淺談工程地質(zhì)勘察對(duì)水利工程的重要性

黃超雄

(廣東水科院勘測(cè)設(shè)計(jì)院，廣東 廣州 510000)

水利工程地質(zhì)勘察是指為滿足工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)及綜合治理等的需要，對(duì)地形、地質(zhì)及水文等狀況進(jìn)行測(cè)繪、勘探測(cè)試，并提供相應(yīng)成果和資料的活動(dòng)。研究和查明工程建設(shè)場(chǎng)地的地質(zhì)地理環(huán)境特征，可以對(duì)建設(shè)場(chǎng)地做出詳細(xì)論證，保證工程的合理進(jìn)行，促使工程取得最佳的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境效益。

水利工程前期地質(zhì)勘察是水利工程建設(shè)的首要環(huán)節(jié)，所有水工建筑物的基礎(chǔ)處理方案均根據(jù)地勘所提供的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果前期地勘資料不完善，將對(duì)整個(gè)工程產(chǎn)生無(wú)法估計(jì)的損失。

1 某電排站工程建設(shè)

1.1 工程概況

本工程是具有排澇、防洪綜合利用的公益性水利工程，包括電排站和自排涵兩部分。本工程安裝4臺(tái)900HD-11.5型導(dǎo)葉式混流泵，設(shè)計(jì)排澇流量共為9.76 m3/s，裝機(jī)容量為1420 kW。自排涵的最大排水流量為79.78 m3/s。

(1)防洪標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)相關(guān)的規(guī)程規(guī)范[1-2]，該工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型，主要建筑物為 3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)建筑物5級(jí)。泵站的防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。

(2)治澇標(biāo)準(zhǔn)。本工程排澇標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇,24 h暴雨所產(chǎn)生的徑流量3 d排干。

1.2 工程地質(zhì)條件及基礎(chǔ)處理方式

本河段河道平直，地層整體上抗?jié)B性好，適宜本工程的建設(shè)。工程主體部分，采用天然基礎(chǔ)；若地基不能滿足承載力要求時(shí)，可采用攪拌樁等方式處理地基，或可采用土層“粉質(zhì)黏土③”和以下強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖作為基礎(chǔ)持力層。

“黏土②”層，地基承載力特征值為160 kPa(標(biāo)貫擊數(shù)N=9.9)，“粉質(zhì)黏土③”層地基承載力特征值為200 kPa(標(biāo)貫擊數(shù)N=16.9)，“全風(fēng)化花崗片麻巖④1”層地基承載力特征值為350 kPa(標(biāo)貫擊數(shù)N=34.7)，“強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖④2”地基承載力特征值為450 kPa(標(biāo)貫擊數(shù)N=76.1)。

項(xiàng)目所在場(chǎng)地區(qū)附近天然建筑材料儲(chǔ)量豐富，質(zhì)量較好，采運(yùn)方便，運(yùn)距在20 km以內(nèi)[3]。進(jìn)出水渠的開(kāi)挖土料曬干后可用于回填，回填時(shí)應(yīng)滿足密實(shí)度的要求。土方不足部分，可從土料場(chǎng)補(bǔ)充；已完成對(duì)土料場(chǎng)勘查工作。

設(shè)計(jì)人員根據(jù)地勘單位提供的相關(guān)地勘數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)設(shè)計(jì)本工程僅內(nèi)江扶壁式擋墻和外江防洪閘基需進(jìn)行水泥石粉換填，其余水工建筑物(主泵房、穿堤壓力箱涵、自排涵、外江自排閘，以及外江懸臂式擋墻)均采用天然基礎(chǔ)，不需進(jìn)行基礎(chǔ)處理(具體詳見(jiàn)表1)。

同時(shí)，根據(jù)地勘資料顯示，開(kāi)挖土料可用于工程回填，故原設(shè)計(jì)階段考慮利用開(kāi)挖土料進(jìn)行回填，不足部分進(jìn)行外購(gòu)?fù)亮希?jīng)土石方平衡計(jì)算，原設(shè)計(jì)階段外購(gòu)?fù)练綖?59.36 m3。工程基礎(chǔ)處理方式見(jiàn)表1。

表1 工程基礎(chǔ)處理方式

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，施工單位在完成主泵房下部澆筑，破堤開(kāi)挖，準(zhǔn)備進(jìn)行穿堤箱涵施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)開(kāi)挖土層與設(shè)計(jì)地勘資料不符，地質(zhì)條件較差，不能按設(shè)計(jì)要求施工，在重新進(jìn)行了施工補(bǔ)勘后發(fā)現(xiàn)，工程外江部分基礎(chǔ)土層與原設(shè)計(jì)階段地勘土層嚴(yán)重不符。

(2)施工補(bǔ)勘階段地勘資料與基礎(chǔ)處理方式。由地勘單位提供的施工階段最新地勘資料顯示，電排站穿堤箱涵(壓力箱涵、自排涵)從第二節(jié)開(kāi)始，外江防洪閘、外江自排閘、出水消力池、漿砌石護(hù)坡，以及外江懸臂式擋墻等主要建筑物基礎(chǔ)土層均為“淤泥質(zhì)黏土①”層，該土層“為高液限黏土；呈流塑狀，成分主要為黏粒，含粉砂和腐殖質(zhì)，揭露厚度6.00～13.30 m，平均層厚8.83 m；地基承載力特征值為90 kPa，標(biāo)貫擊數(shù)N=1.8”。

由于已進(jìn)行工程施工，外江防洪堤防也已破堤開(kāi)挖，故設(shè)計(jì)人員在根據(jù)最新的施工補(bǔ)勘資料的基礎(chǔ)上，綜合考慮各方面因素后，對(duì)電排站穿堤箱涵(壓力箱涵、自排涵)從第二節(jié)開(kāi)始，外江防洪閘、外江自排閘、出水消力池、漿砌石護(hù)坡，以及外江懸臂式擋墻等主要建筑物采用水泥攪拌樁地基處理方式，見(jiàn)表2。

表2 工程設(shè)計(jì)變更后基礎(chǔ)處理方式

1.3 土方工程量變化

由原設(shè)計(jì)階段地勘資料可知，堤防及外江土層為：素填土①、黏土②、粉質(zhì)黏土③、全風(fēng)化花崗片麻巖④1、強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖④2；而且“進(jìn)出水渠的開(kāi)挖土料曬干后可用于回填，回填時(shí)應(yīng)滿足密實(shí)度的要求”，所以，原設(shè)計(jì)階段均考慮利用開(kāi)挖土料進(jìn)行回填，不足部分才進(jìn)行外購(gòu)?fù)亮希?jīng)土石方平衡計(jì)算，原設(shè)計(jì)階段外購(gòu)?fù)练絻H為959.36 m3(壓實(shí)方)。

施工階段地勘成果顯示，外江土層基本為“淤泥質(zhì)黏土①”，根據(jù)相關(guān)質(zhì)量檢測(cè)站提供的現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖土料試驗(yàn)報(bào)告顯示，“淤泥質(zhì)黏土①” 黏粒含量為27.4%，塑性指數(shù)為28.7，不滿足土料回填要求，該土料不能重復(fù)利用。

原設(shè)計(jì)階段本工程土石方開(kāi)挖共計(jì)約5.35萬(wàn)m3，由項(xiàng)目區(qū)開(kāi)挖產(chǎn)生，填方量約4.20萬(wàn)m3，棄渣約1.28萬(wàn)m3，外購(gòu)?fù)练?.10萬(wàn)m3(壓實(shí)方)。

以施工階段地勘資料為依據(jù)，重新進(jìn)行土方開(kāi)挖邊坡設(shè)計(jì)，計(jì)算后，本工程土石方開(kāi)挖共計(jì)約6.22萬(wàn)m3，由項(xiàng)目區(qū)開(kāi)挖產(chǎn)生，填方量約4.99萬(wàn)m3，棄渣約3.01萬(wàn)m3，外購(gòu)?fù)练?.50萬(wàn)m3。

1.4 工程投資變化

根據(jù)施工階段地勘資料，本工程基礎(chǔ)處理進(jìn)行設(shè)計(jì)變更及重新復(fù)核土石方平衡后，工程設(shè)計(jì)變更增加工程投資為108.01萬(wàn)元，其中，主體工程投資預(yù)算為95.94萬(wàn)元，專(zhuān)項(xiàng)工程(水土保持)投資為12.07萬(wàn)元。

2 某河涌改道工程建設(shè)

2.1 工程概況

本工程為地鐵建設(shè)車(chē)輛段配套工程，因地鐵車(chē)輛段的建設(shè)需對(duì)占用的河道進(jìn)行改道設(shè)計(jì)。

根據(jù)相關(guān)的規(guī)程規(guī)范及區(qū)域相關(guān)的水系規(guī)劃和防洪排澇規(guī)劃，本次排洪渠改道項(xiàng)目防洪設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)定為20年一遇。

2.2 設(shè)計(jì)方案

(1)北側(cè)排洪渠。北側(cè)排洪渠總長(zhǎng)1463.91 m，其中排洪渠建設(shè)長(zhǎng)度1255.31 m，渠寬10.00 m，中間設(shè)置4處跌水，分別是1#跌水(樁號(hào)0+092.7，長(zhǎng)80.0 m，跌差7.0 m)、2#跌水(樁號(hào)0+589.0，長(zhǎng)45.8 m，跌差3.0 m)，3#跌水(樁號(hào)0+961.0，長(zhǎng)45.8 m，跌差3.0 m)，4#跌水(樁號(hào)1+239.0，長(zhǎng)37.0 m，跌差2.0 m)；渠首因交通需要，重建交通橋1座，凈寬10.00 m。

(2)西側(cè)排洪渠。西側(cè)排洪渠總長(zhǎng)405.50 m，其中箱涵段長(zhǎng)90.00 m，明渠段長(zhǎng)315.50 m。前段Y段長(zhǎng)107.5 m(Y0+090～Y0+197.5)，后段Z段(分流渠)長(zhǎng)208.0 m(Z0+000～Z0+208.0)。渠道進(jìn)口高程為34.5 m，排洪渠在Y0+175.0附近進(jìn)行分流，當(dāng)設(shè)計(jì)洪水高程低于Z0+000渠道底高程33.1 m時(shí)洪水通過(guò)下游公路暗涵排走；當(dāng)設(shè)計(jì)洪水高程高于Z0+000渠道底高程33.1 m時(shí)洪水從分流渠排入北側(cè)排洪渠，于北側(cè)排洪渠匯合排走，Z段分流流量為Q=14.6 m3/s。

2.3 水工建筑物基礎(chǔ)處理方式

設(shè)計(jì)人員根據(jù)初步勘察資料對(duì)北側(cè)排洪渠和西側(cè)排洪渠進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)設(shè)計(jì)，除北側(cè)排洪渠渠首交通橋(荷載等級(jí)：公路-Ⅱ級(jí))位于粉質(zhì)黏土層需采用鋼筋混凝土預(yù)制方樁基礎(chǔ)處理和西側(cè)排洪渠箱涵段采用基礎(chǔ)換填外，其余部分均采用天然基礎(chǔ)。

在工程施工前，進(jìn)行了施工詳勘，根據(jù)施工詳勘資料，北側(cè)排洪渠渠首交通橋橋墩基礎(chǔ)坐落于“卵石層<3-4>”，地基承載力為400 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求，故在施工圖階段交通橋基礎(chǔ)處理方式修改為天然基礎(chǔ)，取消交通橋基礎(chǔ)處理方案(鋼筋混凝土預(yù)制方樁)，節(jié)省工程投資18.24萬(wàn)元。

3 結(jié) 語(yǔ)

由上述兩個(gè)工程實(shí)例說(shuō)明，水利工程前期地勘對(duì)水利工程的重要性，工程前期地勘為工程基本建設(shè)的首要環(huán)節(jié)，后續(xù)設(shè)計(jì)人員以及施工單位均是根據(jù)前期地勘資料進(jìn)行方案設(shè)計(jì)及采取相應(yīng)的施工方案，如果工程地勘資料不準(zhǔn)，將對(duì)工程產(chǎn)生具體的影響。尤其是水利工程這種基本民生工程，若水利工程失事造成的經(jīng)濟(jì)損失和產(chǎn)生的社會(huì)影響將無(wú)法估量。

因此，工程前期勘察對(duì)水利工程十分重要，不能輕易忽視，須重視其重要性。