杨兴河黄寨段河道治理工程坝址区地质评价

渠继明

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 概况

杨兴河黄寨段河道治理工程位于杨兴河中游，属黄河流域。杨兴河发源于太原东山北端牛金山东麓的孟家岭沟，流经阳曲县的大盂、黄寨、尖草坪区向阳店和阳曲镇，于尖草坪区北固碾村南侧入汾河。河流全长50.0 km，流域面积1398 km2，阳曲县境内流域面积1284 km2。杨兴河流经阳曲县城区西部阳曲公园，为美化城市环境，提升公园游赏品味，拟对阳曲公园内杨兴河河道进行治理。

工程治理段长0.6 km，河道宽14～15m，深3～4m，该河道于1997年裁弯取直，并于2005年筑浆砌石河堤成现状，浆砌石堤基埋深2.2～2.7m，平均2.5m。河道平时无河水流过，主要用于排流生活污水，流量较小，雨季略有增大。

工程拟设计一条坝用于拦水蓄水，坝顶及蓄水高程969.95m，坝基底高程965.50m，顺河道向坝基宽12.5m，垂直河道向坝长14.0m，设计蓄水量1.24万m3。

2 工程地质条件

坝址处河道宽约14m，河谷地面高程为967.2～968.0m，地势较平坦，两岸地面高程971.2～971.4m，两岸高于河道底部3.2～4.0m。坝轴线方向N46°W。

坝基地层岩性上部为厚1.5m左右的河道淤积低液限黏土，软塑—流塑，含有砖石块。下部为第四系上更新统冲积浅黄色低液限粉土，含水率为18.3%～32.9%，干密度 1.43～1.79 g/cm3，压缩系数 0.18～0.25 MPa-1，具中等压缩性；水平渗透系数 9.96×10-6～6.37×10-5cm/s，平均值 2.88×10-5cm/s；垂直渗透系数1.40×10-5～6.54×10-5cm/s，平均值 3.63×10-5cm/s，属微—弱透水性；标准贯入试验锤击数3～13击，平均8.6击，小值平均值为5.5击，修正值2.9～9.6击，平均值7.1击，小值平均值为4.4击，稍密—中密，上部呈可塑—软塑状，局部呈流塑，下部呈可塑—硬塑状。

坝址左岸为黄土台地，右岸较为平缓，左岸地层为上更新统冲积浅黄色低液限粉土，右岸为杨兴河Ⅰ级阶地沉积的全新统洪冲积低液限黏（粉）土、级配不良砾。坝址区地下水类型主要为松散岩类孔隙水，主要接受大气降水垂直补给。钻孔钻探时，终孔水位以下土层未完全浸湿，结合附近水井资料，分析坝址区勘探深度内存在两层地下水，地下水位分别为957m及966m左右，坝址主要涉及上层地下水，属上层滞水。上层滞水由上游向下游径流排泄。

3 地质评价

3.1 地基承载力

坝基地层岩性上部为0.5～1.0m河道淤积低液限黏土，软塑—流塑，结构松散，承载力低，建议全部挖除，下部为上更新统冲积低液限黏土，顶部约1m左右，呈软塑状，结构稍密，承载力低，建议全部挖除。

据标贯试验，坝基低液限黏土修正击数小值平均值为4.4击，查表得地基承载力约130 kPa左右。据低液限黏土物理力学指标，考虑土样压密影响，查表得地基承载力为110 kPa。根据标准贯入试验原位测试结果，并结合地区建筑经验综合考虑，坝基低液限黏土的承载力地质建议值为100～110 kPa。根据钻探及土工试验资料，坝基与闸接触部位低液限黏土层含水率高，较软弱，结合工程经验，坝基础底面与低液限黏土之间摩擦系数地质建议值为0.2～0.25。

3.2 地震液化

坝基持力层为上更新统冲积低液限黏（粉）土层，其黏粒含量为16.2%～21.4%，平均值17.7%，根据《水利水电工程地质勘察规范》，初判可不考虑液化影响。

3.3 坝基渗漏

蓄水区蓄水后水位将抬高，由此可改变现有河道及两岸的水文地质条件。坝基表层淤积层工程性质差，建议清除，下部为上更新统低液限黏土，水平渗透系数9.96×10-6～7.98×10-5cm/s，平均值 4.24×10-5cm/s，垂直渗透系数 9.66×10-6～8.51×10-5cm/s，平均值 3.92×10-5cm/s，属微—弱透水层，可视为相对隔水层，分析坝基渗漏量较小。

3.4 绕坝渗漏

坝址左坝肩为第四系上更新统低液限黏土，属微—弱透水层，左坝肩该土层厚度很大，分析绕坝渗量很小，右坝肩主要为全新统低液限黏（粉）土、级配不良砾层，上更新统土体相对单薄，分析存在绕坝渗漏问题。主要渗水层为级配不良砾，渗透系数为9.5m/d，属强透水层，估算右坝肩绕坝渗漏量为78m3/d。

根据坝基工程地质条件和存在的工程地质问题，建议对坝址区进行防渗处理。处理时，可与蓄水区的防渗统一考虑。

3.5 坝基渗透变形

坝基为上更新统低液限黏土，属微—弱透水性，蓄水后在坝上下游水位差产生的渗压作用下可能产生渗透变形。

3.5.1 渗透变形类型

根据《水利水电工程地质勘察规范》，低液限黏土属黏性土，其渗透类型主要是流土。

不均匀系数判别：坝基土样可根据ZK1号孔土样进行分析，其不均匀系数在10~20之间，其渗透变形类型可能是流土破坏或管涌破坏。

细粒含量判别：《水利水电工程地质手册》中的细粒含量指粒径小于1 mm的颗粒所占整个土重的比例。据ZK1号孔土样颗分曲线，土细粒含量均大于35%，渗透变形类型以流土为主。

综上所述，结合同类工程经验，坝基低液限黏土可能产生的渗透变形类型以流土为主。

3.5.2 临界水力比降确定

第四系上更新统冲积低液限黏土孔隙比平均值为0.651，孔隙率39.43%，土的比重取平均值2.7，经计算，坝基第四系上更新统冲积流土型土的临界水力比降为1.03。

3.5.3 允许水力比降确定

安全系数取1.5，坝基土产生流土变形的允许水力比降为0.69，建议设计时坝基允许水力比降总体按0.69考虑。

3.6 临时开挖边坡

坝地基主要由低液限黏土组成，表层约1m，为河道淤积土，下部为上更新统冲积物。开挖时由于受岩性及其状态、坡高及地下水等的影响，存在边坡稳定问题。临时开挖边坡建议值：低液限黏土水上为1∶0.75，水下为1∶1.5。由于地下水位附近低液限黏土呈软塑—流塑状，基础开挖时易造成边坡失稳，建议采取必要的降水及边坡支护处理措施。

3.7 基坑涌水

坝基为上更新统冲积低液限黏土，具微—弱透水性，据本次勘察，地下水位埋深较浅，且河道中有污水流过，坝址坝基标高低于地下水位，存在基坑涌水问题。由于基坑岩性以低液限黏土为主，渗透系数小，故分析基坑涌水量不大，建议采取导流措施排走河道中水流，并采取基坑排水措施。

3.8 地下水腐蚀性评价

本次勘察对工程区钻孔水样进行了水质分析，地下水属SO4-Cl-Na-Mg型水，HCO3-含量456.89 mg/L，SO42-含量 1030.63 mg/L，Mg2+含量 184.07 mg/L，Cl-含量656.01 mg/L，侵蚀性CO2未检出。工程区地下水对混凝土具强腐蚀性，对混凝土中钢筋具中等腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性。

目前河道中以污水为主，由于地下水中SO42-，Cl-含量较高与污水有较大关系，故河道中污水对混凝土、钢筋及钢结构腐蚀性更大，由于工程拟对污水进行专门治理，故此次未取污水进行试验，若污水得到有效治理，地下水对混凝土、钢筋及钢结构的腐蚀性会有所减弱。综上分析，建议对钢坝及混凝土进行防腐蚀处理。

3.9 坝肩边坡稳定性

左岸坡为黄土台地，陡坡处有小型坍塌物，岸坡天然状态下一般稳定，但在暴雨冲刷等不利因素的影响下有可能产生坍塌，建议适当防护。

4 结论

坝基主要为第四系上更新统冲积低液限黏土层，主要存在右坝肩绕坝渗漏、地基土渗透变形以及地下水与河水腐蚀性等工程地质问题。建议坝址区采取防渗措施，并与蓄水区防渗统一考虑；对钢坝及混凝土采取防腐蚀处理。施工期间要加强施工地质工作，及时解决施工过程中遇到的工程地质问题。