復雜地質(zhì)條件下生態(tài)庫工程建設(shè)與評價

鐘育霞

(深圳市龍崗區(qū)水務(wù)局，廣東 深圳 518100)

1 區(qū)域地質(zhì)工程概況

寶安區(qū)轄區(qū)范圍內(nèi)劃定有鐵崗水庫-石巖水庫、長流陂水庫和羅田水庫飲用水水源保護區(qū)。經(jīng)過方案論證比選，在多次專家評審后，形成分區(qū)處理方案：即石巖(東片區(qū))、鐵崗(九圍片區(qū))以及鐵崗(應(yīng)人石片區(qū))利用對應(yīng)水庫庫尾設(shè)置相應(yīng)的工程措施，將建成區(qū)與水庫水源區(qū)進行隔離，設(shè)計標準為50a一遇。石巖(麻布片區(qū))、鐵崗(料坑片區(qū))以及鐵崗(黃麻布片區(qū))則進行調(diào)蓄后就地處理排放或調(diào)蓄轉(zhuǎn)輸，截流標準為30mm。

在向?qū)毎矃^(qū)環(huán)境保護和水務(wù)局匯報后，鑒于水庫水質(zhì)保障的迫切需求，加之區(qū)政府的高度重視，為了加快推進3處河口生態(tài)庫的設(shè)計、建設(shè)進度，將對12個子項分批次、分階段進行可行性研究、初步設(shè)計。經(jīng)會議決定，將項目劃分為3個批次，對九圍河口生態(tài)庫工程開展施工圖設(shè)計階段工程地質(zhì)勘察工作[1- 15]。

2 危險性地質(zhì)區(qū)域劃分與工程建設(shè)評價

2.1 基坑工程

(1)基坑坑壁滑塌與涌水。本場地內(nèi)各豎井、管道、箱涵溝槽等明挖的構(gòu)筑物均存在基坑，開挖深度除部分淺埋管道外均超過3m，坑壁土層以穩(wěn)定性的土層為主，易發(fā)生塌方、滑坡等重大安全隱患，施工時應(yīng)嚴格按照設(shè)計方案支護或放坡，避免安全事故發(fā)生。基坑開挖時將形成基坑涌水、滲透破壞，需進行截水或井點降水或明排，減少地下水對基坑施工的影響。降排水措施將導致周邊地下水位下降，會引起周邊環(huán)境(地下管線、市政設(shè)施、建(構(gòu))筑物)破壞(沉降、開裂、變形等)，應(yīng)做好相應(yīng)防護措施，并在施工期間加強監(jiān)測，避免對周邊環(huán)境的影響。

(2)地下水與地表水抗浮穩(wěn)定。本場地內(nèi)基坑底部多位于地下水位以下，場地存在地下水的抗浮穩(wěn)定問題，施工時期需嚴格按照設(shè)計方案截排地下水，保證施工期安全，并采取抗浮錨桿(樁)、結(jié)構(gòu)、導排地下(地表)水等措施進行運營期的抗浮設(shè)防。

(3)地表水截排與沉降。應(yīng)在基坑周邊做好截排地表水措施，避免地下水滲入基坑側(cè)壁，導致土體抗力降低，水壓力增高，威脅基坑穩(wěn)定。管道位于人工填土、軟土和多種性狀不同的地層上的基礎(chǔ)存在沉降及差異沉降問題，應(yīng)進行地基處理。

2.2 土方與地下暗挖工程

本工程的基坑(槽)開挖深度基本上均超過3m，存在土方開挖安全滑塌的安全隱患，應(yīng)根據(jù)不同地層特征，嚴格按照設(shè)計方案或經(jīng)審批的施工組織方案進行土石方的開挖，堅持分段、分層開挖，按設(shè)計或規(guī)范規(guī)定的合理放坡坡度開挖。運土重車行走路線要專門設(shè)計，路基邊坡要穩(wěn)定，不要對基坑支護結(jié)構(gòu)造成超設(shè)計荷載。本工程包括2條隧洞工程，少量頂管工程。隧洞施工主要為盾構(gòu)工法，局部段采用礦山法施工，管道局部采用頂管，應(yīng)人石河口生態(tài)庫截流溝采用頂管施工，暗挖、頂管施工存在的地質(zhì)風險有塌方、流沙、流土、涌水、突泥、巖爆飛石、爆破、粉塵傷害、不良氣體(如氡氣等)、放射性等危害，需要做好相應(yīng)的專項防護措施。

3 生態(tài)庫地質(zhì)條件評價

3.1 地形地貌

九圍河口生態(tài)庫位于九圍河入鐵崗水庫河口處，距離洲石公路南側(cè)約1700m，如圖1所示。庫區(qū)地貌類型為低丘陵臺地地貌，微地貌為開闊式?jīng)_溝地貌，庫岸均為殘坡積后形成的緩丘。兩岸坡度較緩(坡度15°～20°)，左岸地面丘頂高程31～40m，為原聚豪高爾夫球場，右岸地面丘頂高程31～70m，植被良好。生態(tài)庫庫底高程16.5～24.0m。

圖1 九圍河口生態(tài)庫場

3.2 地層巖性與構(gòu)造

九圍生態(tài)庫場地地層自上而下分別為：第四系人工填土(Q4ml)：主要分布于沖溝上游右岸庫尾港中旅高爾夫球場等區(qū)域，該層層厚0.4～5.0m，平均層厚2.26m，層底高程-2.99～36.64m。第四系沖洪積層(Q4al+pl)：以淤泥質(zhì)中粗砂、礫砂等為主。其中：②-1淤泥：分布于庫區(qū)表層，零星分布，呈灰黑色，流塑狀，略有腥味，巖芯成形差，性狀極差，為新近沉積的堆積物，含少量砂粒和生活垃圾。見于2JSZK63、2JSZK85、2JSZK86、2JSZK90、2JSZK97等庫區(qū)鉆孔。該層層厚0.8～6.0m，平均層厚3.0m，層底高程15.17～21.00m。②-2粉質(zhì)黏土(礫質(zhì)、砂質(zhì))：分布于沖溝溝底，廣泛連續(xù)分布，為砂質(zhì)黏土和礫質(zhì)黏土。②-3中粗砂：分布于沖溝底部，零星分布，一般呈灰、灰黑色，流塑-軟塑狀，底部夾砂，見于2JSZK44、2JSZK83、2JSZK90、2JSZK92等鉆孔，該層層厚1.5～2.8m，平均層厚1.97m，層底高程11.90～24.94m。

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造亦以斷裂構(gòu)造為主，可歸并為黃京坑斷裂帶和楊柳崗斷裂束，由楊柳崗斷裂、尖崗斷裂、黃旗崗斷裂組成，總體呈北西310°方向舒波狀延伸，傾向北東，傾角45°～80°，可見長約15km，寬約2km，單條斷裂長45～10km，寬1～15m，最寬達50m，展布方向呈尖滅側(cè)現(xiàn)排列。區(qū)域斷裂構(gòu)造基本平行于庫區(qū)，距離庫區(qū)約2km，庫區(qū)地質(zhì)測繪和鉆孔內(nèi)未見斷裂等構(gòu)造痕跡。

3.3 水文地質(zhì)

地下水主要為第四系孔隙水和基巖裂隙水。基巖裂隙水主要賦存于下部強風化巖(塊狀)-弱風化花崗巖風化裂隙和部分張開的斷裂構(gòu)造裂隙內(nèi)，接受上覆孔隙潛水越流補給和地下側(cè)向徑流補給，陸地區(qū)域突出地面的裸露巖體直接接受降雨補給。根據(jù)壩址區(qū)勘探鉆孔水位施工期間觀測成果，壩址區(qū)兩岸地下水位高于庫水位，水位變化幅度小，在0.5～1m范圍內(nèi)，主要受降雨影響，總體上地下水位較穩(wěn)定。

4 綜合評價

4.1 庫區(qū)工程地質(zhì)條件評價

(1)水庫與構(gòu)造滲漏問題。水庫周邊均為中低山區(qū)或丘陵區(qū)，山體雄厚，組成寬闊的山體地層為微弱透水的殘積土地層和花崗巖風化巖層，滲徑240～400m，滲透系數(shù)小，為相對不透水層，無低埡口，因此庫區(qū)不會發(fā)生有規(guī)模的永久性滲漏問題。庫內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有大規(guī)模斷層，組成寬闊的山體地層為微弱透水的殘積土地層和厚層全風化花崗巖等土層，因此水庫蓄水后不會產(chǎn)生構(gòu)造滲漏。

(2)繞壩滲漏問題。壩址區(qū)兩側(cè)山體為殘丘，左岸壩肩地面高程29～38.5m，壩肩下游存在1條低沖溝，沖溝高程25～27m，壩肩寬度約80m，地層為微弱透水的殘積土地層和花崗巖風化巖層，地下水位高程為26.5～28.0m，略低于庫水位，存在繞壩滲漏風險。右岸壩肩地面高程29～49m，壩肩下游存在1條低沖溝，沖溝高程16.5～20.0m，壩肩寬度約200～250m，地層為微弱透水的殘積土地層和花崗巖風化巖層。

(3)庫岸穩(wěn)定。水庫運行近50a來基本是穩(wěn)定的。本次勘察亦未見有較大的松散堆積體。庫岸地形平緩，植被良好，具有天然穩(wěn)定邊坡，無不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，因此庫岸穩(wěn)定性較好，施工期和運行期一般不會產(chǎn)生失穩(wěn)。

(4)浸沒及淹沒。根據(jù)設(shè)計資料，生態(tài)庫控制最高水位為28m。生態(tài)庫建成后，會淹沒庫區(qū)周邊低洼的水塘。此外，庫區(qū)左岸(港中旅聚豪高爾夫球場)地面高程約25.0～70.0m，在最高運行水位時，會將球場低洼處淹沒。庫區(qū)無重要建筑物，山體表層構(gòu)成以殘坡積黏性土和全風化巖為主，屬弱-微透水性，為相對隔水層，因此潛水浸潤線抬高后影響不大。

(5)水庫淤積。庫內(nèi)沒有大的河流通過，基巖為致密的花崗巖，松散層相對較薄，地形平緩，植被茂盛，在天然條件下固體徑流量并不大，水庫淤積問題不大，在運行期間進行定期清淤。

4.2 堤壩址區(qū)工程地質(zhì)條件評價

九圍河口生態(tài)堤壩址位于九圍河入鐵崗水庫河口東南側(cè)約1800m位置處，沿河道垂直布置在鐵崗水庫庫尾處，如圖2所示。堤壩壩型采用混凝土防滲墻防滲土石堤，左岸布置有連通閘，右岸布置有排出隧洞，壩頂采用C30混凝土路面，路面寬8.0m，厚0.02m，按2%向下游放坡。碎石墊層下設(shè)0.3m中粗砂墊層，干砌石護坡由堤頂護至馬道頂。馬道以下設(shè)置拋石區(qū)，拋石區(qū)頂寬2.82m，邊坡1：3.0。壩址區(qū)地形呈“U”型，較開闊，兩岸坡度為15°～25°，局部為30°，溝底高程16.5～20m，最大壩高約12.5m。壩址區(qū)主要地層包括②沖洪積層和③殘坡積層，其中沖洪積層位于沖溝底部。

圖2 九圍生態(tài)庫堤壩照片(從上游向下游拍攝)

(1)壩基開挖及地基處理。壩址區(qū)溝底表層為粉質(zhì)黏土層，呈可塑-硬塑狀，天然地基承載力約120kPa，可滿足土石壩地基持力層要求，表層1.0m范圍內(nèi)地層由于含水量較大，呈軟可塑狀，建議挖出換填；該層呈中等壓縮性，局部呈高壓縮性，壩體填筑會產(chǎn)生一定的沉降變形，應(yīng)預留一定的沉降量。局部存在淤泥質(zhì)土，呈流塑-軟塑狀，需挖除換填。

(2)壩基滲漏。粉質(zhì)黏土層下伏較厚層的礫砂層，層厚2.5～3.3m，該層滲透系數(shù)較大，建議設(shè)計通過滲流穩(wěn)定和滲漏量計算，選擇適宜的防滲方案，可采用混凝土連續(xù)墻截水。壩基基槽開挖深度約2～3m，側(cè)壁地層為粉質(zhì)黏土層，呈可塑-硬塑狀，可采用放坡形式開挖。壩肩邊坡穩(wěn)定性：壩址兩岸邊坡坡度較緩，地層以殘積土礫質(zhì)黏性土層為主，其C、φ值較大，不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育，因此壩基穩(wěn)定性好；由于邊坡地層為殘坡積礫質(zhì)黏性土，滲透系數(shù)小，為相對不透水層，因此不易發(fā)生繞壩滲漏問題。

4.3 濕地工程與景觀地質(zhì)條件評價

擬建濕地擬對周圍岸坡進行簡單重塑，濕地內(nèi)部保持現(xiàn)狀，并在下游設(shè)置3道均質(zhì)土景觀生態(tài)堤，堤頂寬度2.0m，堤基寬度約4.4m。由于僅對現(xiàn)有岸坡進行輕微地形重塑，不涉及深部地層開挖，濕地內(nèi)淺表地層均為弱-透水層，兩岸殘丘均較寬厚，殘丘區(qū)域地下水位高程約為26.5m，高于擬建濕地進水水位22.8m以及出水水位22.7m，再加之場區(qū)未揭露斷裂構(gòu)造，因此擬建濕地不會發(fā)生滲漏問題。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)鉆探及測繪，岸坡較為穩(wěn)定，擬建濕地僅對岸坡進行輕微重塑，不會對岸坡整體穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響。由于生態(tài)堤區(qū)域地下水位均較淺，九圍河常年流水，建議在基槽開挖時做好排水、導流措施。

設(shè)計擬在九圍生態(tài)庫排出隧洞左側(cè)新建一座車行橋梁，橋梁寬度約6.6m，長度約39m。擬采用樁基礎(chǔ)，樁徑約1.5m，樁長約18m。

②-2礫質(zhì)黏土，厚度2.0～5.3m，可塑狀，利于預制打入及鉆(沖)孔樁施工；②-6礫砂，厚度1.0m，稍密狀，利于預制樁打入，但黏粒含量少，采用鉆(沖)孔成樁時，易擾動發(fā)生塌孔；③殘(坡)積土、④-1全風化花崗巖、④-2-1強風化花崗巖上段均利于預制樁打入及鉆(沖)孔樁施工，但花崗巖存在風化不均勻現(xiàn)象，局部可能分布有弱-微風化花崗巖風化球，對預制樁施工造成阻礙。

4.4 管理房、配電房工程地質(zhì)條件評價

設(shè)計擬在生態(tài)庫堤壩左岸興建管理房及配電房，現(xiàn)狀為高爾夫球場草地，地形稍有起伏，地面高程約為28.0～33m。均擬采用條形基礎(chǔ)，開挖深度為2.0～3.0m，管理房尺寸約為20m×40m，配電房尺寸為24m×5m。

根據(jù)設(shè)計圖及地質(zhì)剖面JSP29～JSP36，管理房及配電房基礎(chǔ)持力層主要為③殘(坡)積土層，厚度為9.8～16.8m，可塑-硬塑狀，為良好基礎(chǔ)持力層；局部為①-1素填土層，實加固檢測合格后可作為基礎(chǔ)持力層。由于基礎(chǔ)持力層工程性狀存在差異，建議做好預防不均勻沉降措施。設(shè)計擬采用鋼板樁支護開挖，①-1素填土，松散狀，主要有礫質(zhì)黏性土回填，有利于鋼板樁打入；③殘(坡)積土，可塑-硬塑狀，有利于鋼板樁打入。根據(jù)剖面JSP29～JSP36，場區(qū)地下水位埋深多為5.0～8.0m，基坑側(cè)壁地層均為弱透水層，周圍無地表水補給，因此基坑開挖基本不涉及地下水問題。

5 結(jié)束語

生態(tài)庫的建設(shè)有利于當?shù)厝藗兯Y源的便利使用，也為當?shù)剞r(nóng)田灌溉提供了保障，加強了防洪蓄水，改善了當?shù)剞r(nóng)民的生活條件。但是在生態(tài)庫建設(shè)過程中面臨許多復雜地質(zhì)條件的阻礙，這既不利于環(huán)境保護，也不利于長久穩(wěn)定使用。生態(tài)庫基礎(chǔ)整治、邊坡處理難度較大，要做好除險加固工作。需要根據(jù)不同生態(tài)庫的具體情況，加強施工質(zhì)量控制。其間要先明確主要問題，再采取有針對性的解決措施，只有不斷摸索和總結(jié)經(jīng)驗，才能有效提升生態(tài)庫的施工質(zhì)量，同時降低生態(tài)庫工程建設(shè)帶來的不利影響。