承德市橡胶坝工程地质条件评价

刘大群

(河北省水利水电勘测设计研究院,天津 300250)

依山傍水的承德市位于河北省北部,驶名中外的我国最大的皇家园林避暑山庄和融各民族建筑艺术为一体的外八庙均座落在本市,为进一步美化城市在贯穿市区的武烈河旅游桥上游250m处修建第一座橡胶坝,它的建立不仅为美丽的山城增添一景,而且可以提高离宫湖水位,改变热河河水的现状,局部气候也将得到进一步的改善。

1 地质概况

承德市地处燕山山脉的腹部,为一断陷盆地,山脉走向近东西,与区域构造线趋一致,地形属浅切割的中低山区,大部岩石裸露。武烈河全长96km,市区段河流长度18.05km,滦河与武烈河两大水系流经此地,支流发育,水源丰富。

出露的地层岩性主要为侏罗系的砂砾岩、砾岩,第四系松散堆积物分布较普遍,分布规律受其现代地形及古地貌控制,一般在山麓边缘、缓坡及山间洼地中多发育为洪、坡积形成的堆积物,在河谷及岸边则以洪冲积与冲击成因类型最为发育。

本区处于内蒙地轴与燕山沉降带分界地带,基地构造线方向受近东西向-北东东向复式褶皱构造控制,地质构造复杂,岩浆活动频繁。依据中国地震局制定、国家技术监督局发布的 《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),承德市地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特征周期为0.45s,相当于地震基本烈度Ⅵ度。

2 坝址区工程地质条件

2.1 坝轴线部位地质勘察

坝线长度185m,为了解第四系堆积物空间分布形态和测定含水层顶底板的高程及基岩埋藏深度,故布设钻孔7个,布置抽水孔4个。(详见表1)

表1 钻孔资料一览表

2.2 地层特征

坝址区基岩为侏罗系中统后城组砾岩,成份以片麻岩和花岗岩为主,胶结程度好,岩石坚硬,与第四系洪、坡积物呈不整合接触,与上覆堆积物接触部位岩石破碎,随深度的增加岩石趋向完整。

基岩上覆的上更新统洪、坡积、全新统洪、冲积堆积物厚度为4.50～11.35m。堆积物分别为漂卵砾石层及亚粘土亚砂土充填的卵砾石层,它的特点是层位清楚,厚度变化大、结构紧密、卵石大小混杂、分选性差、大部为亚角形、扁圆状,其成分取决于上游基岩类型。其中砂卵石层的厚度一般为6.8～2.0m。河床部位由于水流冲刷大部砂卵石层裸露外,在河漫滩中分布普遍,连续性好,其厚度为0.1～1.0m。

2.3 水文地质条件

承德市所处水文地质单元为燕山山地水文地质区,中高山水文地质亚区。为武烈河下游的河谷地带,河床呈侧向侵蚀,河谷发育。橡胶坝向上游回水1km,河谷宽度800～900m,地貌划分为河床、漫滩和一级阶地。河谷中第四系堆积物较深厚,并发育有富含孔隙水的含水层,地下水补给条件以武烈河补给为主。

3 工程地质条件评价

3.1 坝基渗漏及侧向渗漏

坝轴线长度为185m,回水1km,库区面积18.5万m2,库区内河床宽度25～30m,其两侧为漫滩。左坝肩为公路,路旁为出露的砾岩;右坝肩为清代修建的防洪大堤,堤外依次为公路、学校、居民区和离宫。进入离宫跨过银湖、上湖、如意湖为一级阶地和裸露的太古界片麻岩。覆盖层下覆基岩高程由左岸向右岸逐渐加深,说明自然河床非当今位置,而在右坝肩附近。两侧山谷高度起伏大,河谷间相对距离变化大,从上游激流而下放荡无羁的武烈河水也只得顺其自然,而形成侧向侵蚀,河曲发育的河床。而清代修建的防洪大堤又人为地将河水控制在现今的位置。

库区内现河床为裸露的松散的砂卵石层,属于强透水层,为地表水下渗和坝基渗漏及向河道两侧渗漏的主要通道。

库区地下水是由地表水补给,潜水位较平缓,其高程接近地表水位。

河漫滩上部由亚砂土和亚粘土、淤泥组成,为弱透水层。

其下为亚粘土夹卵砾石和砂卵石层,前者为弱透水层而砂卵石层,各层位置高程均低于河水位,是坝基渗漏和库区侧向渗漏的主要通道。

上更新统的坡积物为砾石层,因结构松散,为强透水层。因此也构成了向坝基和库区侧向渗漏的途径。

左右坝肩下覆地层同上所述,都存在坝基渗漏和绕坝渗漏。绕渗的主要途径将沿谷底深槽部位完成,而谷底深槽部位从勘探成果分析其位置控制在四号孔至公路附近,那么右坝肩和坝基渗漏量将高于左坝肩。

概括上诉,渗漏的主要通道为现河床部位及河漫滩砂部位卵石层及与基岩接触的砾石层。因此渗漏是本库区的主要工程地质问题。

3.2 清坝埋深及武烈河谷原自然河道的位置

武烈河河谷在库区范围内的宽度为800～900m,而现河床仅 25～30m宽,“清坝”的建立仅仅是为了离宫的安危而人为地将河水控制在现今的范围内,而侧向防渗涉及到“清坝”的埋深。关于“清坝”的埋深经过调查,众说纷纭:“上九条下十几条”,“上九条下九条”,“单摆浮隔”等。这个问题不搞清楚,侧向防渗将是盲目的。

从坝线勘探可知,基岩面在坝线范围内从左至右逐渐加深,四号孔岩面高程为316.50m而五号孔为316.17m,那么继续延伸,基岩面是继续加深还是抬高,而武烈河谷原自然河道在哪个位置?是否存在第二个深槽?这个问题很重要,因为它将关系到绕渗主要途径的位置。

为了搞清上述两个问题,在“离宫”和“市第二中学”内各布了两个勘探孔,在“清坝”靠近坝线位置布了一个勘探孔。

勘探结果揭露:①“清坝”从顶到底高度为4.40m。其结构为,两侧和底部为紫红色砂岩、花岗片麻岩条石,中间填有三合土,三合土厚3m,底部条石厚度为1.40m,坝基为砂层,其间打有柏木桩,砂层下覆为20cm厚的淤泥和小块砾石的砂砾石层。②深槽部位在四号孔至“清坝”外侧,槽底高程为316.17m,深槽宽度 65m。整个河谷断面长度为936.5m。

4 结 语

库区的第四系堆积物由冲、洪积和坡、洪积物组成。其特点为:洪积物由于暂时性水流搬运能力不等,不仅粗大颗粒中有细小颗粒,而细小颗粒中也有粗大颗粒,冲积物大部分由砂、卵、砾石等组成,由于侧向侵蚀和上游沟谷夹带的细小颗粒与粗大颗粒交错堆积,承载力显著下降,坡积物一般具棱角,经一段距离的搬运部分呈亚角形,又未经良好分选,颗粒大小混乱,结构疏松。因此在上述地层中建坝,不同的地层应考虑不同的承载力。

武烈河河曲发育,砂卵石在河床和漫滩与一级阶地内分布广泛,层位稳定,为本库区渗漏的主要渠道。

因此需采取垂直向普遍防渗。而垂直向防渗的结果又将增加和增大新的绕渗途径和绕渗量。

这就向我们提出了一个问题,必须搞清本库区所处的自然环境。搞清了自然河道的位置不仅认识到右坝肩是坝基渗漏的主要位置同时也是绕坝渗漏的主要部位。并证实在本库区仅存在一条原自然河道。

“清坝”在侧向防渗方面未起到阻水作用。它的探明,不仅解决了库区侧向防渗处理中的一个障碍,而且也填补了在研究清代离宫史中关于清坝埋深之谜的空白。

关于通过离宫绕渗而达到抬高湖水位的问题。通过现有钻探资料推测,尽管绕渗的主要途径将通过谷底的深槽完成,地下水向离宫绕渗是一定,但是存在一个水量大小的问题。离宫湖常年积水,淤积厚度尚不清,地下水渗入离宫,湖内水位是否明显抬高,如果地下水位降低,离宫湖水会随即下降是不用质疑的。

古时的离宫湖水是通过地表水补给,今后离宫水补充问题的解决是否可以考虑通过恢复清代引水渠道来完成。

通过渗透系数测定,靠近河床部位K值明显增大,这为防渗处理找到了主要位置。至此可得出,坝基渗漏和侧向渗漏是本库区的主要工程地质问题,而防渗处理措施是建坝的关键。

根据坝基渗漏的分析结果,在建坝施工中均采取了相应措施,获得实施。

[1]SL/T 313-2004水利水电工程施工地质勘察规程[S].北京:中国水利水电出版社

[2]GB50287-99水利水电工程地质勘察规程[S].北京:中国计划出版社

[3]水利部水利水电规划设计总院主编.水利水电工程地质手册[M].北京:水利电力出版社