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        基于清河橡膠壩壩址水文地質與工程地質條件評價

        2022-07-01 06:51:30
        黑龍江水利科技 2022年5期
        關鍵詞:承載力建議

        喬 雷

        (遼寧省鐵嶺市清河區(qū)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(fā)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(yè)民鎮(zhèn)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(qū)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(qū)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(tài),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(tài),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(tài)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(fā)現(xiàn)ZK1、ZK2和ZK3號鉆孔揭示。

        ⑤礫砂:棕色,飽和,微致密到致密狀態(tài),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(qū)水文地質條件

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

        勘察在壩址區(qū)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(jù)分析結果可判定該場區(qū)河水化學類型為SO42-HCO3--Ca2+,pH值為7.08,屬弱堿性。

        3.1 壩址區(qū)工程地質條件

        3.1.1 壩基各土層物理力學性質

        統(tǒng)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(tǒng)計結果詳見表2。

        表2 壩基各土層原位測試指標統(tǒng)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(nèi)摩擦角及摩擦系數(shù)

        壩基各土層的凝聚力值和內(nèi)摩擦角系通過計算并按照類比法結合經(jīng)驗確定。在壩基穩(wěn)定計算中②礫砂層內(nèi)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(nèi)摩擦角建議值為40°;⑤礫砂層內(nèi)摩擦角建議值為38.8°;⑤-1粗砂層內(nèi)摩擦角建議值為32°。

        根據(jù)水利水電工程地質勘察的相關規(guī)定,給出建筑物基礎底面與②層礫砂之間的摩擦系數(shù)建議值f=0.40;④層圓礫之間的摩擦系數(shù)建議值f=0.50;與⑤層礫砂之間的摩擦系數(shù)建議值f=0.45。

        3.4 壩基各土層滲透性及滲透穩(wěn)定性評價

        本場區(qū)各土層滲透系數(shù)由經(jīng)驗公式計算數(shù)據(jù)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(diào)查區(qū)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(guī)范》 規(guī)定對壩基飽和砂土進行液化評價,判別結果見表5。經(jīng)判定,該區(qū)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(wěn)定性評價

        根據(jù)地形及壩體設計要求,建壩時,壩址區(qū)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(xù),建議挖除。④層圓礫承載力建議值為560kPa,可滿足地基穩(wěn)定要求,但該層厚度較小,建議設計進行變形穩(wěn)定驗算。⑤層礫砂承載力建議值為480kPa,該層分布連續(xù)穩(wěn)定,厚度大,可滿足地基穩(wěn)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(xù),推薦承載力為180kPa,該層層位不穩(wěn)定,粗砂透鏡體分布范圍小,且埋藏較深,對壩基穩(wěn)定影響較小。

        4.2 滲透穩(wěn)定性評價

        根據(jù)對滲透變形的判定,壩址區(qū)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(jù)實際情況進行滲透穩(wěn)定性驗算,以確定是否產(chǎn)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(xiàn)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(qū)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(xiàn)邊坡失穩(wěn),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(nèi)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(chǎn)生溢流,由于水頭作用,勢必對下游產(chǎn)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(wěn)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(yè)主和設計初步選定,如果壩址位置調(diào)整,距離現(xiàn)壩址較近的情況下可參考本次勘察成果,如調(diào)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(qū)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(xù),建議挖除。④層圓礫承載力建議值為560kPa,可滿足地基穩(wěn)定要求,但該層厚度較小,建議設計進行變形穩(wěn)定驗算。⑤層礫砂承載力建議值為480kPa,這一層的分布是連續(xù)且穩(wěn)定,厚度大。可滿足地基穩(wěn)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(xù),承載力建議值為180kPa,該層層位不穩(wěn)定,粗砂透鏡體分布范圍小,且埋藏較深,對壩基穩(wěn)定影響較小。

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