某河道水生態(tài)工程中擬建建筑物工程地質(zhì)評價分析

黃登偉

（甘肅甘蘭水利水電勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

河道水生態(tài)工程是一項(xiàng)以水利為主,水保、環(huán)保、交通、國土等諸多方面的城鄉(xiāng)水利綜合治理工程,通過河道生態(tài)治理可有效加強(qiáng)河道生態(tài)建設(shè),改善河道水環(huán)境與生態(tài)環(huán)境,推進(jìn)城市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展,促進(jìn)社會的和諧與穩(wěn)定。項(xiàng)目交匯區(qū)流域面積1169 km2,河長82.1 km,源地海拔4298.00 m,河口海拔2355.0 m,干流平均坡降14.6‰。河道水質(zhì)清澈,含沙量較低,工程布置于兩河道交匯后下游 1km河道內(nèi),末端位于2#橋下游153.2 m處,治理河段總長為1106.9 m。某河道生態(tài)建設(shè)的主要建設(shè)內(nèi)容有：新建5 座C25F25 鋼筋混凝土溢流堰總長 342 m,河床右側(cè)新建泄洪渠1條,泄洪渠總長843.75 m,泄洪渠進(jìn)口段采用雙孔泄洪閘,單座閘門高2.0 m,寬2.5 m,溢流堰與泄洪渠接口處各布置一座放空沖沙閘,閘門尺寸高2.0 m,寬1.5 m。本文主要研究擬建建筑物的工程地質(zhì)情況,通過工程地質(zhì)研究,可以為建筑物設(shè)計施工提供一手地質(zhì)資料,從而指導(dǎo)工程設(shè)計施工。

2 工程地質(zhì)條件

河道水生態(tài)工程共需修建5 座溢流堰,溢流堰總長342.0 m,修建泄洪渠總長 843.75 m,泄洪渠修建于央曲河右岸,排洪渠進(jìn)口段為雙孔泄洪閘組成。

2.1 溢流堰工程地質(zhì)條件

（1）地形地貌

溢流堰所在該段河道整體走向?yàn)槲髂?東北向,兩岸已有修建過的防洪堤其河道寬度基本定型,河道兩岸防洪堤高出河床1.5 m～2.5 m不等,防洪堤邊緣有部分砂礫石堆積,擬建1#～5#溢流堰在河漫灘和現(xiàn)代河床上,河道非汛期水面寬度4.0 m～10 m,其河谷兩側(cè)山峰海拔高度為3550 m～3000 m,河谷寬度為600 m～900 m,河谷中及山坡均有植被覆蓋。

（2）地層巖性

河床中礫石出露,河床及河床邊緣表層為第四系全新統(tǒng)沖洪積粉土,灰-灰黃色,含礫石,稍濕-濕,砂質(zhì)不均勻,結(jié)構(gòu)松散,分布較連續(xù),一般厚度0.2 m～0.6 m。下層為第四系全新統(tǒng)沖洪積礫石青灰-灰白色,一般粒徑3 cm～20 cm,局部最大粒徑30 cm左右,充填物主要為砂,分選較好,顆粒級配良,礫石磨圓較好, 含泥量為6%左右,礫石成分為板巖、砂巖、石英巖等。結(jié)構(gòu)松散-稍密,一般厚度為3 m～10 m,屬強(qiáng)透水層。

（3）水文地質(zhì)條件

溢流堰地基沖洪積礫石層中分布孔隙潛水,地下水位埋深為0.4 m～1.5 m,含水層厚度為3.5 m～10.0 m,整體水力坡度為1%左右。主要接受上游河谷地下水的滲流補(bǔ)給、大氣降水的入滲補(bǔ)給及兩岸ft體基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給,總體流向?yàn)槲髂?東北向,不同季節(jié)水位變化幅度為0.3 m左右,地表河水寬4 m～10 m,水深0.4 m～1.8 m,水流量較大,水質(zhì)清澈,河水徑流方向與河谷展布方向基本一致,總體為西南-東北向,主要受大氣降雨和上游地表河水以及地下水補(bǔ)給,其排泄方式主要為大氣蒸發(fā)和排泄至下游河道補(bǔ)給下游河水以及入滲補(bǔ)給地下水。

（4）物理地質(zhì)現(xiàn)象

總體物理地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育,主要為洪水對兩岸及河床底部的沖刷侵蝕作用。

2.2 泄洪渠工程地質(zhì)條件

從上游開始樁號 K0+000.00～K0+843.75 段其長度為843.75 m,其海拔高程為 2361 m～2355 m,該段泄洪渠靠近河床中心布置距離岸邊已建防洪堤的距離為 1 m～15 m 不等,部分河岸邊存在人工堆填的砂礫石,密度松散。該段泄洪渠地層巖性為河床中礫石出露,河床及河床邊緣表層為第四系全新統(tǒng)沖洪積粉土,灰-灰黃色,含礫石,稍濕-濕,砂質(zhì)不均勻,結(jié)構(gòu)松散,分布較連續(xù),一般厚度0.2 m～0.4 m。下層為第四系全新統(tǒng)沖洪積礫石青灰-灰白色,一般粒徑3 cm～20 cm,局部最大粒徑 30 cm 左右,充填物主要為砂,分選較好,顆粒級配良,礫石磨圓一般, 含泥量為 5%左右,礫石成分為板巖、砂巖、石英巖等。結(jié)構(gòu)松散-稍密,一般厚度為 3 m～10 m,屬強(qiáng)透水層。其中,從上游開始樁號K0+000.0～K0+303.79 段卵石平均占30.55%,礫石平均占43.2%,砂平均占26.25%,泥含量 5%,不均勻系數(shù)23.169～26.804,平均 24.986,曲率系數(shù) 1.171。樁號K0+303.59～K0+607.55 段卵石平均占28.5%,礫石平均占44.0%,砂平均占 27.5%,泥含量 6%,不均勻系數(shù)平均24.764,曲率系數(shù)1.147。較淺為0.5 m～1.5 m；樁號 K0+607.55～K0+843.75段卵石平均占27.1%,礫石平均占40.5%,砂平均占 32.4%,泥含量 5%,不均勻系數(shù)平均 25.925,曲率系數(shù) 0.832。表部結(jié)構(gòu)松散,其地下水埋深較淺為 0.5 m～1.5 m。

3 擬建建筑物工程地質(zhì)評價

3.1 地基穩(wěn)定性評價

擬建建筑物地基土主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積卵礫石,地層單一穩(wěn)定,顆粒級配良,總體顆粒偏小,結(jié)構(gòu)松散-稍密,分布厚度為3 m～10 m,擬建建筑物地基穩(wěn)定性較好。

3.2 地基土的凍脹性評價

本工程標(biāo)準(zhǔn)凍深為160 cm左右,地基土主要為沖洪積礫石。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中附錄G判定,沖洪積礫石中＜0.075 mm的顆粒含量平均為0.9%,平均凍脹率為η＜1,凍脹等級為Ⅰ級,不具凍脹性。

3.3 環(huán)境水腐蝕性評價

根據(jù)對央曲河地表水、地下水的水質(zhì)分析,侵蝕性CO2為 0,HCO3-含 量 為4.32 mmol/L～6.25 mmol/L,CO32-含 量 為0～51.0 mg/L,SO42-含量為119.04 mg/L～190.08 mg/L,CL-含量為73.49 mg/L～97.98 mg/L,Ca2+含量為63.20 mg/L～94.80 mg/L,Mg2+含量30.48 mg/L～53.76 mg/L,K+含量64.35 mg/L～106.47 mg/L,Na+含量 35.19 mg/L～60.72 mg/L,pH值8.13～8.45,桑池河地表水、地下水水質(zhì)分析成果見表1、表2。

表1 桑池河地表水水質(zhì)分析成果表

表2 桑池河地下水水質(zhì)分析成果表

按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中附錄 L 判別,環(huán)境水對混凝土無腐蝕性,對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕性,對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

3.4 地基土腐蝕性評價

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001,2009年版）,對堤基沿線取樣進(jìn)行易溶鹽分析試驗(yàn),易溶鹽含量一般 0.115%～0.146%,屬于非鹽漬土,場地環(huán)境類型為Ⅲ類。

根據(jù)易溶鹽分析試驗(yàn),pH7.86～8.52,平均8.19；CL-離子含量80.47 mg/L～168.74 mg/L,平均124.61 mg/L；SO42-離子含量168.00 mg/L～241.92 mg/L,平均204.96 mg/L；Mg2+離子含量37.68 mg/L～85.44 mg/L,平均61.56 mg/L。根據(jù)《巖土程勘察規(guī)范》附錄 G,土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋以及鋼結(jié)構(gòu)均具微腐蝕性[1]。

3.5 地基抗沖穩(wěn)定性評價

根據(jù)對本工程的勘察,工程范圍內(nèi)央曲河總體縱坡降為 8‰。工程區(qū)內(nèi)央曲河河床固定,地基沖洪積礫石層分布厚度在3 m～10 m。根據(jù)勘察及試驗(yàn),央曲河河道中沖洪積礫石總體顆粒較小,2 mm～60 mm的顆粒含量平均 58.3%,地基土抗洪水沖刷能力較差。經(jīng)調(diào)查,河流沖刷深度為1.5 m～2.5 m。擬建建筑物基礎(chǔ)埋深應(yīng)大于河流沖刷深度,建議對地基回填土進(jìn)行碾壓夯實(shí)處理。建議擬建建筑物地基開挖邊坡坡度允許值：砂礫石為 1∶0.75～1∶1.0。

3.6 地基沉降變形評價

擬建建筑物地基土主要為礫石層,其地層均勻單一厚度在5m以上且礫石層中無變形夾層,礫石層承載力較好且不具有沉降變形特征,因此擬建建筑物地基不存在地基沉降變形問題。

3.7 滲流量評價

（1）滲流量計算

溢流堰滲流量大小根據(jù)壩基覆蓋層滲漏公式計算[2]：

式中：k為滲透系數(shù),m/d；H為壩上下游不位差,m；2b為壩底寬度,m；T為透水層厚度,m；B為壩軸線方向整個滲漏帶寬度,m。

其 1#溢流堰: k=130 m/d,H=1.0 m,2b=3.5 m,T=10.0 m,B=78.0 m,經(jīng)過計算其滲流量為Q=86.93 L/s。

其2#溢流堰 :k=130 m/d,H=1.0 m,2b=3.5 m,T=10.0 m,B=42.0 m ,經(jīng)過計算其滲流量為Q=46.81 L/s。

其3#溢流堰: k=130 m/d,H=1.0 m,2b=3.5 m,T=10.0 m,B=78.0 m,經(jīng)過計算其滲流量為Q=86.93 L/s。

其4#溢流堰: k=130 m/d,H=1.0 m,2b=3.5 m,T=10.0 m,B=88.0 m,經(jīng)過計算其滲流量為Q=98.08 L/s。

其 5#溢流堰: k=130 m/d,H=1.0 m,2b=3.5 m,T=10.0 m,B=56.0 m ,經(jīng)過計算其滲流量為Q=62.41 L/s。

（2）繞壩滲流計算

式中：H為壩上、下游水位差,1.0 m；L為剖面長度,即滲徑長度,2 m、4 m、6 m、8 m；h1、h2為剖面上下游透水層厚度,以 1#擬建溢流堰為例,h1=4.8、h2=4.1 m。

將各滲徑長度分別計算得繞壩滲流量為q=3.4 L/s、q=1.7 L/s、q=1.1 L/s、q=0.8 L/s,因此單寬剖面的總滲流量為q=7.0 L/s,由于1#擬建溢流堰為雙壩肩且雙壩肩地層巖性和厚度基本一致,因此 1#擬建溢流堰繞壩滲流量總體為q=14.0 L/s,同理得到 2#～5#擬建溢流堰繞壩總滲流量,見表3。

表3 1#～5#擬建溢流堰繞壩總滲流量計算表

因此建議擬建溢流堰在施工時應(yīng)做好防滲漏措施。

3.8 滲透變形

地基覆蓋層厚度3 m～10 m,主要有沖積砂卵石層組成,含泥量低只有9%,礫石層滲透系數(shù)k=1.50×10-1cm/s,屬于強(qiáng)透水性,建成蓄水后,存在滲漏問題。溢流堰蓄水后其周邊地下水水位抬高建議擬建建筑物及河道周邊建筑物應(yīng)做好防水措施。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中關(guān)于滲透變形的評價,對不均勻系數(shù)大于5的不連續(xù)級配,易采用下列方法判定：① 流土：P≥35%；②過度型 25%≤P＜35%；③管涌：P＜25%。

由砂礫石級配曲線圖可知P為 21%, P＜25%,判別地基砂礫卵石層滲透變形為管涌,在工程施工時應(yīng)做好防滲透變形的措施。室內(nèi)滲透試驗(yàn)在控制最小密度為2.05 g/cm3,最大密度為2.34 g/cm3,控制干密度為2.02 g/cm3時,試驗(yàn)成果,臨界坡降0.22,破壞坡降0.57,滲透系數(shù)為1.50×10-1cm/s,根據(jù)規(guī)范取1.5～2.0的安全系數(shù),允許水力坡降為0.17～0.22。

4 結(jié)論及建議

通過河道水生態(tài)建設(shè),改變了以往河道散流、臟亂的面貌,改善了生態(tài)環(huán)境,可較大程度地改善生產(chǎn)、生活條件,積極推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展,另一方面,通過生態(tài)環(huán)境的改善可使人們感受變化,娛樂身心,滿足生活健康的自然需求,因此其生態(tài)效益十分顯著。本次河道生態(tài)建設(shè)中無大的工程地質(zhì)問題,在河道設(shè)計施工中對照工程地質(zhì)中存在的問題采取具體的工程措施即可保證工程順利完工。