盘山县万金滩闸除险加固工程地质勘察

史俊杰

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006)



盘山县万金滩闸除险加固工程地质勘察

史俊杰

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006)

万金滩新闸址周围为苇场，场地存在高压缩性的软土和饱和砂土的轻微液化问题，如何经济可行的进行地基处理成为工程的关键。万金滩闸地质勘察的主要任务是查明闸址地基的地层岩性、物质组成和物理力学性质，重点查明软土层的分布范围和工程特性，评价存在的主要工程地质问题。

水闸；地层岩性；地基处理；除险加固；地质勘察

1 工程概况

万金滩闸坐落于盘山县境内绕阳河下游龙家堡至河口河段上，距河口约5km，由双北灌区管理处管理，隶属于盘山县水利局，主要用于拦蓄双绕总干尾水及绕阳河水灌溉苇田。

万金滩闸自1972年建成投入运行，至今已将近40年，历年来虽对其进行了不断的维修加固，依旧连年险情不断，近年来已基本不能正常拦蓄河水，已无法发挥其灌溉、泄洪和挡潮的原有设计功能。根据万金滩闸安全鉴定结论，需进行移址重建。新闸址位于距辽河口2.5km处的绕阳河上，拟建水闸长约70 m，宽约11 m。

万金滩闸位于辽河支流绕阳河上，由盘山县水利局双北灌区管理处管理，年久失修已不能发挥原有设计功能，进行了移址重建。新闸址周围为苇场，场地存在高压缩性的软土和饱和砂土的轻微液化问题，如何经济可行的进行地基处理成为工程的关键[1-3]。

本工程地质勘察的主要任务是查明闸址地基的地层岩性、物质组成和物理力学性质，重点查明软土层的分布范围和工程特性，评价存在的主要工程地质问题。

2 闸址区工程地质条件及评价

2.1 地形地貌

拟建水闸位于绕阳河河道及阶地上，河道宽约70 m，闸址处河水由西北流向东南，河底高程-1.0～-2.3 m，河水深1.5～2.8 m。两侧阶地比漫滩高1.8 m左右，阶地上均为芦苇田，地形平坦，地面高程2.2～2.6 m。右岸距河道约60 m有一土堤，高2 m，顶宽约2 m，其上布满芦苇根。

2.2 地层岩性

本次勘察深度范围内地层均为第四系全新统(Q4)海陆交互相沉积物，地层岩性如下：

第0-1层：耕植土，黄褐色，松散，以黏性土为主，含植物根系，厚度0.6～0.8 m。

第0-2层：素填土，黄褐色，黏性土为主，为河道两侧小堤的填筑土，层厚0.8～2.0 m。

第1层：粉质黏土，上部为黄褐色，下部为灰黑色，呈软塑～可塑状态，多具高压缩，局部为中等压缩性，该层土土质不均，局部砂粒或粉粒含量大，层位不稳定，层厚1.1～2.9 m，层底高程-1.1～0.7 m，分布于左右岸阶地。

第2层：淤泥质土，灰黑色，饱和，呈流塑状态，具高压缩性，该层土土质不均，局部砂粒或粉粒含量高，层位不稳定，层厚2.1～7.0 m，层底高程-8.8～-0.4 m，主要分布于绕阳河河谷底部并向两侧延伸。

第3层：细砂，灰色～灰黑色，饱和，呈松散～稍密状态，主要矿物成分为石英及长石。此层土顶部土质不均，局部黏粒或粉粒含量较高。层厚2.3～10.0 m，层底高程-11.1～-8.8 m。

第4层：细砂，灰色～灰黑色，饱和，呈中密～密实状态，主要矿物成分为石英及长石。本次勘察未穿透此层，最大揭露底高程为-27.4 m。

2.3 水文地质条件

2.3.1 地下水类型及分布特征

闸址区地下水类型为第四系孔隙潜水，埋藏深度较浅，一般埋深1.5～2.1 m，地下水位高程在0.5 m左右，含水层主要为细砂层，渗透系数较大，赋水性较强，主要受大气降水和绕阳河河水补给，以地表、地下径流、人工抽水及蒸发、蒸腾等形式进行排泄。随季节性河水位的变化，地下水位变幅在2 m左右[4-6]。

2.3.2 环境水腐蚀性

本次勘察在闸址区分别取2组地下水和河水进行了室内水质简分析试验，水质分析成果表见表1。

表1 水质分析成果统计表

根据《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)(2009版)和表1可知：地下水和河水的PH值均大于临界值6.5，侵蚀性CO2含量均小于临界值15 mg/L，HCO3-含量均大于临界值1.0 m mol/L，故地下水和河水对混凝土结构有微腐蚀性；地下水和河水的CI-含量在350 mg/L～1893 mg/L，故地下水和河水对钢筋混凝土结构中钢筋有弱～中等腐蚀性。

根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487—2008)和表1可知：河水的CI-+SO42-含量均<500 mg/L，故河水对钢结构有弱腐蚀性；水样SY4的CI-+SO42->500 mg/L，故地下水对钢结构有中等腐蚀性。

2.4 场地土体特征

2.4.1 土体原位测试

本次勘察针对地基土采取标准贯入试验，试验锤击数经杆长修正、剔除异常值后，按各土层分别统计，详见表2。

表2 各土层标准贯入试验成果统计表

2.4.2 土体物理力学性质

本次勘察对粉质黏土及淤泥质土取原状样进行室内土工试验，以取得其物理力学性质指标，分析土体工程地质特征；对细砂取扰动样进行室内土工试验，用以分析其粒径大小及颗粒组成情况[7]。

本次勘察共取原状样22组、扰动样55组，室内试验成果分层统计见表3、表4。

表3 各土层物理力学性质指标统计表

表4 各土层颗分试验成果统计表

2.4.3 地基土体承载力及其它参数

根据室内试验指标及原位测试结果，场地各土层承载力、桩极限侧阻力及桩端阻力特征值详见表5。

2.5 工程地质条件评价

2.5.1 地基土液化判别

根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487—2008)规定进行判定，本场地有4个钻孔存在轻微液化问题，主要分布于绕阳河河道左岸部位。

2.5.2 地基稳定性

根据钻孔揭露，闸址区勘探深度范围内地层岩性主要为1层粉质黏土、2层淤泥质土、3、4层细砂。各土层的工程性能分析评价如下：

第1层粉质黏土，呈软塑～可塑状态，多具高压缩，局部为中等压缩性，土质不均，局部砂粒或粉粒含量大，层位不稳定，层厚1.1～2.9 m，地基承载力特征值80kPa。该层可作为管理房等荷载较小建筑物的基础持力层，但应进行变形验算，注意不均匀沉降对上部结构的影响[8-9]。

第2层淤泥质土，饱和，呈软塑～流塑状态，具高压缩性，该层土土质不均，局部砂粒或粉粒含量高，层位不稳定，闸址区部位该层厚度较大，物理力学性质差，地基承载力特征值仅50kPa，易发生不均匀沉降和较大变形，不宜作为地基持力层。

第3层细砂，饱和，呈松散～稍密状态，此层土顶部土质不均，局部黏粒或粉粒含量较高，层厚2.3～10.0 m。地基承载力特征值120kPa，局部存在轻微液化问题。

第4层细砂，饱和，呈中密～密实状态，为良好的基础持力层。

由于工程场地地基土多为软弱土层，且下伏厚度较大的淤泥质土，因此，地基存在抗滑稳定和沉降变形等工程地质问题，容易产生不均匀沉降。

2.5.3 地基土渗透稳定性

本工程场地细砂不均匀系数平均值为1.62，小于5，所以本场地细砂的渗透变形类型为流土。

临界水力比降采用下式计算：

Jcr=(Gs-1)(1-n)

n=〔e/(1+e)〕×100%

(1)

式中：Gs为土的比重；n为土的孔隙率。

考虑到本工程的重要性，允许水力比降以土的临界水力比降除以2的安全系数。经计算，本场地细砂的允许水力比降为0.47。

2.5.4 边坡和基坑稳定性

河道两岸现状边坡坡度较陡，土质以粉质黏土和粉土为主，边坡稳定性较差，本工程水闸基础均处于地下水位以下，为了保证施工安全，开挖基坑边坡需采取必要的支护措施，采取有效降水条件下，粉质黏土临时开挖边坡建议值1∶1.25；其它土层埋深较大，建议根据施工要求和各土层的渗透特性采取适当的降水措施和边坡支护措施[10]。

3 结 论

工程区地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.40s，相应地震基本烈度为7度，为地震设计第一组。场地类别为Ⅲ类。本工程区地貌为辽河平原南缘滨海平原，地层岩性为第四系全新统海陆交互相沉积物，主要为粉质黏土、淤泥质土和细砂等。上部粉质黏土多呈高压缩性，局部为中等压缩性，土质不均，层位不稳定，承载力较低；淤泥质土呈软塑～流塑状态，具高压缩性，物理力学性质较差，容易产生不均匀沉降和较大变形；上部细砂呈松散～稍密状态，承载能力一般；下部细砂呈中密～密实状态，可作为桩基础的良好持力层。闸址区上部饱和细砂局部存在轻微液化问题，主要分布于绕阳河河道左岸部位。工程区在辽河油田采油区域内，周边分布有多个采油井，应考虑周边采油井对沉降的影响。

[1]田凯，修德禄，史晓东，马瑀泽.凌源市虎头石拦河闸除险加固设计[J].东北水利水电，2015，33(12):4-5.

[2]张显龙.西五官拦河闸除险加固工程设计[J].黑龙江水利科技,2015(05):100-102.

[3]李宁新.工程地质勘察学若干理论问题探讨[J].人民珠江，2005(S1)：65-66.

[4]马富安,严福章.对长江堤防工程地质勘察几个问题的认识[J].水文地质工程地质，2002(02)：89-92.

[5]高贤哲,姜卫新.堤防工程地质勘察中几个应注意的问题[J].水利科技与经济，2008(07)：64-65.

[6]刘万新,刘俊义,丁洪亮.关于水闸除险加固工程设计的几个问题[J].水利水电快报，2004(20)：3-4.

[7]金初阳,李寿星,柯敏勇.朱家站水闸安全检测与评估分析[J].水利水运工程学报，2003(04)：101-105.

[8]任旭华,刘丽.水闸病害分析及其防治加固措施[J].水电自动化与大坝监测，2003(06)：45-46.

[9]蔡浚,蔡浩一.上海市病险水闸现状、成因剖析及对策措施[J].大坝与安全，2002(03)：12-14.

[10]栾骏.乌鲁木齐市工程地质勘察档案的特点及其利用[J].城建档案，2011(11)：54-56.

TV698.2

B

1007-7596(2016)08-0084-02

2016-07-28

周伟峰(1978-)，男，福建屏南人，工程师，研究方向为水利水电工程。