特殊地质条件下橡胶坝概念设计

王楠（河海大学文天学院马鞍山市243031）

特殊地质条件下橡胶坝概念设计

王楠
（河海大学文天学院马鞍山市243031）

拟建橡胶坝位于河道内构造逆推断层的位置。因断层交错复杂，使得蓄水库区的水文地质条件变得同样复杂多变，给橡胶坝设计和施工带来了困难。文章就此进行分析，提出概念设计，为橡胶坝施工图设计与现场施工提供可借鉴方法。

特殊地质 涌水 渗漏 橡胶坝 蓄水

1 工程概况

拟建张家口市清水河上游黄家湾至市政混凝土搅拌站的3个橡胶坝，位于世界有名的通泰大桥北侧。其作用是拦截季节性清水河河水，形成人工湖，改变张家口市四周山多水少不协调的自然景观，营造一个空气湿润、绿水清山的自然环境。该坝建成后，将使清水河两岸阶地的地下水位明显抬升，对农业用水及灌溉均会产生明显的良性影响。

2 拟建场地工程地质条件

（1）冲积层﹙Q4al﹚。河道：上部覆（30～50）cm厚灰褐色粉质粘土，土中夹少量细砂，分布不均；下部为夹卵砾含中细砂层。卵、砾为粗面岩、安山岩，圆或椭圆状。建坝河段上游河段，卵砾含量增多，粒度增大，含有圆砾，形状由椭圆转为次棱角状砾石或卵石及圆砾，层厚（1.0～4.5）m。

（2）侏罗系火山岩系﹙K﹚。基座阶地的基岩为火山岩系，由粗面岩及凝灰熔岩构成。岩石坚硬，抗风化能力较强。清水河两岸分布火山岩，节理裂隙不发育，但延续性较好。岩体中缓倾节理很少，边坡较陡，顺河边坡为陡崖斜坡，无滑动结构面，两侧边坡属于稳定结构。该区域最大冻土深度1.5 m。

3 拟建场地水文地质条件

受构造逆推断层的影响，基岩以近NS方向的渗透系数较高。根据《岩土勘察报告》注水试验和自然水系的分布状态及岩体渗透系数具有方向性的特点，该区的基岩裂隙潜水在靠近河床地段的地下水埋深（3.5～4.0）m，下游地段为（4.0～5.5）m。基岩裂隙水是由大气降水补给，基岩裂隙水在大境门桥以北区上游段补给河床第四系松散砂、砾卵石层，在向下游150 m地段，地表径流量明显减少，由第四系孔隙水补给基岩断层裂隙水，并成为地下向邻谷排泄的通道。

简单地说：在逆推断层的北段东侧地下水沿着断层隔水面向上“泉水状”渗流，以河床中F1断层为界，西侧泉水一样向上渗流涌水，东侧渗漏。过了此段后，以F2断层为界，又立即沿第四系松散砂、砾卵石层向下游渗漏，即北侧向上渗流涌水，南侧向下渗漏。给该河段治理设计带来较大困难，参见附图。

附图 橡胶坝工程平面位置图

如果库底不做防渗处理，将因为渗漏，枯水期无水可蓄，即使在丰水期，也会因库底和坝基严重渗漏，出现低水位或少蓄水的尴尬局面；如果做人工防渗膜处理，则在丰水期，库底人工防渗膜将因为地下水向上渗流而被顶坏，撕裂。为此做好该橡胶坝坝基与防渗的概念设计就成了该项目设计的关键课题。

4 坝基设计与防渗设计中的相关问题

（1）橡胶坝的位置设计，作为通泰大桥上游一橡胶坝溢流景观，就必须在清水河上游通泰大桥北侧为最佳方案位置。

（2）如果考虑不周或蓄水深度不够，将可能因冬季寒冷引起冻胀破坏作用——使得坝基、防渗措施遭受损坏。故蓄水深度要确定大于区域最大冻结深度要求。

（3）库区坍岸问题。因为I级及II级阶地高度小，以粗粒土为主，蓄水深度浅，库水波浪低，坍岸问题轻微。

（4）库区浸没问题。清水河两岸阶地的地形平坦，地下水埋深（3～5）m不等。蓄水后仅山体冲沟口地段有浸没问题。但局部低洼地冲沟地段既无农田又无住宅建筑，不会形成灾害性危害。

（5）淤积问题。根据库区《岩土工程勘察报告》上游至下游河漫滩沉积物的粒径明显变小的特点，说明搬运固体物质能力较强。张家口雨量多集中在7～8月份，清水河丰水与枯水季节流量相差悬殊，雨季河流流速增加很明显。丰水季节清水河携带泥砂的能力强，在筑坝河段上游地段，易将几十厘米粒径的圆砾携入急流之中。所以须按规范要求设计拦砂坝，砂石堆积库，清淤设施等防护措施，由于淤积物中粘粒和粉粒的含量很低，经机械分选，可成为比较理想的建筑材料，具有一定的经济价值。

（6）坝址区的工程地质问题为坝基渗漏问题，由于河床及漫滩分布有（3～4）m厚的夹卵砾石的中细砂层，蓄水后必然发生渗漏。

（7）库区渗漏问题。库区的一般地段分水岭山体雄厚，属于库岸基岩裂隙水补给库水，上游两侧山体不存在永久性渗漏问题。但受断层影响地段，即至拟建橡胶坝上游150 m河段，左岸山体中断层破碎带为永久性渗漏通道。

5 概念设计

除了橡胶坝常规设计所要注意解决的上游拦石坝设计防护、淤积清理、橡胶坝本身的高度、景观效果、抗滑移等问题外，坝基设计、库区渗漏和库底防护问题就必须结合地质岩性、构造、断层等因素，为此提出了如下概念设计：

（1）概念设计一：沿断层界线做隔水帷幕，将橡胶坝进行分区，分区界线以断层隔水层为界。

（2）概念设计二：将断层位置以上的松散层，全部清除，彻底查清隔水边界，且对疑似渗漏的区段重点进行防渗注浆处理，再在其上直接浇筑混凝土。这样就可以只对渗漏区域进行土工膜防渗处理。对基岩裂隙水补给清水河区段不做处理，这不但能降低工程总造价，而且还不影响蓄水和景观效果。

（3）概念设计三：先将坝基用混凝土浇筑好，再对库区及坝基全部进行注浆防渗处理，重点处理渗漏段，而对地下水溢流段不处理或少处理。

根据清水河的季节性特点：除丰水期河水较充沛外，流量较小，所以可在枯水期设围堰对坝基砂砾石层进行挖出，将断层暴露后，再给断层破碎带进行帷幕灌浆，回填混凝土处理，可大幅度削减基岩渗漏量。

6 结 论

对于概念设计一，适用于类似水文地质条件的开阔河道区域，对于该段本身河道就狭窄的清水河，美学景观效果不但降低了还增加了工程总体投资。概念设计二，较适用于类似水文地质条件的第四系地层较浅的河谷地段，施工周期短，速度快，处理较彻底。概念设计三，适用于类似水文地质条件的第四系地层较厚的河谷地段，可分段施工，施工周期受限制少，但对施工材料及材料配比、施工设备、施工工艺的要求比较严格。

由于该橡胶坝坝基及其蓄水库区位置的第四系松散层厚度较小，所以坝基可直接坐落于基岩之上，建议采用概念设计二的方案设想。通泰大桥上游橡胶坝，最终按概念设计二的方案进行坝基处理和库底局部土工防渗膜处理，现已建成成功蓄水，水质清澈。

[1]GB/T 50979-2014.橡胶坝工程技术规范[S].北京：中国计划出版社出版，2014.

[2]JGJ 79-2012.建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社出版，2012.

2016-05-29）

王楠（1997-），女，内蒙古乌兰察布人，本科在读，所学专业：水利水电。