海城河橡胶坝原位测试及地质条件评价

徐 萌

(辽宁省大伙房水库管理局有限公司，辽宁 抚顺 113000)

1 概 述

海城河橡胶坝工程位于海城市海城河干流上，海城河橡胶坝址位于海城新建的中心桥上游约1150m处。橡胶坝布置在河道主槽内，坝长220m。主体建筑为220m橡胶坝，橡胶坝控制室、泵房各一座及护岸工程。本次工程为海城河橡胶坝工程，主要建筑物有橡胶坝、泵房和护坡，施工过程中需要有围堰、临时堆渣场、临时施工占地、临时施工道路、弃渣场和施工导流。

本工程开挖量大于回填量，不布设土料场，回填土方来自于自身开挖和其他建筑物的开挖土方。工程占地总面积11.73hm2，其中主要建筑物占地2.14hm2，临时占地9.59hm2。

2 区域地质

2.1 地形地貌

坝址位于两岸河漫滩及河床上，且以河床为主，河道垂直宽度约220m，地面高程为13.6-26.8m，坝址区河漫滩整体地形平缓，左侧河漫滩有堆积而成的土丘，形成河心岛，中间存在多处低洼地，并有积水，形成浅水塘。

2.2 地层岩性

橡胶坝坝址区为第四系冲洪积地层，现自上而下分述如下：

1)回填土：为人工回填的河道冲积土，呈黄褐色-褐色，结构松散，夹有粉细砂和粉质黏土，干强度和韧性低，层厚2.0-3.8m，层底高程13.32-16.16m，除JK(钻孔)9外，每个钻孔都是分布的。

2)粉质黏土：黄褐色，微湿，塑性状态，中等干强度，韧性，中等压缩性，层厚1.0- 3.4m，层底高程13.4- 21.59m，仅分布于JK1、JK2、JK3、JK5和JK9钻孔[1]。

3)淤泥质粉质黏土：灰色，饱和状态，软塑性状态，高压缩性，层厚1.0-2.6m，层底高程11.5-19.09m，各钻孔均有分布[2]。

4)粗砂：黄褐色，中密状态，石英长石质，层厚0.4-3.7m，层底高程10.32-13.89，除JK1、JK2和JK3，其他钻孔均有分布。JK9钻孔夹1.4m后黏土夹层。

5)圆砾：黄色，中密状态，磨圆一般，层厚1.5-2.7m，层底高程10.1-11.19m，层位不稳定，分布于JK1、JK2、JK3和JK9钻孔。

6)黏土：黄褐色，饱和，中等干强度和韧性，塑性状态，中等压缩性，层厚4.9-13.4m，各钻孔均有分布，钻孔也都没有穿透此层[3]。

6-1)粗砂：黄褐色，饱和，中密状态，以透镜体形式存在于JK8钻孔[4]。

6-2)粗砂：黄褐色，饱和，中密状态，以透镜体形式存在于JK4、JK6和JK8钻孔[5]。

2.3 坝址区水文地质条件

根据本次勘察得知：该区域地下水属第四纪孔隙水，勘察期间橡胶坝坝址区水位高程为14.42-17.56m。

本次勘察在坝址区海城河取一组水样进行水质分析，其分析结果详见表1。从表1可见，河水的HCO3-含量分别为329.40mg/L；PH值均为6.7；腐蚀性CO2含量为8.80mg/L；Mg2+含量分别为19.46 mg/L[6]；SO42-含量分别为168mg/L；根据分析结果可判定该场区海城河河水化学类型为重碳酸钙型水，PH值为6.6，属弱酸性。

表1 水质分析成果汇总表

3 坝址区工程地质条件

3.1 坝基各土层原位测试

坝基原位测试采用标准贯入试验和动力触探试验，其统计结果详见表2。

表2 坝基各土层原位测试指标统计表

3.2 坝基各土层地基承载力值

坝基各土层地基承载力值见表3。

表3 坝基各土层地基承载力

3.3 坝基各土层凝聚力、内摩擦角及摩擦系数

坝基各土层的凝聚力值和内摩擦角系通过计算并按照类比法结合经验确定。在坝基稳定计算中④层粗砂内摩擦角建议值为30°；⑤层圆砾内摩擦角建议值为39°；(6-1)层粗砂内摩擦角建议值为31°；(6-2)层粗砂内摩擦角建议值为31°。

根据《水利水电工程地质勘察规范》相关规定，给出建筑物基础底面与④层粗砂之间的摩擦系数建议值f=0.45；与⑤层圆砾之间的摩擦系数建议值f=0.5；与⑥层黏土之间的摩擦系数建议值f=0.35[7-8]。

3.4 坝基各土层渗透性及渗透稳定性评价

本场区各土层渗透系数由经验公式计算数据给出，砂土的渗透系数按有效粒径的经验关系公式计算：

K=Cd102(0.7+0.03t)

(1)

式中：K为渗透系数，m/d；d10为颗粒的有效粒径，mm；t为渗透水的温度，℃，此工程取100C；C为常数，黏土质砂为500-700，纯砂为700-1000。④层粗砂d10=0.354mm，⑤层圆砾d10=0.81mm，(6-1)层粗砂d10=0.361mm，由经验公式计算可知各土层渗透性分级，见表4。

表4 砂土渗透系数计算表

3.5 坝基饱和砂土的液化判别

勘察场地区基本地震烈度为Ⅶ，调查工作按照《水利水电工程地质调查规范》的规定，对坝基饱和砂土进行了液化评价[9]。经判定，本场区饱和砂土不存在地震液化问题。

4 橡胶坝水文地质与工程地质条件

4.1 坝基稳定性评价

根据地形及坝体设计要求，建坝时，①层回填土，结构松散，建议挖除，②层粉质黏土主要分布于河两岸，推荐承载力为130kPa，土质较好，对坝体稳定不利影响较小。③层粉质黏土处于软可塑性状态，承载能力差，建议挖除或进行地基处理。④层粗砂和⑤层圆砾承载力建议值分别为240 kpa和400 kpa，可作为橡胶坝基础的天然支撑层。但鉴于该层厚度较小，建议设计进行变形稳定验算。⑥层黏土，呈可塑状态，承载力建议值为130 kpa，该层层位较稳定，厚度大，可作为较好的下卧层，JK4、JK6和JK8揭露的粗砂透镜体分布范围小，且埋藏较深，对坝基稳定影响较小。

4.2 基坑开挖评价

因该场地地下水埋深较浅，且工程区位于主河床，基坑开挖时建议采用井点降水配合明排法进行基坑排水，以满足基础施工要求。应先将地下水降至设计要求后，再进行基坑开挖，这样可避免开挖过程中出现边坡失稳，给工程带来不必要的影响。基坑开挖可按自然放坡考虑，开挖5m深度范围内给定回填土和淤泥质粉质黏土边坡坡比1∶1.5，粗砂与圆砾石坡比1∶1.5，黏性土边坡坡比1∶1.2[10]。如果开挖深度超过5m，建议设马道分层开挖。

4.3 冲刷影响评价

橡胶坝蓄满水后，河水沿橡胶坝坝顶会产生溢流，由于水头作用，一定会对下游产生一定的冲刷作用，长期下去有可能在下游坝脚附近形成冲刷坑，对于坝体稳定不利。所以，建议考虑冲刷影响，从结构上采取一定措施来消除冲刷影响。

4.4 坝基渗漏及渗透稳定性评价

坝址区主要透水层为粗砂和圆砾层，呈强透水性，蓄水后会存在坝基渗漏问题。需验算水量能否满足正常蓄水要求，应采取必要的防渗处理措施。根据对渗透变形的判定，坝址区砂性土渗透变形形式均为流土型，建议按照报告给定的允许水力比降并根据实际情况进行渗透稳定性验算，以确定是否产生渗透破坏。

4.5 天然建筑材料

本次橡胶坝填筑材料，本着经济可行方案，建议就地取材。橡胶坝填充料可利用河道应清楚的土料和距离项目区约5km的料场取土相结合，所需石材就近外购。天然建筑材料场地勘察不作为本次任务的重点。

5 结 语

本次勘察坝址位置由业主和设计初步选定，如果坝址位置调整，距离现坝址较近的情况下可参考本次勘察成果，如调整范围较大，建议进行补充勘察。海城河水对混凝土和混凝土中的钢筋没有腐蚀作用，对钢结构的腐蚀作用较弱。

坝址区①层回填土结构松散建议挖除。③层粉质黏土具有软塑性状态，承载能力差，建议挖除或进行基础处理。④层粗砂和⑤层圆砾承载力建议值分别为240kPa和400kPa，可满足地基稳定要求，但该层厚度较小，建议设计进行变形稳定验算。⑥层黏土，呈可塑状态，承载力建议值为130kPa，该层层位较稳定，厚度大，可作为较好的下卧持力及防渗层，JK4、JK6和JK8揭露的粗砂透镜体分布范围小，且埋藏较深，对坝基稳定影响较小。