清河區橡膠壩工程水文地質及工程地質條件評價

王曉文

(遼寧江河水利水電工程建設監理有限公司，遼寧 東港 118300)

1 概 述

清河是遼河左岸的較大支流。清河上游有南北兩支，南支為主流，全長159km，流域面積5150km2。清河水庫位于清河干流上，控制面積2376km2，占清河流域總面積的49%，總庫容9.71億m3，為大(2)型水庫，壩址距下游長大鐵路橋和開原城區約13km，主要建設項目有護岸工程和橡膠壩工程。

在河心樁號X35+685處擬建清河區橡膠壩。壩軸線方向長259.50m，底板頂標高87.70m，壩頂標高90.20m，壩體高度2.5m，分三跨，每跨79m，中墩1.5m。調節閘設置在左側，底板標高為87.70m，頂高程90.20m，閘室總凈寬18m。

2 橡膠壩壩址工程地質條件

2.1 地形地貌

壩址位于兩岸河漫灘及河床上，且以河床為主，河道垂直寬度約300m，擬建壩址長度約277m，地面高程為86.97-91.67m，壩址區河漫灘整體地形平緩。

2.2 地層巖性

1)素填土：為人工回填的河道沖積土，呈黃褐色-褐色，結構松散，夾有粉細砂和粉質黏土，干強度和韌性低，層厚2.3-4.0m，層底高程82.81-85.54m，河道左岸鉆孔各鉆孔均有分布。

2)礫砂：呈黃褐色，飽和，略致密狀態，其主要成分為石英、長石，礫徑2-20mm，含量40%-45%，中粗砂充填，局部混土量較高，層厚1.2- 3.5m，層底高程82.04- 84.76m，僅ZK1、ZK4號鉆孔揭示。

淤泥粉質黏土：灰色，飽和，軟塑性，高壓縮性，層厚2.1m，層底高程82.66m，僅ZK1號鉆孔揭示。

3)粉土：黃棕色，飽和，軟塑性狀態，干強度較差，韌性較差，層厚0.8-2.3m，層底高程78.51-81.24m，河道左岸鉆孔各鉆孔均有分布。

4)級配不良的圓礫：黃褐色，密實狀態，礫石成分主要為石英、長石，礫石直徑2-20mm，含量50%-55%，中粗砂充填，層厚0.9-3.5m，層底高程79.71-81.76，僅ZK1、ZK2、ZK3號鉆孔揭示。

5)礫砂：呈黃褐色，飽和，略致密至致密狀態，礫石成分主要為石英、長石，礫石直徑2-20mm，含量40%-45%，中粗砂充填，局部混土量較高，揭示層厚2.5- 15.0m，層底高程70.76- 76.96m，各鉆孔均有揭示。

6) 粗砂：黃褐色，飽和，中等密度，層厚1.2m，層底高程75.76m，僅ZK1號鉆孔揭示。

2.3 壩址區水文地質條件

根據勘察得知：區內地下水屬第四系孔隙潛水，勘察期間橡膠壩壩址區水位高程為84.06-88.65m。

在壩址區清河取一組水樣進行水質分析。分析結果見表1。河水的HCO3-含量為108.49mg/L；PH值均為7.08；侵蝕性CO2含量為0 mg/L；Mg2+含量為19.59 mg/L；SO42-含量為208.46mg/L；根據分析結果可判定該場區河水化學類型為SO42-HCO3--Ca2+，PH值為7.08，屬弱堿性。

2.4 壩址區工程地質條件

2.4.1 壩基各土層物理力學性質

各土層物理力學性質統計結果詳見表2。

2.4.2 壩基各土層原位測試

壩基原位檢測主要采用標準貫入試驗和動力貫入試驗，其統計結果詳見表3。

表1 水質分析成果匯總表

2.5 壩基各土層地基承載力值

壩基各土層地基承載力值見表4。

表2 壩基各土層原位測試指標統計表

表3 顆分試驗成果統計表

表4 壩基各土層地基承載力

2.6 壩基各土層凝聚力、內摩擦角及摩擦系數

壩基各土層的凝聚力值和內摩擦角系通過計算并按照類比法結合經驗確定。在壩基穩定計算中礫砂層內摩擦角建議值為35.4°；淤泥質粉質黏土層凝聚力建議值為11.0kPa；粉土層凝聚力建議值為3.0kPa；級配不良的圓礫層內摩擦角建議值為40°；礫砂層內摩擦角建議值為38.8°；粗砂層內摩擦角建議值為32°。

按照水利水電工程地質勘察規范的有關規定,給出建筑物基礎底面與②層礫砂之間的摩擦系數建議值f=0.40；④層圓礫之間的摩擦系數建議值f=0.50；與⑤層礫砂之間的摩擦系數建議值f=0.45。

2.7 壩基各土層滲透性及滲透穩定性評價

本場區各土層滲透系數由經驗公式計算數據給出，壩基各土層的滲透變形類型、臨界水力坡降和允許水力坡見表5。

表5 壩基各土層滲透變形類型及水力坡降匯總表

2.8 壩基飽和砂土的液化判別

本次勘察工作按照《水利水電工程地質勘察規范》規定對壩基飽和砂土進行液化評價，判別結果見表6。經判定，該區域不存在地震液化問題。

3 橡膠壩水文地質與工程地質條件評價

3.1 壩基穩定性評價

根據地形及壩體設計要求，建壩時，壩址區①層回填土結構松散建議挖除；淤泥質粉質黏土處于軟塑性狀態，承載能力差，建議挖除或進行基礎處理；③層粉土分布不均勻連續，建議挖除；④層圓礫建議承載能力為560kPa，可滿足地基穩定要求，但該層厚度較小，建議設計進行變形穩定驗算；⑤層礫砂建議承載能力為480kPa，該層分布連續穩定，厚度較大，可滿足地基穩定要求，但局部存在粗砂夾層。⑥層粗砂已透鏡體存在，分布不連續，建議承載能力為180kPa，該層層位不穩定，粗砂透鏡體分布范圍小，且埋藏較深，對壩基穩定影響較小[1]。

表6 壩基飽和砂土液化判別表

3.2 滲透穩定性評價

根據對滲透變形的判定，壩址區砂性土滲透變形形式均為管涌型，建議按照報告給定的允許水力比降并根據實際情況進行滲透穩定性驗算，以確定是否產生滲透破壞。

3.3 壩基及護岸滲漏評價

壩址區主要透水層為粗砂和圓礫層，呈強透水性，蓄水后會存在壩基和護岸滲漏問題。需驗算水量能否滿足正常蓄水要求，如不能滿足，需采取必要的防滲處理措施。

3.4 基坑開挖評價

因該場地地下水埋深較淺，且工程區位于主河床，基坑開挖時建議采用井點降水配合明排法進行基坑排水，以滿足基礎施工要求。應先將地下水降至設計要求后，再進行基坑開挖，這樣可避免開挖過程中出現邊坡失穩，給工程帶來不必要的影響。基坑開挖可按自然放坡考慮，開挖5m深度范圍內給定回填土和淤泥質粉質黏土邊坡坡比1∶1.5，礫砂和圓礫邊坡坡比1∶1.5，粉土邊坡比為1∶12。如果開挖深度超過5m，建議設馬道分層開挖[2]。

3.5 沖刷影響評價

橡膠壩蓄滿水后，河水沿橡膠壩壩頂會產生溢流，由于水頭作用，勢必對下游產生一定的沖刷影響，長期下去有可能在下游壩腳附近形成沖刷坑，對于壩體穩定不利。所以，建議考慮沖刷影響，從結構上采取一定措施來消除沖刷影響。

4 結 語

分析評價結論為壩址區素填土、粉質粘土和粉土層建議挖除。圓礫和礫砂層連續穩定，承載能力較高， 壩址區砂性土滲透變形形式均為管涌型，建議按照報告給定的允許水力比降并根據實際情況進行滲透穩定性驗算，以確定是否產生滲透破壞。壩址區主要透水層為粗砂和圓礫層，呈強透水性，蓄水后會存在壩基和護岸滲漏問題。需驗算水量能否滿足正常蓄水要求，如不能滿足，需采取必要的防滲處理措施。因該場地地下水埋深較淺，且工程區位于主河床，基坑開挖時建議采用井點降水配合明排法進行基坑排水，以滿足基礎施工要求。建議考慮沖刷影響，從結構上采取一定措施來消除沖刷影響。