隋玉明

(中山市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 中山 528400)

1 概述

水是生命之源，水資源的合理利用直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，水利工程的建設(shè)有利于合理調(diào)節(jié)水資源[1]，防止洪澇災(zāi)害的發(fā)生，對(duì)于人民生活和生產(chǎn)具有重大的意義。中小城市的水利工程建設(shè)近年來慢慢受到了發(fā)展和重視，特別隨著時(shí)間的推移，許多城鎮(zhèn)水利工程也面臨著設(shè)備老舊，管理落后，功能下降，運(yùn)行緩慢等問題。目前為止，水利相關(guān)的樞紐工程運(yùn)行已經(jīng)超過50年[2]，經(jīng)過了長期的運(yùn)營過程后，水利工程相關(guān)土建工程的滲透變形和沉降破壞已經(jīng)不能滿足日后的正常運(yùn)營。為了保證水利工程的運(yùn)行安全，必須通過勘察對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行查明，并為解決問題提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

本文以蕪湖保安站為例，深度查明蕪湖市鳩江區(qū)下九連圩保安站工程區(qū)范圍內(nèi)的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，并結(jié)合目前蕪湖保安站現(xiàn)狀，對(duì)所面臨的主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，為類似工程所容易面臨的地質(zhì)工程問題提供參考和借鑒。

2 水利工程概況及勘察任務(wù)

2.1 樞紐現(xiàn)狀

蕪湖市鳩江區(qū)下九連圩保安站工程位于蕪湖市無為縣二壩鎮(zhèn)水樓村，上下九連圩屬于長江下游沿江低洼圩區(qū)，東、南部至長江無為大堤，北部至裕溪河，西部至西河，總集水面積499.71km2，其中鳩江區(qū)170.9km2、無為縣328.81km2。

現(xiàn)狀保安站泵房因地基不均勻沉降，南低北高，目前泵房已嚴(yán)重傾斜，嚴(yán)重影響水泵運(yùn)行；洪水期間穿堤箱涵第1#、2#兩節(jié)之間伸縮縫出現(xiàn)滲漏，后更換了伸縮縫止水橡皮，進(jìn)水控制閘、出水防洪閘閘體承重柱、梁均出現(xiàn)風(fēng)化露筋現(xiàn)象，啟閉機(jī)絲桿銹蝕嚴(yán)重啟閉困難。臨近現(xiàn)狀水樓站為堤后式泵站，靠近無為大堤內(nèi)堤腳較近，對(duì)無為大堤防洪安全構(gòu)成不利影響。尤其是水樓站站址處無為大堤堤基存在強(qiáng)透水砂基，在汛期外河高水位情況下，泵站前池冒水、冒砂。保安站經(jīng)安全類別綜合評(píng)價(jià)等級(jí)評(píng)定為四類，須拆除重建。

針對(duì)現(xiàn)有工程現(xiàn)有的安全問題，擬重建保安泵站、新建一座通江閘和加固疏浚通江河。

2.2 擬建工程概況

2.2.1重建保安泵站

本次重建保安泵站設(shè)計(jì)排澇流量為58m3/s，裝機(jī)容量7500kw，根據(jù)SL 252—2017《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50265—2010《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》，確定保安站工程等別均為Ⅱ等，規(guī)模為大(2)型，主要建筑物級(jí)別為2級(jí)，次要建筑物級(jí)別為3級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為4級(jí)。

2.2.2新建通江閘

擬建通江閘位于惠生聯(lián)圩，屬于惠生聯(lián)圩的穿堤建筑物，與惠生聯(lián)圩一起共同抵御長江洪水。惠生聯(lián)圩屬于長江外灘圩，惠生聯(lián)圩堤防等級(jí)為4級(jí)，惠生聯(lián)圩保護(hù)面積約為13.83km2。通江閘堤頂高程11.50～11.99m，灘地高程5.50～9.00m，河底最低高程為3.20m。

2.2.3加固疏浚通江河

通江河北接保安泵站，南連通江閘，全長1.424km。微地貌有堤防、河流、河灘地、河灣。部分段河道折彎，水流由南北轉(zhuǎn)向西北流動(dòng)。現(xiàn)狀堤身未發(fā)現(xiàn)管涌及流土險(xiǎn)情點(diǎn)，堤身未見不均勻沉降，但堤身雜草茂盛，河堤低矮，迎水坡無砌護(hù)，不能達(dá)到抗洪的要求，本次擬治理內(nèi)容包括兩方面：兩岸護(hù)坡整治和河道清淤疏浚。

3 勘察評(píng)價(jià)目標(biāo)

水利工程施工情況復(fù)雜，特別對(duì)于運(yùn)營時(shí)間較久的水利工程來說，在重建和修復(fù)之前必須進(jìn)行詳細(xì)的勘察，了解清楚主要的工程地質(zhì)問題，從而降低工程安全隱患，保證工程質(zhì)量。根據(jù)SL 258—2017《水庫大壩安全鑒定導(dǎo)則》和GB 50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，主要完成以下任務(wù):①查明場(chǎng)址各建筑物地基地層巖性、物質(zhì)組成、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、性狀和物理力學(xué)性質(zhì)，詳細(xì)評(píng)價(jià)主要存在的工程地質(zhì)問題；②查明上下游引河(渠)巖土層的厚度、埋深、分布范圍、形狀和物理力學(xué)性質(zhì)；③查明擬建工程區(qū)域不良地質(zhì)現(xiàn)象；④查明擬建工程區(qū)域的巖體結(jié)構(gòu)、巖體風(fēng)化、卸荷分帶情況，重點(diǎn)是斷層、破碎帶、軟弱夾層、節(jié)理裂隙發(fā)育規(guī)律及其組合關(guān)系，評(píng)價(jià)巖體工程地質(zhì)特性地基穩(wěn)定、防滲和邊坡穩(wěn)定的影響；⑤評(píng)價(jià)建筑物地基和邊坡穩(wěn)定性及滲透、滲透變形條件；⑥查明各建筑物基坑開挖影響范圍內(nèi)的工程地質(zhì)條件，對(duì)基坑底滲流穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

本次勘察工作采用了工程地質(zhì)測(cè)繪、鉆探、現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合綜合勘察方法，并充分利用可研階段的勘察成果，組織了4臺(tái)XY-150型鉆機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鉆探作業(yè)，并同時(shí)開展現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪工作。

4 主要工程地質(zhì)問題及評(píng)價(jià)

4.1 保安泵站工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

4.1.1泵站冒水、冒沙

保安站在汛期外河高水位情況下，泵站前池冒水、冒砂。本次勘察特此布置了SZK9、SZK13、SZK14、BK18、BK19五個(gè)鉆孔，并進(jìn)行了原位測(cè)試及鉆孔水位觀測(cè)，該地帶分布有一層砂卵(礫)石層，厚約0.9～1.5m，為強(qiáng)透水層，該層地下水與外河水力聯(lián)系較好，鉆孔鉆進(jìn)過程中，出水量比其他鉆孔大。該地段上部粉細(xì)砂多為松散狀，為冒砂、冒水提供了便利條件。

經(jīng)調(diào)查：1998年汛期前池冒沙堆積達(dá)數(shù)噸，無為縣水務(wù)局當(dāng)年采取了灌漿、壓滲工程處理，但效果甚微。2012年汛后至2013年汛前，在前池周圍共實(shí)施了13口減壓井，其中4口出水量尚可，1口出水量較小，其余8口均為廢井，13口減壓井中有7口存在防洪安全隱患，危及無為大堤防洪安全。現(xiàn)原有減壓井多個(gè)井孔已被泥沙封堵，僅有少數(shù)井孔見自由水面，且現(xiàn)有減壓井管理較差，異物容易進(jìn)入井內(nèi)。

針對(duì)保安站前池冒砂、冒水問題，建議采取降壓、減壓的措施，對(duì)現(xiàn)有減壓井進(jìn)行疏通加固，并增加減壓井?dāng)?shù)量，選取合理有效的過濾方案，提高過濾效率[3]，定期清理井中泥沙，加強(qiáng)管理。

4.1.2地基沉降變形和破壞

根據(jù)鉆孔揭示和室內(nèi)試驗(yàn)，此次保安站工程建筑物的底板位均于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂層，該層有機(jī)質(zhì)含量較高，天然含水量高、孔隙比大、靈敏度高、壓縮性大、強(qiáng)度低、物理力學(xué)性質(zhì)差、承載力低，易發(fā)生壓縮變形。建議采用復(fù)合地基，改善土層性質(zhì)，降低地基沉降變形對(duì)建筑物的影響。

在保安站站址內(nèi)，保安站基建面較深，部分建筑物基礎(chǔ)位于粉細(xì)砂層，相對(duì)隔水層厚度較薄，在承壓水頭較高時(shí)，可能會(huì)發(fā)生類似水樓站的地基滲透破壞現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)地基土層進(jìn)行防滲處理，以前截、后壓及疏導(dǎo)相結(jié)合為處理原則，采用防滲墻進(jìn)行防滲處理的同時(shí)，采用減壓井、減壓渠道或減壓塘進(jìn)行降壓疏導(dǎo)。

4.1.3基坑降排水

保安站工程大部分建筑物建基面處微弱透水層厚度較薄或直接位于粉細(xì)砂層中，承壓水對(duì)基坑影響較大，容易造成坑底突涌、坑壁發(fā)生流土、管涌現(xiàn)象。需嚴(yán)格控制基坑降水的深度，避免人為引起坑內(nèi)、坑外水頭差過大而，引起滲透變形。

將BK11鉆孔改造成抽水孔，進(jìn)行單孔抽水試驗(yàn)，測(cè)定保安泵站基坑開挖區(qū)域的水文地質(zhì)參數(shù)。根據(jù)鉆探資料，BK11鉆孔含水層厚度41.8m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)結(jié)果，確定了上部粉細(xì)砂含水層的綜合滲透系數(shù)為6.17×10-3cm/s，為中等透水層。抽水的影響半徑為213.5m。承壓水來水量較大，承壓水頭較高，基坑降水考慮以深井降水為主，嚴(yán)格控制單井抽水流量，以免流量過大造成粉細(xì)砂顆粒流失引起坑底、坑壁產(chǎn)生變形破壞，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可采取排水溝與之相結(jié)合布置形式，必要時(shí)，可在基坑周圍采取止水措施。粉細(xì)砂層較細(xì)，粉砂含量高，進(jìn)行基坑降水時(shí)降水井應(yīng)謹(jǐn)慎選擇過濾器類型，提升過濾效果，盡量避免粉細(xì)砂層涌入抽水井，造成堵塞。

4.2 通江閘工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

4.2.1地基沉降變形

通江閘的河海漫、消力池和涵閘建基面均位淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，該層有機(jī)質(zhì)含量較高，天然含水量高、孔隙比大、靈敏度高、壓縮性大、強(qiáng)度低、物理力學(xué)性質(zhì)差、承載力低，易發(fā)生壓縮變形。容易引起沉降變形及滑移穩(wěn)定問題，可能會(huì)引起消力池、箱涵變形破壞，必須引起重視。

4.2.2滲透問題

通過對(duì)通江閘現(xiàn)場(chǎng)勘探和工程現(xiàn)場(chǎng)粉細(xì)砂層顆分試驗(yàn)成果，粉細(xì)砂層滲透破壞類型為管涌，人工填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂及粉質(zhì)粘土滲透破壞的形式為流土[4]。因此重建通江閘工程主要面臨軟土層發(fā)生滲流破壞的危險(xiǎn)，需要采用防滲墻以及在通江閘下游設(shè)置鋪蓋進(jìn)行防滲處理。由于工程區(qū)臨江近，通江閘基坑開挖以后，兩側(cè)江河水位較高，會(huì)導(dǎo)致基坑內(nèi)外水頭差加大，容易引起坑壁發(fā)生滲透破壞，同時(shí)需做好降排水措施，以免河水沖刷、浸泡坑壁造成坑壁失穩(wěn)。

4.3 通江河工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

4.3.1變形問題

通江河工程區(qū)堤基在上部荷載作用下，河岸邊坡易產(chǎn)生鼓脹或滑塌。針對(duì)該問題，可在堤外留蓄平臺(tái)，對(duì)河岸坡采用水泥攪拌樁進(jìn)行處理。在堤防加高培厚過程中速率不宜過快，使淤泥質(zhì)土慢壓排水固結(jié)。依據(jù)河流水勢(shì)條件，工程區(qū)擋墻等建筑物基礎(chǔ)應(yīng)深入最大沖刷深度以下一定深度，避免在遭受河流、洪水推力及沖刷、淘蝕作用和地震作用時(shí)而發(fā)生土體流失導(dǎo)致滑移變形等不良工程問題。

受通江閘及泵站影響，通江河水位常年高于兩側(cè)河塘水位，水頭差在1～2m之間，受水頭差影響，堤基面臨發(fā)生流土破壞的問題，需進(jìn)行防滲處理，避免堤基發(fā)生變形破壞，從而影響工程質(zhì)量要求。

4.3.2岸坡安全

堤岸岸坡的穩(wěn)定性是地質(zhì)勘察的重點(diǎn)研究項(xiàng)目之一[5]，岸坡穩(wěn)定性對(duì)防洪功能有重要的影響。

根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查，堤岸內(nèi)、外坡均為土質(zhì)邊坡，植被覆蓋?，F(xiàn)狀堤防坐落于長江沖積平原一級(jí)階地上，地形開闊平坦，地層巖性均一，地層厚度穩(wěn)定，為基本穩(wěn)定岸坡。現(xiàn)狀河堤低矮，迎水坡無砌護(hù)，不能達(dá)到抗洪的要求，需采取護(hù)岸措施。堤防兩岸工程地質(zhì)縱剖面顯示堤基土主要由淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土組成，為軟弱土層，其厚度大，地層結(jié)構(gòu)層面起伏平緩，堤身抗滑穩(wěn)定性一般。堤身直接置于軟弱下臥層之上，若堤頂荷載過大，易引起一系列沉降變形問題。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探和室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，結(jié)合該地區(qū)同類工程經(jīng)驗(yàn)綜合確定本工程河道堤岸土層的允許坡率指標(biāo)地質(zhì)建議值。

4.3.3河道淤積

河道淤積是導(dǎo)致水體發(fā)黑發(fā)臭的主要原因[6]，淤泥堆積影響水利工程的功能的正常發(fā)揮，導(dǎo)致河道水質(zhì)惡化。經(jīng)過勘察發(fā)現(xiàn)通江河堤內(nèi)岸坡長期受到河水及雨水沖刷，導(dǎo)致堤身填土存在一定的水土流失，造成河道淤積。地基土層中淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂層抗滑移及抗沖刷能力均較弱，在遭受河流、洪水推力及沖刷、淘蝕作用和地震作用時(shí)易發(fā)生土體流失，從而導(dǎo)致河道淤泥。

根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查，通江河底淤積層厚度為0.5～1.0m，需進(jìn)行清淤疏浚，改善通江河景觀。

5 結(jié)語

水利工程在經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)營之后所產(chǎn)生的滲透、變形等問題，大多由于不良地質(zhì)現(xiàn)象導(dǎo)致，同時(shí)由于設(shè)備老化，監(jiān)管不力等因素，這些問題容易被忽視。通過對(duì)蕪湖保安站水利樞紐的詳細(xì)勘察，總結(jié)了水利工程中主要面臨的工程地質(zhì)問題，并對(duì)其進(jìn)行描述和評(píng)價(jià)，給出了可靠的處理建議。

結(jié)果表明工程地質(zhì)勘察能夠查明水利工程中的安全隱患，對(duì)提前采取相應(yīng)措施去預(yù)防不良地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生具有重要意義。隨著時(shí)代和科技的快速發(fā)展，結(jié)合三維模擬技術(shù)去輔助勘察是一個(gè)重要的發(fā)展方向[7]，本文在這方面研究較少，未來對(duì)待水利工程中復(fù)雜困難的的工程難題，結(jié)合高科技手段能夠得到更合理可靠的評(píng)價(jià)。