橡胶坝地质条件与评价

王艳军

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

橡胶坝地质条件与评价

王艳军

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

橡胶坝是建设水面景观的常用方法，良好的坝基地质条件是橡胶坝正常运行的保障。本文以戴河上的橡胶坝为例，分析橡胶坝的水文地质及工程地质条件，指出存在的主要工程地质问题，并进行地质评价，为工程设计提供必要的地质依据。

橡胶坝；地质条件；分析；评价

戴河是北戴河的母亲河，发源于河北省抚宁县，流经秦皇岛市经济技术开发区、北戴河区后入渤海，全长40km，流域面积290km2，是冀东沿海独流入海河流之一。

戴河综合治理涉及橡胶坝3座，坝址分别位于沙河村、高家店村和长不老口村。本文将综合阐述区域地质概况，揭示场区存在的主要工程地质问题，然后以高家店橡胶坝为例进行地质条件的分析与评价。

1 地质概况

1.1 地形地貌

工程区在地貌单元上属滨海冲积平原，场地较平坦，地势微倾斜，北高南低，地面高程5.22～17.65m。现代河床宽度20～200m不等，两岸阶地高出河床一般2～5m。河道常年流水，总体流向为自北向南。河床局部段水草茂盛，两岸树木林立。

1.2 地层岩性

根据地质测绘及钻孔揭露的地层岩性主要有：第四系全新统人工堆积素填土 （定义为 “①层”，下同）；第四系全新统冲洪积黏土（②1层）、壤土（②2层）、砂壤土（②3层）、细砂（②4层）、中砂（②5层）、粗砂（②6层）；第四系上更新统冲洪积中砂（③层）；太古界花岗岩（④层）。

1.3 地质构造与地震

工程所处的构造单元为二级构造单元的燕辽沉降带东段，三级构造单元的山海关台拱中部及辽西陷褶断束南缘。本区大部分地表被第四系覆盖，在地质调查及钻探中未发现活动性地质构造。

根据GB18306—2015《中国地震动参数区划图》，该场地地震动峰值加速度为0.10g，地震动加速度反应谱特征周期0.35s。

1.4 水文地质条件

戴河流域地处暖温带半湿润季风型大陆性气候区，冬季较长，约170d；春季71d，夏季67d，秋季56d，无霜期180d，结冰期120d。年平均气温12.1℃，最高39.2℃，最低-21.5℃。多年平均水面蒸发量980mm，陆面蒸发量537mm。主导风向夏季西南，冬季东北，最大风速17m/s。

本区地下水类型为第四系孔隙潜水，主要含水层为砂壤土、细砂、中砂、粗砂等。勘察期间实测地下水埋深0.70～7.50m，地下水位0.95～14.49m。戴河水流充沛，常年不断流。地下水受大气降水和侧向径流补给，排泄途径为蒸发、侧向径流和人工开采等，地下水年变幅约0.5m。

为判别环境水对混凝土、钢筋混凝土结构中钢筋及钢结构的腐蚀性，勘探期间在各坝址区取地表水样、地下水样共计6组，进行水质分析。结果表明：地下水类型属于重碳酸硫酸钙型水、氯重碳酸钙钠型水、重碳酸氯钙型水，中性偏弱碱性；地表水类型属于重碳酸钙型水、重碳酸氯钙钠型水、氯硫酸钙型水，中性偏弱碱性。

1.5 物理地质现象

本区最大冻土深度0.85m，无其他不良物理地质现象。

2 主要工程地质问题

2.1 地震液化

本区地震动峰值加速度0.10g，相当于地震基本烈度Ⅶ度，需进行土的地震液化判别。

根据GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》，经初判，②3砂壤土、②4细砂、②5中砂、②6粗砂具有液化的可能，需要进行复判。复判采用标准贯入锤击数法，判别结果如表1。

表1 土的地震液化复判

由表1可知，②3砂壤土、②4细砂、②5中砂、②6粗砂为液化土层。

2.2 渗透与渗透稳定问题

本区地下水类型为第四系孔隙潜水，主要含水层为砂壤土、细砂、中砂、粗砂等。坝址区地表水充沛，河道常年流水。

根据本次勘探资料及相关工程经验，提出各坝址区相应土层的渗透系数、渗透变形类型、允许水力比降建议值如表2。

表2 坝址区土层比降建议值

2.3 不均匀沉降

坝址区地层岩性比较复杂，有黏土、壤土、砂壤土和多级粒径的砂层。黏性土状态有硬塑、可塑、软塑、流塑，跨度大。地层的压缩性多为中等压缩，局部为高压缩。这些条件将造成坝基不均匀沉降。

3 工程地质条件

3座橡胶坝的地质评价方法相似，本文仅以高家店橡胶坝为例进行阐述。

3.1 地质结构

拟建的高家店橡胶坝位于高家店村东侧戴河干流上。工程区地质结构为土岩双层结构。根据地层时代、成因、岩性及空间分布特征，将工程区地层划分为8个工程地质层。

3.1.1 第①层素填土

分布于河道左岸地表，层厚3.1m，层顶高程10.17m，层底高程7.07m。

3.1.2 第②3层砂壤土

呈层状分布，层厚0.8～1.6m，最大埋深3.1m，层顶高程7.07～8.42m，层底高程6.27～6.82m。

3.1.3 第②5层中砂

分上、下两层。上层呈层状分布，层厚0.7～4.3m，埋深1.6～3.9m，层顶高程6.27～6.82m，层底高程2.52～5.57m；下层呈透镜体状分布，层厚2.6m，埋深8.2m，层顶高程1.97m，层底高程-0.63m。

3.1.4 第②2层壤土

呈层状分布，层厚1.2～2.5m，埋深4.6～5.9m，层顶高程2.52～5.57m，层底高程0.62～3.07m。

3.1.5 第②4层细砂

呈层状分布，层厚1.1m，埋深7.1～7.8m，层顶高程0.62～3.07m，层底高程-0.48～1.97m。

3.1.6 第②1层黏土

呈层状分布，层厚1.9～2.9m，埋深8.9～10.8m，层顶高程-0.63～-0.48m，层底高程-3.38～-2.53m。

3.1.7 第③层中砂

呈层状分布，层厚5.5～5.8m，埋深11.8～12.7m，层顶高程-3.38～-2.53m，层底高程-9.18～-8.03m。

3.1.8 第④层花岗岩

全风化，呈层状分布，层厚大于4.8m，埋深17.6～18.2m，层顶高程-9.18～-8.03m，钻孔未揭穿该层。

3.2 土体物理力学性质

为查明土体的物理力学特征，本期勘察采取原状土样进行室内土工试验，现场进行了标准贯入试验。

3.2.1 第②1层黏土

天然含水率平均值27.4%，饱和度范围值93.4～95.8%；液性指数平均值0.43，范围值0.38～0.50，呈可塑状态；压缩系数0.260MPa-1，具中压缩性。饱和固结抗剪强度凝聚力21.0kPa，内摩擦角15.0°。

3.2.2 第②2层壤土

天然含水率29.6%，饱和度96.3%；液性指数0.87，呈软塑状态；压缩系数0.345MPa-1，具中压缩性。饱和固结抗剪强度凝聚力16.0kPa，内摩擦角14.0°。

3.2.3 第②3层砂壤土

天然含水率18.0%，饱和度68.9%；液性指数0.30，呈可塑状态；压缩系数0.330MPa-1，具中压缩性。饱和固结抗剪强度凝聚力10.7kPa，内摩擦角22.0°。

3.2.4 第②4层细砂

实测标准贯入试验击数为9击，呈松散状态。

3.2.5 第②5层中砂

实测标准贯入试验击数为6～10击，呈松散～稍密状态。

3.2.6 第③层中砂

实测标准贯入试验击数为8～12击，呈松散～稍密状态。

根据工程经验及水工建筑物的具体情况，在对坝基土体的物理力学指标试验值进行分析的基础上，提出各层土体的物理力学性质指标建议值如表3、表4。

表3 土体物理性质指标建议值

表4 土体力学性质指标建议值

4 结语

（1）橡胶坝建基面高程4.5m，座落于②2层壤土、②5层中砂之上，承载力建议值分别为120，160kPa。坝基持力层岩性差异大、分布不规律，建议设计时考虑不均匀沉降因素。

（2）建基面以上揭露的岩性为①层素填土、②2层壤土、②3层砂壤土、②5层中砂。基坑开挖深度1.0～7.1m。建议临时开挖边坡坡比：素填土、壤土1∶1.5，砂壤土1∶2，中砂1∶2.5。

（3）勘探期间地下水位6.82～7.87m，地下水位于建基面以上，基坑开挖时需考虑基坑排水问题。

（4）场区揭露的②2层壤土、②3层砂壤土、②5层中砂渗透系数建议值分别为4.4×10-5，5.0×10-4，8.0×10-3cm/s，壤土具弱透水性，砂壤土、中砂具中等透水性。建议设计时考虑渗透及渗透稳定问题。

（5）橡胶坝基础底面混凝土与壤土之间的摩擦系数建议值f=0.25，与中砂之间的摩擦系数建议值f=0.42。

（6）坝基②3层砂壤土、②4层细砂、②5层中砂为液化土层，设计时需考虑抗液化措施。

［1］常士骠，张苏民.工程地质手册（第四版）［K］.北京：中国建筑工业出版社，2007.

［2］GB50487—2008.水利水电工程地质勘察规范［S］.

［3］SL299—2004，水利水电工程地质测绘规程［S］.

［4］SL291—2003，水利水电工程钻探规程［S］.

［5］GB18306—2015， 中国地震动参数区划图［S］.

［6］GB50011—2010， 建筑抗震设计规范［S］.

［7］DL5073—2000， 水工建筑物抗震设计规范［S］.

［8］SL 237—1999， 土工试验规程［S］.

［9］NB/T35052—2015， 水电工程地质勘察水质分析规程［S］.

［10］SL567—2012，水利水电工程地质勘察资料整编规程［S］.

［11］河北省水利水电勘测设计研究院.秦皇岛市戴河综合治理工程初步设计工程地质勘察报告［R］.2012.

（责任编辑：尹健婷）

Analysis and evaluation of geological condition of rubber dam

WANG Yan-jun
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower， Tianjin 300250， China）

Rubber dam is a common method to construct water landscape， and a favourable geological condition of dam foundation is the guarantee of normal operation of rubber dam.In this article，the rubber dam in Dai River is taken as an example.Based on the analysis of the hydrogeological and engineering geological conditions of the rubber dam，the main engineering geological problems are pointed out， and the geological evaluation is carried out.Finally， it provides the geological basis for engineering design.

rubber dam； geological condition； analysis； evaluation

P642

B

1672-9900（2017）03-0017-04

2017-05-11

王艳军（1975-），男（汉族），北京平谷人，高级工程师，主要从事水文地质与工程地质研究，（Tel）13820403201。