潼湖圍陳屋邊水閘重建工程地質勘察評價與分析

趙坤明

（東莞市運河治理中心，廣東 東莞523100）

工程區所在的東莞市橋頭鎮屬準平原地區，地形相對較為平緩，零星分布著相對高度50 m以下的殘丘。區內主要水系為東江、石馬河。東江在本工程北面自東向西穿過流入珠江口，石馬河自南向北在橋頭鎮東北側匯入東江。本區地形總體上為北、東、南三面高而中間、西部低。

1 工程地質勘察范圍

本次地質勘察主要建筑物包括：重建水閘、消力池、海漫、上下游圍堰及綜合管理樓等。主要勘察工作布置為：工程范圍區1∶1 000工程地質測繪，沿各建筑物軸線布置縱、橫勘探剖面，主要、次要建筑物鉆孔間距一般為20～50 m，臨時建筑物鉆孔間距一般為30～50 m。鉆孔深度至持力層以下2～5 m。按地質單元分層取樣，現場進行標準貫入試驗、注水試驗等工作。完成外業工作量見表1。

表1 初步設計階段工程地質勘察外業完成主要工作量表

2 地層巖性及其物理力學性質

2.1 近現代人工填筑層（QS）

層序編號為①，主要分布于陳屋邊水閘兩岸河堤及河床，地面建筑物及周邊一帶。該層普遍有揭露，分布范圍較廣，壓實性不均勻，揭露厚度0.20～7.45 m，層底高程-0.27～8.1 m。其中水閘兩岸連接段及河堤填土以黃色、土黃色粉質黏土為主，夾有碎石，壓實較為均勻，壓實性普遍較差，可塑狀，厚度一般為2～5 m。水閘下游河床為澆筑混凝土，厚度一般為0.4～1.3 m，河岸護坡為人工砌石貼坡，貼坡有裂縫，局部脫落，右岸河堤擋土墻朝外側鼓起，局部有坍塌。

2.2 第四系沖積層（Qal）

層序編號為②，廣泛分布于整個工程區，主要由土黃色粉質黏土、粉土、黑色淤泥、淤質黏土、淺黃、灰白色泥質粉細砂、礫砂等組成，厚度一般為15～30 m。根據巖土物質組成劃分為②-1、②-2、②-3、②-4、②-5、②-6共六個亞層。

2.3 三疊系沉積巖（T3x）

為棕紅色、淺紫色泥質粉細砂巖，風化較強烈，在閘址區普遍有揭露，揭露層厚1～5 m，根據風化狀態，劃分為全風化帶（Ⅴ）、強風化帶（Ⅵ）。

3 建筑物工程地質

3.1 水文地質條件

勘察期間陳屋邊水閘上游河水位高程一般為4.5 m左右，下游至石馬河河水位高程一般為4.2 m，兩岸鉆孔地下水位高程一般為2.6～5 m。兩岸地下水位稍低于潼湖圍水位，表明勘察期間場區地下水主要由潼湖圍河水補給。工程區除河堤填土層①、近地表粉質性土②-2外，絕大部分巖土層位于地下水位以下，呈飽和狀態。

閘址區地下水主要為孔隙性潛水，主要賦存于含泥粉細砂、含礫粗砂層及風化巖的孔隙中。

根據試驗成果及工程經驗類比，工程區填土層①中河堤填土以黏性土為主，壓實較為均勻，為極微透水層，滲透系數為8.62E-08～9.89E-08 cm/s；沖積層中②-1、②-2、②-3、②-6以黏性土為主，夾淤泥、淤質黏土，滲透系數為1.05E-07～8.0E-08 cm/s，為微透水層；含泥粉細砂②-4層，含泥較多，為中等透水性，滲透系數一般1.00E-03～2.5E-02 cm/s；礫砂②-5為強透水層，滲透系數一般1.07E-01～2.94E-01 cm/s，基巖中全風化帶（Ⅴ）屬極微透水層；滲透系數一般為9.87E-08～1.38E-07 cm/s。強風化帶（Ⅳ）屬中等偏弱透水層，參照附近同類工程，滲透系數一般1.00E-04～5.00E-04 cm/s。

在水閘上游、下游、ZK03鉆孔分別取了一組地表水和地下水進行腐蝕性試驗，地表水對混凝土、鋼筋有弱腐蝕性，地下水對混凝土有中等腐蝕性，對鋼筋有弱腐蝕性。水樣腐蝕性試驗成果見表2。

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3.2 滲透變形判別

滲透變形類型：水閘沿線土層主要有①層人工填土，②-1層淤泥，②-2層粉質黏土，②-3層淤質黏土，②-4層含泥粉細砂，②-5礫砂，②-6層粉土、淤質黏土，以及全風化泥質粉砂巖等。根據《水利水電工程地質勘察規范》（GB 50487-2008）附錄G的有關規定判別各土層滲透變形類型：①層人工填土、②-1層淤泥、②-2層粉質黏土、②-3層淤質黏土屬黏性土、②-6層粉土、淤質黏土屬黏性土，判為流土型。②-4層含泥粉細砂取的原狀樣，從試驗結果來看，含泥較多，可判為流土型。②-5層礫砂不均勻系數大于5，且細顆粒含量P=29%，判為過渡型。全風化泥質粉砂巖取樣4組，泥質粉砂巖風化較透，呈粉質黏土狀，屬黏性土，判為流土型。

臨界及允許水力比降：流土型臨界水力比降按式（1）計算，過渡型臨界水力比降按式（2）計算，臨界水力比降除以安全系數，即為允許水力比降。

計算公式：

式中：Jcr——土的臨界水力比降；

Gs——土粒比重；

n——土的孔隙率。

?

式中：d5、d20——分別為小于該粒徑的含量占總土重的5%和20%的顆粒粒徑，mm。

結合室內土工滲透變形試驗成果和工程經驗，類比提出各土層允許水力比降建議值，結果見表3。

表3 土層臨界水力比降及允許水力比降表

滲透穩定性評價：閘基底部沖洪積層②-1、②-2、②-3以黏土為主，較厚，②-4、②-5砂層埋藏較深，產生滲透破壞的可能性較小。

綜合勘察成果，參考《水利水電工程地質勘察規范》，提出各巖土層物理力學指標建議值，見表4。

表4 各巖土層臨時邊坡建議值表

3.3 工程地質評價

潼湖圍陳屋邊水閘為原址重建，閘址位于謝崗涌與石馬河交匯處，閘址總寬30 m，左右岸由土堤連接，堤岸地形平坦，高程為5～12 m。根據本次鉆探揭露，閘址區分布地層自上而下可分為人工填筑層，第四系沖洪積層、全風化帶、強風化帶。

人工填筑層①：主要分布在河流兩岸及河床部位，分布范圍較廣，包含人工填土層及填筑混凝土層。人工填土集中分布在河流兩岸，厚度5.0～5.9 m，層底高程7.45～8.1 m，土體呈可塑狀，透水性較差；填筑混凝土層為原閘址澆筑混凝土底板，膠結較好，厚度約1.3 m。

淤泥②-1：集中分布在河床部位，厚度3.05 m，層底高程-2.85 m，呈軟塑狀，透水性差，高壓縮性，物理力學性差。

粉質黏土②-2：分布廣泛，厚度2.05～8.75 m，兩岸厚，河床薄，層底高程-4.9～2.25 m，呈可塑狀，透水性差。

淤質黏土②-3：分布廣泛，厚度4.8～6.9 m，層底高程-6.0～-4.65 m，呈可塑狀，透水性差。

含泥粉細砂②-4：分布廣泛，該層較薄，厚度0.75～2.0 m，層底高程-6.9～-6.1 m，中密狀，中等透水性。

礫砂②-5：分布廣泛，厚度1.7～4.8 m，層底高程-11.7～-8.54 m，中密狀，透水性強，承載力較高，埋藏較深。

粉土、淤質黏土②-6：分布右岸及河床，厚度2.1～4.1 m，層底高程-16.2～-13.8 m，可塑狀，透水性差，物理力學性質較差。

全風化泥質粉砂巖Ⅴ：分布廣泛，厚度1.8～3.7 m，層底高程-18.2～-12.24 m，硬塑狀，透水性差，承載力較高。

4 工程措施建議

根據設計要求，水閘底板順水流方向長19.5 m，堰頂高程1.6 m，底高程0.10 m，處于②-2粉質粘土層，河床部位建基面下分布厚約3 m的②-1淤泥層，兩岸分布②-2粉質粘土層，其下分布②-3層淤質黏土，中間薄兩岸厚，淤泥、淤質土呈軟塑~流塑狀，壓縮性較高，承載力低，易產生大的壓縮變形，抗剪強度低，易產生滑移和觸變；②-2粉質粘土較軟，承載力較小；②-3層為軟弱下臥層。

因此，水閘不適合采用天然地基，建議對地基進行加固處理。根據地層組成，上部分布淤泥層、粘性土層、淤質土層，下部分布砂層，可采用攪拌樁復合地基，以②-5層礫砂為樁端持力層；局部分布②-6層淤質黏土，建議復核其承載力和壓縮變形是否滿足要求；②-1淤泥含水量高、強度低，作為基坑邊坡，不穩，需進行支護，對于較薄部位建議用挖除處理。②-4層含泥粉細砂、②-5礫砂有強透水性，但上覆較厚粘性土，產生滲透變形和嚴重滲漏的可能行小。