiàn)代河床寬度20～200m不等，兩岸階地高出河床一般2～5m。河道常年流水，總體流向為自北向南。河床局部段水草茂盛，兩岸樹木林立。

1.2 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)測繪及鉆孔揭露的地層巖性主要有：第四系全新統(tǒng)人工堆積素填土 （定義為 “①層”，下同）；第四系全新統(tǒng)沖洪積黏土（②1層）、壤土（②2層）、砂壤土（②3層）、細砂（②4層）、中砂（②5層）、粗砂（②6層）；第四系上更新統(tǒng)沖洪積中砂（③層）；太古界花崗巖（④層）。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

工程所處的構(gòu)造單元為二級構(gòu)造單元的燕遼沉降帶東段，三級構(gòu)造單元的山海關(guān)臺拱中部及遼西陷褶斷束南緣。本區(qū)大部分地表被第四系覆蓋，在地質(zhì)調(diào)查及鉆探中未發(fā)現(xiàn)活動性地質(zhì)構(gòu)造。

根據(jù)GB18306—2015《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，該場地地震動峰值加速度為0.10g，地震動加速度反應(yīng)譜特征周期0.35s。

1.4 水文地質(zhì)條件

戴河流域地處暖溫帶半濕潤季風(fēng)型大陸性氣候區(qū)，冬季較長，約170d；春季71d，夏季67d，秋季56d，無霜期180d，結(jié)冰期120d。年平均氣溫12.1℃，最高39.2℃，最低-21.5℃。多年平均水面蒸發(fā)量980mm，陸面蒸發(fā)量537mm。主導(dǎo)風(fēng)向夏季西南，冬季東北，最大風(fēng)速17m/s。

本區(qū)地下水類型為第四系孔隙潛水，主要含水層為砂壤土、細砂、中砂、粗砂等。勘察期間實測地下水埋深0.70～7.50m，地下水位0.95～14.49m。戴河水流充沛，常年不斷流。地下水受大氣降水和側(cè)向徑流補給，排泄途徑為蒸發(fā)、側(cè)向徑流和人工開采等，地下水年變幅約0.5m。

為判別環(huán)境水對混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性，勘探期間在各壩址區(qū)取地表水樣、地下水樣共計6組，進行水質(zhì)分析。結(jié)果表明：地下水類型屬于重碳酸硫酸鈣型水、氯重碳酸鈣鈉型水、重碳酸氯鈣型水，中性偏弱堿性；地表水類型屬于重碳酸鈣型水、重碳酸氯鈣鈉型水、氯硫酸鈣型水，中性偏弱堿性。

1.5 物理地質(zhì)現(xiàn)象

本區(qū)最大凍土深度0.85m，無其他不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。

2 主要工程地質(zhì)問題

2.1 地震液化

本區(qū)地震動峰值加速度0.10g，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅶ度，需進行土的地震液化判別。

根據(jù)GB50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，經(jīng)初判，②3砂壤土、②4細砂、②5中砂、②6粗砂具有液化的可能，需要進行復(fù)判。復(fù)判采用標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)法，判別結(jié)果如表1。

表1 土的地震液化復(fù)判

由表1可知，②3砂壤土、②4細砂、②5中砂、②6粗砂為液化土層。

2.2 滲透與滲透穩(wěn)定問題

本區(qū)地下水類型為第四系孔隙潛水，主要含水層為砂壤土、細砂、中砂、粗砂等。壩址區(qū)地表水充沛，河道常年流水。

根據(jù)本次勘探資料及相關(guān)工程經(jīng)驗，提出各壩址區(qū)相應(yīng)土層的滲透系數(shù)、滲透變形類型、允許水力比降建議值如表2。

表2 壩址區(qū)土層比降建議值

2.3 不均勻沉降

壩址區(qū)地層巖性比較復(fù)雜，有黏土、壤土、砂壤土和多級粒徑的砂層。黏性土狀態(tài)有硬塑、可塑、軟塑、流塑，跨度大。地層的壓縮性多為中等壓縮，局部為高壓縮。這些條件將造成壩基不均勻沉降。

3 工程地質(zhì)條件

3座橡膠壩的地質(zhì)評價方法相似，本文僅以高家店橡膠壩為例進行闡述。

3.1 地質(zhì)結(jié)構(gòu)

擬建的高家店橡膠壩位于高家店村東側(cè)戴河干流上。工程區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為土巖雙層結(jié)構(gòu)。根據(jù)地層時代、成因、巖性及空間分布特征，將工程區(qū)地層劃分為8個工程地質(zhì)層。

3.1.1 第①層素填土

分布于河道左岸地表，層厚3.1m，層頂高程10.17m，層底高程7.07m。

3.1.2 第②3層砂壤土

呈層狀分布，層厚0.8～1.6m，最大埋深3.1m，層頂高程7.07～8.42m，層底高程6.27～6.82m。

3.1.3 第②5層中砂

分上、下兩層。上層呈層狀分布，層厚0.7～4.3m，埋深1.6～3.9m，層頂高程6.27～6.82m，層底高程2.52～5.57m；下層呈透鏡體狀分布，層厚2.6m，埋深8.2m，層頂高程1.97m，層底高程-0.63m。

3.1.4 第②2層壤土

呈層狀分布，層厚1.2～2.5m，埋深4.6～5.9m，層頂高程2.52～5.57m，層底高程0.62～3.07m。

3.1.5 第②4層細砂

呈層狀分布，層厚1.1m，埋深7.1～7.8m，層頂高程0.62～3.07m，層底高程-0.48～1.97m。

3.1.6 第②1層黏土

呈層狀分布，層厚1.9～2.9m，埋深8.9～10.8m，層頂高程-0.63～-0.48m，層底高程-3.38～-2.53m。

3.1.7 第③層中砂

呈層狀分布，層厚5.5～5.8m，埋深11.8～12.7m，層頂高程-3.38～-2.53m，層底高程-9.18～-8.03m。

3.1.8 第④層花崗巖

全風(fēng)化，呈層狀分布，層厚大于4.8m，埋深17.6～18.2m，層頂高程-9.18～-8.03m，鉆孔未揭穿該層。

3.2 土體物理力學(xué)性質(zhì)

為查明土體的物理力學(xué)特征，本期勘察采取原狀土樣進行室內(nèi)土工試驗，現(xiàn)場進行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗。

3.2.1 第②1層黏土

天然含水率平均值27.4%，飽和度范圍值93.4～95.8%；液性指數(shù)平均值0.43，范圍值0.38～0.50，呈可塑狀態(tài)；壓縮系數(shù)0.260MPa-1，具中壓縮性。飽和固結(jié)抗剪強度凝聚力21.0kPa，內(nèi)摩擦角15.0°。

3.2.2 第②2層壤土

天然含水率29.6%，飽和度96.3%；液性指數(shù)0.87，呈軟塑狀態(tài)；壓縮系數(shù)0.345MPa-1，具中壓縮性。飽和固結(jié)抗剪強度凝聚力16.0kPa，內(nèi)摩擦角14.0°。

3.2.3 第②3層砂壤土

天然含水率18.0%，飽和度68.9%；液性指數(shù)0.30，呈可塑狀態(tài)；壓縮系數(shù)0.330MPa-1，具中壓縮性。飽和固結(jié)抗剪強度凝聚力10.7kPa，內(nèi)摩擦角22.0°。

3.2.4 第②4層細砂

實測標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)為9擊，呈松散狀態(tài)。

3.2.5 第②5層中砂

實測標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)為6～10擊，呈松散～稍密狀態(tài)。

3.2.6 第③層中砂

實測標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)為8～12擊，呈松散～稍密狀態(tài)。

根據(jù)工程經(jīng)驗及水工建筑物的具體情況，在對壩基土體的物理力學(xué)指標(biāo)試驗值進行分析的基礎(chǔ)上，提出各層土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值如表3、表4。

表3 土體物理性質(zhì)指標(biāo)建議值

表4 土體力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值

4 結(jié)語

（1）橡膠壩建基面高程4.5m，座落于②2層壤土、②5層中砂之上，承載力建議值分別為120，160kPa。壩基持力層巖性差異大、分布不規(guī)律，建議設(shè)計時考慮不均勻沉降因素。

（2）建基面以上揭露的巖性為①層素填土、②2層壤土、②3層砂壤土、②5層中砂。基坑開挖深度1.0～7.1m。建議臨時開挖邊坡坡比：素填土、壤土1∶1.5，砂壤土1∶2，中砂1∶2.5。

（3）勘探期間地下水位6.82～7.87m，地下水位于建基面以上，基坑開挖時需考慮基坑排水問題。

（4）場區(qū)揭露的②2層壤土、②3層砂壤土、②5層中砂滲透系數(shù)建議值分別為4.4×10-5，5.0×10-4，8.0×10-3cm/s，壤土具弱透水性，砂壤土、中砂具中等透水性。建議設(shè)計時考慮滲透及滲透穩(wěn)定問題。

（5）橡膠壩基礎(chǔ)底面混凝土與壤土之間的摩擦系數(shù)建議值f=0.25，與中砂之間的摩擦系數(shù)建議值f=0.42。

（6）壩基②3層砂壤土、②4層細砂、②5層中砂為液化土層，設(shè)計時需考慮抗液化措施。

［1］常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊（第四版）［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］GB50487—2008.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［3］SL299—2004，水利水電工程地質(zhì)測繪規(guī)程［S］.

［4］SL291—2003，水利水電工程鉆探規(guī)程［S］.

［5］GB18306—2015， 中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖［S］.

［6］GB50011—2010， 建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［7］DL5073—2000， 水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［8］SL 237—1999， 土工試驗規(guī)程［S］.

［9］NB/T35052—2015， 水電工程地質(zhì)勘察水質(zhì)分析規(guī)程［S］.

［10］SL567—2012，水利水電工程地質(zhì)勘察資料整編規(guī)程［S］.

［11］河北省水利水電勘測設(shè)計研究院.秦皇島市戴河綜合治理工程初步設(shè)計工程地質(zhì)勘察報告［R］.2012.

（責(zé)任編輯：尹健婷）

Analysis and evaluation of geological condition of rubber dam

WANG Yan-jun
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower， Tianjin 300250， China）

Rubber dam is a common method to construct water landscape， and a favourable geological condition of dam foundation is the guarantee of normal operation of rubber dam.In this article，the rubber dam in Dai River is taken as an example.Based on the analysis of the hydrogeological and engineering geological conditions of the rubber dam，the main engineering geological problems are pointed out， and the geological evaluation is carried out.Finally， it provides the geological basis for engineering design.

rubber dam； geological condition； analysis； evaluation

P642

B

1672-9900（2017）03-0017-04

2017-05-11

王艷軍（1975-），男（漢族），北京平谷人，高級工程師，主要從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)研究，（Tel）13820403201。