王楠（河海大學(xué)文天學(xué)院馬鞍山市243031）

特殊地質(zhì)條件下橡膠壩概念設(shè)計(jì)

王楠
（河海大學(xué)文天學(xué)院馬鞍山市243031）

擬建橡膠壩位于河道內(nèi)構(gòu)造逆推斷層的位置。因斷層交錯(cuò)復(fù)雜，使得蓄水庫(kù)區(qū)的水文地質(zhì)條件變得同樣復(fù)雜多變，給橡膠壩設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了困難。文章就此進(jìn)行分析，提出概念設(shè)計(jì)，為橡膠壩施工圖設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工提供可借鑒方法。

特殊地質(zhì) 涌水 滲漏 橡膠壩 蓄水

1 工程概況

擬建張家口市清水河上游黃家灣至市政混凝土攪拌站的3個(gè)橡膠壩，位于世界有名的通泰大橋北側(cè)。其作用是攔截季節(jié)性清水河河水，形成人工湖，改變張家口市四周山多水少不協(xié)調(diào)的自然景觀，營(yíng)造一個(gè)空氣濕潤(rùn)、綠水清山的自然環(huán)境。該壩建成后，將使清水河兩岸階地的地下水位明顯抬升，對(duì)農(nóng)業(yè)用水及灌溉均會(huì)產(chǎn)生明顯的良性影響。

2 擬建場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

（1）沖積層﹙Q4al﹚。河道：上部覆（30～50）cm厚灰褐色粉質(zhì)粘土，土中夾少量細(xì)砂，分布不均；下部為夾卵礫含中細(xì)砂層。卵、礫為粗面巖、安山巖，圓或橢圓狀。建壩河段上游河段，卵礫含量增多，粒度增大，含有圓礫，形狀由橢圓轉(zhuǎn)為次棱角狀礫石或卵石及圓礫，層厚（1.0～4.5）m。

（2）侏羅系火山巖系﹙K﹚?；A地的基巖為火山巖系，由粗面巖及凝灰熔巖構(gòu)成。巖石堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)。清水河兩岸分布火山巖，節(jié)理裂隙不發(fā)育，但延續(xù)性較好。巖體中緩傾節(jié)理很少，邊坡較陡，順河邊坡為陡崖斜坡，無(wú)滑動(dòng)結(jié)構(gòu)面，兩側(cè)邊坡屬于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。該區(qū)域最大凍土深度1.5 m。

3 擬建場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

受構(gòu)造逆推斷層的影響，基巖以近NS方向的滲透系數(shù)較高。根據(jù)《巖土勘察報(bào)告》注水試驗(yàn)和自然水系的分布狀態(tài)及巖體滲透系數(shù)具有方向性的特點(diǎn)，該區(qū)的基巖裂隙潛水在靠近河床地段的地下水埋深（3.5～4.0）m，下游地段為（4.0～5.5）m?；鶐r裂隙水是由大氣降水補(bǔ)給，基巖裂隙水在大境門(mén)橋以北區(qū)上游段補(bǔ)給河床第四系松散砂、礫卵石層，在向下游150 m地段，地表徑流量明顯減少，由第四系孔隙水補(bǔ)給基巖斷層裂隙水，并成為地下向鄰谷排泄的通道。

簡(jiǎn)單地說(shuō)：在逆推斷層的北段東側(cè)地下水沿著斷層隔水面向上“泉水狀”滲流，以河床中F1斷層為界，西側(cè)泉水一樣向上滲流涌水，東側(cè)滲漏。過(guò)了此段后，以F2斷層為界，又立即沿第四系松散砂、礫卵石層向下游滲漏，即北側(cè)向上滲流涌水，南側(cè)向下滲漏。給該河段治理設(shè)計(jì)帶來(lái)較大困難，參見(jiàn)附圖。

附圖 橡膠壩工程平面位置圖

如果庫(kù)底不做防滲處理，將因?yàn)闈B漏，枯水期無(wú)水可蓄，即使在豐水期，也會(huì)因庫(kù)底和壩基嚴(yán)重滲漏，出現(xiàn)低水位或少蓄水的尷尬局面；如果做人工防滲膜處理，則在豐水期，庫(kù)底人工防滲膜將因?yàn)榈叵滤蛏蠞B流而被頂壞，撕裂。為此做好該橡膠壩壩基與防滲的概念設(shè)計(jì)就成了該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的關(guān)鍵課題。

4 壩基設(shè)計(jì)與防滲設(shè)計(jì)中的相關(guān)問(wèn)題

（1）橡膠壩的位置設(shè)計(jì)，作為通泰大橋上游一橡膠壩溢流景觀，就必須在清水河上游通泰大橋北側(cè)為最佳方案位置。

（2）如果考慮不周或蓄水深度不夠，將可能因冬季寒冷引起凍脹破壞作用——使得壩基、防滲措施遭受損壞。故蓄水深度要確定大于區(qū)域最大凍結(jié)深度要求。

（3）庫(kù)區(qū)坍岸問(wèn)題。因?yàn)镮級(jí)及II級(jí)階地高度小，以粗粒土為主，蓄水深度淺，庫(kù)水波浪低，坍岸問(wèn)題輕微。

（4）庫(kù)區(qū)浸沒(méi)問(wèn)題。清水河兩岸階地的地形平坦，地下水埋深（3～5）m不等。蓄水后僅山體沖溝口地段有浸沒(méi)問(wèn)題。但局部低洼地沖溝地段既無(wú)農(nóng)田又無(wú)住宅建筑，不會(huì)形成災(zāi)害性危害。

（5）淤積問(wèn)題。根據(jù)庫(kù)區(qū)《巖土工程勘察報(bào)告》上游至下游河漫灘沉積物的粒徑明顯變小的特點(diǎn)，說(shuō)明搬運(yùn)固體物質(zhì)能力較強(qiáng)。張家口雨量多集中在7～8月份，清水河豐水與枯水季節(jié)流量相差懸殊，雨季河流流速增加很明顯。豐水季節(jié)清水河攜帶泥砂的能力強(qiáng)，在筑壩河段上游地段，易將幾十厘米粒徑的圓礫攜入急流之中。所以須按規(guī)范要求設(shè)計(jì)攔砂壩，砂石堆積庫(kù)，清淤設(shè)施等防護(hù)措施，由于淤積物中粘粒和粉粒的含量很低，經(jīng)機(jī)械分選，可成為比較理想的建筑材料，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（6）壩址區(qū)的工程地質(zhì)問(wèn)題為壩基滲漏問(wèn)題，由于河床及漫灘分布有（3～4）m厚的夾卵礫石的中細(xì)砂層，蓄水后必然發(fā)生滲漏。

（7）庫(kù)區(qū)滲漏問(wèn)題。庫(kù)區(qū)的一般地段分水嶺山體雄厚，屬于庫(kù)岸基巖裂隙水補(bǔ)給庫(kù)水，上游兩側(cè)山體不存在永久性滲漏問(wèn)題。但受斷層影響地段，即至擬建橡膠壩上游150 m河段，左岸山體中斷層破碎帶為永久性滲漏通道。

5 概念設(shè)計(jì)

除了橡膠壩常規(guī)設(shè)計(jì)所要注意解決的上游攔石壩設(shè)計(jì)防護(hù)、淤積清理、橡膠壩本身的高度、景觀效果、抗滑移等問(wèn)題外，壩基設(shè)計(jì)、庫(kù)區(qū)滲漏和庫(kù)底防護(hù)問(wèn)題就必須結(jié)合地質(zhì)巖性、構(gòu)造、斷層等因素，為此提出了如下概念設(shè)計(jì)：

（1）概念設(shè)計(jì)一：沿?cái)鄬咏缇€做隔水帷幕，將橡膠壩進(jìn)行分區(qū)，分區(qū)界線以斷層隔水層為界。

（2）概念設(shè)計(jì)二：將斷層位置以上的松散層，全部清除，徹底查清隔水邊界，且對(duì)疑似滲漏的區(qū)段重點(diǎn)進(jìn)行防滲注漿處理，再在其上直接澆筑混凝土。這樣就可以只對(duì)滲漏區(qū)域進(jìn)行土工膜防滲處理。對(duì)基巖裂隙水補(bǔ)給清水河區(qū)段不做處理，這不但能降低工程總造價(jià)，而且還不影響蓄水和景觀效果。

（3）概念設(shè)計(jì)三：先將壩基用混凝土澆筑好，再對(duì)庫(kù)區(qū)及壩基全部進(jìn)行注漿防滲處理，重點(diǎn)處理滲漏段，而對(duì)地下水溢流段不處理或少處理。

根據(jù)清水河的季節(jié)性特點(diǎn)：除豐水期河水較充沛外，流量較小，所以可在枯水期設(shè)圍堰對(duì)壩基砂礫石層進(jìn)行挖出，將斷層暴露后，再給斷層破碎帶進(jìn)行帷幕灌漿，回填混凝土處理，可大幅度削減基巖滲漏量。

6 結(jié) 論

對(duì)于概念設(shè)計(jì)一，適用于類(lèi)似水文地質(zhì)條件的開(kāi)闊河道區(qū)域，對(duì)于該段本身河道就狹窄的清水河，美學(xué)景觀效果不但降低了還增加了工程總體投資。概念設(shè)計(jì)二，較適用于類(lèi)似水文地質(zhì)條件的第四系地層較淺的河谷地段，施工周期短，速度快，處理較徹底。概念設(shè)計(jì)三，適用于類(lèi)似水文地質(zhì)條件的第四系地層較厚的河谷地段，可分段施工，施工周期受限制少，但對(duì)施工材料及材料配比、施工設(shè)備、施工工藝的要求比較嚴(yán)格。

由于該橡膠壩壩基及其蓄水庫(kù)區(qū)位置的第四系松散層厚度較小，所以壩基可直接坐落于基巖之上，建議采用概念設(shè)計(jì)二的方案設(shè)想。通泰大橋上游橡膠壩，最終按概念設(shè)計(jì)二的方案進(jìn)行壩基處理和庫(kù)底局部土工防滲膜處理，現(xiàn)已建成成功蓄水，水質(zhì)清澈。

[1]GB/T 50979-2014.橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社出版，2014.

[2]JGJ 79-2012.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版，2012.

2016-05-29）

王楠（1997-），女，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，本科在讀，所學(xué)專(zhuān)業(yè)：水利水電。