莒南县铃铛口拦河闸工程地质分析及评价

张继山 高雪 孟凡成

摘要：铃铛口拦河闸位于沭河的支流浔河上，闸址区域地质构造稳定性较差，地震基本烈度为Ⅷ度。通过对铃铛口拦河闸闸址区地质状况进行勘察，对闸址区地形地貌、地层岩性、地质结构、水文地质、地震、闸基渗透稳定性进行了分析和评价。

关键词：铃铛口拦河闸；工程地质；评价

中图分类号：TV223文獻标识码：A文章编号：1003-5168（2021）35-0143-03

Engineering Geological Analysis and Evaluation of Lingdangkou Sluice in Junan County

ZHANG Jishan1GAO Xue1MENG Fancheng2

（1.Junan County Water Conservancy Comprehensive Guarantee Center，Linyi Shandong 276600；2.Junan County Xingyu Water Conservancy Construction Engineering Co.， Ltd.，Linyi Shandong 276600）

Abstract： Lingdangkou Sluice is located on the Xunke River，a tributary of Shuhe River， The geological structure sta？ bility of the sluice site is poor， and the basic seismic intensity is VIII. Through the investigation of the geological con？ ditions of Lingdangkou Sluice site， the landform， formation lithology， geological structure， hydrogeology， earthquake and seepage stability of the sluice foundation are analyzed and evaluated.

Keywords： Lingdangkou Sluice；engineering geology；evaluate

莒南县铃铛口拦河闸位于沭河一级支流浔河中泓桩号8+650处，闸址距下游沭河口8.7 km，距上游陡山水库大坝8.3 km。闸址上游流域面积为492 km2。工程永久性建筑物防洪标准为设计洪水标准30年一遇，设计工况下过闸流量为1 731 m3/s；校核洪水标准为100年一遇，校核工况下过闸流量为2 528 m3/s。依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2017），拦河闸规模为大型。铃铛口拦河闸是陡山灌区渠首枢纽工程，始建于1959年。1983年为钢筋混凝土水力自动翻板闸，运行近40年。长期以来，它在防洪减灾、保护下游防洪安全等方面发挥了巨大作用。但受资金等众多因素制约，工程长期运行却年久失修，自然磨损加剧，工程老化严重，存有较大安全隐患。经相关部门按照《水闸安全评价导则》（SL 214—2015）进行安全评价，综合评定为四类闸，各项指标无法达到设计标准，工程存在严重安全问题，需拆除重建。该项目列入山东省灾后重点防洪减灾工程建设暨水安全保障规划，2020年对铃铛口拦河闸进行拆除重建。为真实反映拦河闸处工程水文地质状况，给工程设计提供翔实的地质资料支持，结合地质勘察成果，对铃铛口拦河闸进行了工程地质分析及评价。

1地质勘查

地质勘查分别于闸址及上游25 m、下游30 m、下游70 m布置剖面，孔距18.6～50.0 m，孔深10.0～19.2 m，进入弱风化岩石5～10 m或压水实验透水率小于10 Lu。钻探投入GXY-1A型油压钻机2台，第四系土层采用硬质合金钻头开孔，砂层泥浆护壁钻进，基岩套管护壁清水钻进，钻孔内配合取样、原位测试以及压注水实验等工作。实验委托山东省水科学研究院土工实验室完成，水质分析委托山东省第七地质矿产勘查院实验室完成。

2地质概况

2.1地形地貌

工程区地处沂沭深断带丘陵、剥蚀平原区东部边缘。工程区地貌形态以剥蚀平原和河谷地貌两种类型为主。剥蚀平原分布在浔河右岸，一般高出河槽10～50 m，属于微弱切割，切割深度在10～30 m，风化壳发育不均匀，少量第四系坡残积物于表面及坡脚残存。冲沟发育，宽5～10 m，深2～5 m，长度20～100 m，上游下切作用强，下游两侧的侵蚀力强。河谷主要为浔河河谷，河谷呈开阔的U字形，主要的微地貌为主河床、漫滩、阶地，河床宽度一般在50～120 m，河底高程为86.00～102.00 m，拦河闸以上干流坡降约为1.37‰，漫滩呈零星带状分布，宽度10～30 m，高出河床1～2 m，阶地呈左右不对称分布，高出河床4～5 m。

2.2地层岩性

2.2.1基岩。工程区揭露的基岩主要为中生界白垩系大盛群大土岭组（K1dt）和田家楼组（K1t）。大土岭组（K1dt）岩性由复成分砾岩、含砾粗砂岩、中粗粒砂岩所构成的基本层序多旋回组成。表观呈黄绿色，砾石成分复杂，磨圆分选差，粗砂质胶结。田家楼组（K1t）具二分段，一段岩性为黄绿色，由含砾砂岩、杂色中细粒砂岩、粉砂岩构成的基本层序多旋回组成，砂岩层理发育，砾石多为花岗质侵入岩，分选磨圆较差；二段岩性为青灰色，由灰紫色细砂岩、粉砂质页岩、粉砂质泥岩构成的基本层序多旋回组成，层理极为发育。

2.2.2第四系松散层。临沂组（Qht）分布于浔河两侧阶地上，岩性主要为黄褐色，土质为棕黄色壤土，底部夹粗砂、砾石，属于河漫滩相沉积，属第四系全新统。沂河组（Qhy）沿浔河河床及漫滩分布，岩性主要为褐黄色砾质粗砂、卵砾石，是现代河流冲、洪积产物。

2.3地质构造

工程区位于中朝准地台（Ⅰ）—鲁西中台隆（Ⅱ）—鲁中深断裂带（Ⅲ）—莒县郯城断凹（Ⅳ）东部边缘，周围25 km范圍内构造形式主要表现为脆性断裂构造，主要的构造线为NNE向，包括沂沭断裂带主干大断裂之沂水—汤头断裂、安邱—莒县断裂、昌邑—大店断裂、相邸-高阁庄断裂，此外还有寨里河—后惠坡子断裂、老虎峪断裂等小的断裂构造，以上断裂控制了第四系沉积轮廓，主要活动期为中生代（绝对年龄为1亿年左右）[1]。虽然沂水—汤头断裂、昌邑—大店断裂又在第四纪晚更新世（Q3）有过活动，但活动区距离工程区最近约19 km，因此对工程区的稳定性一般不会造成大的影响。安丘—莒县断裂第四纪全新世（Q4）活动区距离工程区最近约6.5 km，对工程区的稳定性有一定影响。

2.4水文地质条件

2.4.1地下水。工程区地下水类型主要有松散岩类孔隙水和基岩类构造裂隙水两大类。松散岩类孔隙水赋存于工程区第四系冲、洪积地层，岩性以砾质粗砂、砂砾石为主，一般具强透水性。主要受大气降水及侧向径流补给，以人工开采及向下游低洼排泄为主，与河水呈互补关系，丰水期河水补给地下水，枯水期地下水补给河水。水位埋深2～5 m，年变幅1～3 m。基岩类构造裂隙水赋存于岩石构造裂隙带，风化程度为弱风化，一般具中等透水性。大气降水为其主要补给来源，以向低洼河流为主要排泄方式，受地貌、岩性及构造控制，风化裂隙发育程度不均一，含水层厚度和水位埋深差异较大[2]。

2.4.2河水。根据取样试验结果，浔河河水的化学类型为HCO3？SO4-Mg？K+Na？Ca型水，同时含有Cl-，水的总硬度为144 mg/L，总碱度为89 mg/L，矿化度为0.270 g/L。

2.5地震

据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015），工程区的地震动峰值加速度为0.30 g（g为重力加速度），相应地震基本烈度为Ⅷ度[3]。铃铛口闸场地西部6.5 km处存在活动断裂，闸址区周围25 km范围内无5级以上地震活动。

3工程地质评价

3.1砂土液化评价

闸址（1）层为砾质粗砂；（2）层为壤土，小于5 mm的颗粒质量百分率大于30%，小于0.005 mm的颗粒含量质量百分率大于18%；（3）层砾质粗砂处于饱和状态，其小于5 mm的颗粒含量的质量百分率大于30%，小于0.005 mm的颗粒含量的质量百分率小于18%；（4）层角砾地质年代为第四系完更新世，砾岩裂隙带为相对透水层。根据标贯试验锤击数复判法，（1）层、（3）层存在液化可能，（2）层、（4）层判为不液化土。判别结果见表1。

3.2渗透变形评价

闸址内（1）层砾质粗砂、（3）层砾质粗砂、（4）层角砾为不均匀系数大于5的土，渗透变形类别判为过渡型。（2）层壤土，渗透变形类别判为流土。铃铛口拦河闸渗透变形判别及允许比降见表2。

3.3浸没评价

铃铛口拦河闸设计水位为95.8 m，根据前期浔河治理地质成果，铃铛口闸上左库岸由（2）层壤土和（3）层砾质粗砂组成。浸没的临界地下水位埋深，考虑土壤毛细管水上升的高度和安全超高值，根据工程类别，以地面高程低于97.00 m为浸没上限。近闸左岸地面高程为97.60～98.48 m，不存在浸没问题；闸上右库岸由砾岩组成，基岩面高程高于设计水位，亦不存在浸没问题。

3.4渗漏评价

铃铛口闸基下伏（3）层砾质粗砂具强透水性，渗透系数为4.20×10-2cm/s。砾岩裂隙带透水率为55.2 Lu，具中透水性。闸基（3）层砾岩粗砂渗漏可简化为双层透水结构，经计算，日渗漏量约为112 m3，为轻微渗漏。（3）层砾岩粗砂存在渗漏变形的可能，需采取截渗措施处理。

左闸肩为回填砾质粗砂、（2）层壤土及（3）层砾质粗砂，具强透水性，易发生绕闸渗漏。经计算，左闸肩绕渗日渗漏量为864 m3，为中等渗漏。右闸肩为回填砾质粗砂、砾质壤土，具强透水性，易发生绕闸渗漏；经计算，右闸肩绕渗日渗漏量为48 m3，为轻微渗漏。根据场地地质条件，采取截渗措施处理。

3.5地下、地表水腐蚀性评价

工程区地下水及河水对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

3.6地基基础建基面评价

铃铛口闸建基面高程89.50 m，闸场地土依据其工程特征判定属软弱场地土或坚硬场地土，场地类别为Ⅰ类。

闸基0+000（左岸边墩）段建基面下为（2）层壤土、（3）层砾质粗砂及砾岩。（3）层砾质粗砂存在液化、渗漏、渗透稳定问题，不能直接作为基础持力层；（2）层壤土为软弱层，存在抗滑稳定问题，亦不能直接作为基础持力层，需采取措施进行加固处理。根据场地的地质条件，结合建筑物特点，可采用开挖换填处理，应注意清除表层软弱风化及破碎砂质泥岩夹层。

闸基0+073-0+114段建基面下以弱风化砾岩为主，岩体的工程地质类别为BIII1类，岩体较为完整，有一定强度和抗滑、抗变形性能，可作为基础持力层，满足建基要求[4]。

闸址节理裂隙、层面组合起不到控制滑移作用，闸址的基本滑动模式为闸底板与基岩接触面滑动[5]。水泥土允许承载力建议采用0.18 MPa；基础底面与弱风化砂质泥岩的抗剪断摩擦系数采用0.49，抗剪断黏聚力采用0.02 MPa；基础底面与弱风化砾岩的抗剪断摩擦系数采用0.7，抗剪断黏聚力采用0.3 MPa；岩石结构面的抗剪断摩擦系数建议采用0.7，抗剪断黏聚力建议采用0.2 MPa。

4结语

铃铛口拦河闸工程地质勘察分析结果表明，闸址区属区域构造稳定性较差区域。施工中需要综合考虑多方面因素，做好降水截渗，处理渗漏问题，保证铃铛口工程施工科学合理，提升施工工程质量和效率，充分发挥拦河闸工程的价值和效益。

参考文献：

[1]辛京伟.南四湖二级坝除险加固工程环保建设纪实[J].治淮，2021（12）：23-24.

[2]熊瑞.水库除险加固工程现场施工技术探析[J].内蒙古水利，2021（2）：63-64.

[3]戴伟明，洪梁.水库除险加固工程新建泄洪隧洞施工工艺探究[J].水利科学与寒区工程，2021（3）：108-110.

[4]李文龙.水库除险加固中钢围堰导流管的应用研究[J].工程与建设，2021（4）：758.

[5]熊涛.丰城市城西防洪工程防洪堤除险加固设计综述[J].黑龙江水利科技，2021（8）：159-160.