海城河橡膠壩原位測試及地質條件評價

徐 萌

(遼寧省大伙房水庫管理局有限公司，遼寧 撫順 113000)

1 概 述

海城河橡膠壩工程位于海城市海城河干流上，海城河橡膠壩址位于海城新建的中心橋上游約1150m處。橡膠壩布置在河道主槽內，壩長220m。主體建筑為220m橡膠壩，橡膠壩控制室、泵房各一座及護岸工程。本次工程為海城河橡膠壩工程，主要建筑物有橡膠壩、泵房和護坡，施工過程中需要有圍堰、臨時堆渣場、臨時施工占地、臨時施工道路、棄渣場和施工導流。

本工程開挖量大于回填量，不布設土料場，回填土方來自于自身開挖和其他建筑物的開挖土方。工程占地總面積11.73hm2，其中主要建筑物占地2.14hm2，臨時占地9.59hm2。

2 區域地質

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220m，地面高程為13.6-26.8m，壩址區河漫灘整體地形平緩，左側河漫灘有堆積而成的土丘，形成河心島，中間存在多處低洼地，并有積水，形成淺水塘。

2.2 地層巖性

橡膠壩壩址區為第四系沖洪積地層，現自上而下分述如下：

1)回填土：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2.0-3.8m，層底高程13.32-16.16m，除JK(鉆孔)9外，每個鉆孔都是分布的。

2)粉質黏土：黃褐色，微濕，塑性狀態，中等干強度，韌性，中等壓縮性，層厚1.0- 3.4m，層底高程13.4- 21.59m，僅分布于JK1、JK2、JK3、JK5和JK9鉆孔[1]。

3)淤泥質粉質黏土：灰色，飽和狀態，軟塑性狀態，高壓縮性，層厚1.0-2.6m，層底高程11.5-19.09m，各鉆孔均有分布[2]。

4)粗砂：黃褐色，中密狀態，石英長石質，層厚0.4-3.7m，層底高程10.32-13.89，除JK1、JK2和JK3，其他鉆孔均有分布。JK9鉆孔夾1.4m后黏土夾層。

5)圓礫：黃色，中密狀態，磨圓一般，層厚1.5-2.7m，層底高程10.1-11.19m，層位不穩定，分布于JK1、JK2、JK3和JK9鉆孔。

6)黏土：黃褐色，飽和，中等干強度和韌性，塑性狀態，中等壓縮性，層厚4.9-13.4m，各鉆孔均有分布，鉆孔也都沒有穿透此層[3]。

6-1)粗砂：黃褐色，飽和，中密狀態，以透鏡體形式存在于JK8鉆孔[4]。

6-2)粗砂：黃褐色，飽和，中密狀態，以透鏡體形式存在于JK4、JK6和JK8鉆孔[5]。

2.3 壩址區水文地質條件

根據本次勘察得知：該區域地下水屬第四紀孔隙水，勘察期間橡膠壩壩址區水位高程為14.42-17.56m。

本次勘察在壩址區海城河取一組水樣進行水質分析，其分析結果詳見表1。從表1可見，河水的HCO3-含量分別為329.40mg/L；PH值均為6.7；腐蝕性CO2含量為8.80mg/L；Mg2+含量分別為19.46 mg/L[6]；SO42-含量分別為168mg/L；根據分析結果可判定該場區海城河河水化學類型為重碳酸鈣型水，PH值為6.6，屬弱酸性。

表1 水質分析成果匯總表

3 壩址區工程地質條件

3.1 壩基各土層原位測試

壩基原位測試采用標準貫入試驗和動力觸探試驗，其統計結果詳見表2。

表2 壩基各土層原位測試指標統計表

3.2 壩基各土層地基承載力值

壩基各土層地基承載力值見表3。

表3 壩基各土層地基承載力

3.3 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④層粗砂內摩擦角建議值為30°；⑤層圓礫內摩擦角建議值為39°；(6-1)層粗砂內摩擦角建議值為31°；(6-2)層粗砂內摩擦角建議值為31°。

根據《水利水電工程地質勘察規范》相關規定，給出建筑物基礎底面與④層粗砂之間的摩擦系數建議值f=0.45；與⑤層圓礫之間的摩擦系數建議值f=0.5；與⑥層黏土之間的摩擦系數建議值f=0.35[7-8]。

3.4 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，砂土的滲透系數按有效粒徑的經驗關系公式計算：

K=Cd102(0.7+0.03t)

(1)

式中：K為滲透系數，m/d；d10為顆粒的有效粒徑，mm；t為滲透水的溫度，℃，此工程取100C；C為常數，黏土質砂為500-700，純砂為700-1000。④層粗砂d10=0.354mm，⑤層圓礫d10=0.81mm，(6-1)層粗砂d10=0.361mm，由經驗公式計算可知各土層滲透性分級，見表4。

表4 砂土滲透系數計算表

3.5 壩基飽和砂土的液化判別

勘察場地區基本地震烈度為Ⅶ，調查工作按照《水利水電工程地質調查規范》的規定，對壩基飽和砂土進行了液化評價[9]。經判定，本場區飽和砂土不存在地震液化問題。

4 橡膠壩水文地質與工程地質條件

4.1 壩基穩定性評價

根據地形及壩體設計要求，建壩時，①層回填土，結構松散，建議挖除，②層粉質黏土主要分布于河兩岸，推薦承載力為130kPa，土質較好，對壩體穩定不利影響較小。③層粉質黏土處于軟可塑性狀態，承載能力差，建議挖除或進行地基處理。④層粗砂和⑤層圓礫承載力建議值分別為240 kpa和400 kpa，可作為橡膠壩基礎的天然支撐層。但鑒于該層厚度較小，建議設計進行變形穩定驗算。⑥層黏土，呈可塑狀態，承載力建議值為130 kpa，該層層位較穩定，厚度大，可作為較好的下臥層，JK4、JK6和JK8揭露的粗砂透鏡體分布范圍小，且埋藏較深，對壩基穩定影響較小。

4.2 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，粗砂與圓礫石坡比1∶1.5，黏性土邊坡坡比1∶1.2[10]。如果開挖深度超過5m，建議設馬道分層開挖。

4.3 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，一定會對下游產生一定的沖刷作用，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。

4.4 壩基滲漏及滲透穩定性評價

壩址區主要透水層為粗砂和圓礫層，呈強透水性，蓄水后會存在壩基滲漏問題。需驗算水量能否滿足正常蓄水要求，應采取必要的防滲處理措施。根據對滲透變形的判定，壩址區砂性土滲透變形形式均為流土型，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。

4.5 天然建筑材料

本次橡膠壩填筑材料，本著經濟可行方案，建議就地取材。橡膠壩填充料可利用河道應清楚的土料和距離項目區約5km的料場取土相結合，所需石材就近外購。天然建筑材料場地勘察不作為本次任務的重點。

5 結 語

本次勘察壩址位置由業主和設計初步選定，如果壩址位置調整，距離現壩址較近的情況下可參考本次勘察成果，如調整范圍較大，建議進行補充勘察。海城河水對混凝土和混凝土中的鋼筋沒有腐蝕作用，對鋼結構的腐蝕作用較弱。

壩址區①層回填土結構松散建議挖除。③層粉質黏土具有軟塑性狀態，承載能力差，建議挖除或進行基礎處理。④層粗砂和⑤層圓礫承載力建議值分別為240kPa和400kPa，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。⑥層黏土，呈可塑狀態，承載力建議值為130kPa，該層層位較穩定，厚度大，可作為較好的下臥持力及防滲層，JK4、JK6和JK8揭露的粗砂透鏡體分布范圍小，且埋藏較深，對壩基穩定影響較小。