基于清河橡膠壩壩址水文地質與工程地質條件評價

喬 雷

(遼寧省鐵嶺市清河區水利局，遼寧 鐵嶺 112003)

1 概 述

清河是遼河左岸的一條較大支流，有南北兩個分支，其中南支為干流,發源于遼寧清原縣老虎頂山，南北兩支流在遼寧的開原縣與遼寧的西豐縣匯合，并在遼寧開原縣的業民鎮流入遼河，清河流域面積為5150km2。

清河水庫位于清河干流上，位于清河干流，控制區面積2376km2，占清河流域總面積的49%，總庫容9.71億m3。壩址距下游昌圖鐵路橋和開原縣約13 km。壩址處1956-2007年多年平均徑流量6.74億m3。在清河水庫壩址處，河道長122 km，寬30 - 300 m，平均坡度2.03‰，河道為礫粗砂。清河水庫以下至河口段，河床以細砂、粗砂為主。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 地層巖性

① 素填土：為人工回填河流沖積土，呈黃褐色-褐色，結構疏松，細粉土和粉質黏土,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[1]。

②礫砂：低棕褐色、飽和、微壓實至壓實狀態，礫石成分主要為石英、長石，礫徑2-20mm，含量40%-45%，粗砂充填，局部混土量高，層厚1.2- 3.5m，層底高程82.04- 84.76m，僅ZK1、ZK4號鉆孔揭示。

②-1粉質黏土：灰色，飽和軟塑性，壓縮性高，層厚2.1m，底標高82.66m，僅ZK1號鉆孔揭示。

③粉土：棕褐色、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，致密狀態下，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，僅發現ZK1、ZK2和ZK3號鉆孔揭示。

⑤礫砂：棕色，飽和，微致密到致密狀態，礫石成分主要為石英和長石，礫石直徑為2-20mm。含量40%-45%，中粗砂充填，局部土摻量高，揭示層厚2.5- 15.0m，層底高程70.76- 76.96m，各鉆孔均有揭示。

⑤-1 粗砂；黃棕色,飽和,中等密度,層厚度1.2 m,底部高程75.76 m,僅ZK1號鉆孔揭示。

3 壩址區水文地質條件

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

勘察在壩址區清河取一組水樣進行水質簡分析，其分析結果詳見表1。

表1 水質分析成果匯總表

從表1可見，河水的HCO3-含量為1.778mg/L；pH值均為7.08；腐蝕性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。

3.1 壩址區工程地質條件

3.1.1 壩基各土層物理力學性質

統計結果每個土層的物理力學性質如表2所示。

3.1.2 壩基各土層原位測試

壩基原位試驗采用標準貫入試驗和動力貫入試驗。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②礫砂層內摩擦角建議值為35.4°；②-1淤泥質粉質黏土層凝聚力建議值為11.0kPa，③粉土層凝聚力建議值為3.0kPa，④級配不良的圓礫層內摩擦角建議值為40°；⑤礫砂層內摩擦角建議值為38.8°；⑤-1粗砂層內摩擦角建議值為32°。

根據水利水電工程地質勘察的相關規定，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。

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，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4。

表4 壩基各土層滲透變形類型及水力坡降匯總表

3.5 壩基飽和砂土的液化判別

調查區地震基本烈度為7度，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5。經判定，該區域不存在飽和砂土液化問題。

表5 壩基飽和砂土液化判別表

4 橡膠壩水文地質與工程地質條件評價

4.1 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。②-1粉質黏土為軟塑性土，承載力較差，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層圓礫承載力建議值為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層礫砂承載力建議值為480kPa，該層分布連續穩定，厚度大，可滿足地基穩定要求，但局部存在粗砂夾層。⑤-1層粗砂已透鏡體存在，分布不連續，推薦承載力為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。

4.2 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。

4.3 壩基及護岸滲漏評價

壩址主要透水層為粗砂層和卵石層，透水能力強。蓄水后，壩基和護岸會出現滲水問題。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。

4.4 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，粉土邊坡坡比1∶1.2。如果開挖深度超過5m，建議設馬道分層開挖。

4.5 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。

5 結 論

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。清河河水沒有對混凝土和鋼筋混凝土腐蝕的影響,但對鋼結構有弱腐蝕性的影響。壩址區①層回填土結構松散建議挖除。②-1粉質黏土為軟塑性土，承載力較差，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層圓礫承載力建議值為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層礫砂承載力建議值為480kPa，這一層的分布是連續且穩定,厚度大。可滿足地基穩定要求，但局部存在粗砂夾層。⑤-1層粗砂已透鏡體存在，分布不連續，承載力建議值為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。