浑河闸除险加固工程地质条件分析与评价

2016-04-07张俊南

水利规划与设计 2016年5期

关键词：浑河导墙标准值

张俊南

（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，辽宁沈阳110166）

浑河闸除险加固工程地质条件分析与评价

张俊南

（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，辽宁沈阳110166）

本文分析评价了浑河闸区域构造稳定性及地震危害性；并对闸址区工程地质条件与闸室下游两侧导墙工程地质条件进行了详细地分析与研究，为该除险加固工程建设提供了详实、可靠的数据依据，并为同类工程项目建设起到了参考和借鉴作用。

浑河闸；除险加固；工程地质；分析；评价

1 工程概况

浑河闸坐落于沈阳市铁西区后谟家堡村，位于浑河中下游。浑河闸是浑河沈阳城市防洪体系的一个重要组成部分，制约着沈阳城市的防洪安全，担负着下游农田灌溉面积588km2。工程主体由三大部分组成，分别是拦河闸、浑蒲和浑沙灌渠进水闸［1］。经过50多年的运行，浑河闸存在诸多安全隐患，急需应急除险加固。

2 地质概况

浑河闸工程区域构造单元为一级中朝准地台二级华北断坳之三级下辽河断陷，东为胶辽台隆，北为赤峰～开原超岩石圈断裂，西至燕山台褶带，南止渤海。对工程区影响较大的区域地质构造主要为郯庐断裂系，断裂带地震频繁，本工程区地震动峰值加速度为0.1g，对应地震基本烈度为Ⅶ度。

3 闸址区工程地质

3.1工程地质

3.1.1 地层岩性

闸基土各地层岩性具体情况如下∶

第（0-1）层∶包括两部分，上部为混凝土盖板，含上下两层钢筋，层厚1.9～2.4m。下部为10c m厚的回填粘土层，局部厚20c m，层底埋深2.0～2.6m。

第（0-2）层∶素填土，主要为砾砂，局部夹粘质粉土层，层厚1m左右，于C Z K 1钻孔揭露。

第（1）层∶砾砂，黄色，局部为黑色，砂砾成份主要以火山岩为主，磨圆一般，饱和，密实度变化较大，多呈中密状。层位较稳，分布均匀，层厚1.0～5.4m，层底埋深5.2～7.5m。

第（1-1）层∶圆砾，黄色，饱和，中密，以透镜体形式出现，最大层厚3.0m，于Z K 1及Z K 5孔揭露。

第（2）层∶圆砾，黄色，局部为黑色，砂砾成份主要以火山岩为主，磨圆一般，饱和，密实度变化较大，多呈中密状。层位较稳，分布广泛，本次勘察未穿透此层，在勘察范围内最大层厚14.8m。

第（2-1）层∶砾砂，黄色，饱和，多呈中密状，以透镜体形式出现，于闸室段右侧分布较稳定，最大层厚7.0m，于Z K 1、Z K 2、Z K 5及C Z K 1钻孔揭露。

第（2-2）层∶粉质粘土，黄褐色，硬塑，以透镜体形式出现，最大层厚0.6m，一般0.3m，于Z K 1及Z K 2孔揭露。

3.1.2 闸基土地基承载力

第（1）层砾砂及第（2）层圆砾承载力分别为360kP a和550kP a，可满足地基稳定要求。（2-2）层粉质粘土承载力180kP a，由于该粉质粘土层呈透镜体形式，分布范围小，且埋藏较深，厚度较薄，对闸基稳定影响较小。

3.1.3 水文地质条件

（1）地下水特征。本区域地下水储藏类型相对较简单，主要为第四系孔隙潜水，受季节影响较大，富水性较好，水平径流较强，主要接受大气降水及河水补给，以人工开采及蒸发为主要排泄方式。

（2）水化学特性。对浑河水抽取2个水样分析，水中的H C O-3含量分别4.2m m o 1/L和3.4m m o 1/L；P H值全部为7.5；侵蚀性C O2为0m g/L；Mg2＋含量分别34.0m g/L和35.2m g/L；SO 2-4含量分别134.5m g/L和139.3m g/L；C 1-含量分别为97.43m g/L和98.633m g/L。在长期浸水与干湿交替时对混凝土中钢筋均无腐蚀。

3.2工程地质评价

3.2.1 闸基土颗粒粗化评价

闸基土主要地层（1）层砾砂与（2）层圆砾建闸前与建闸后各级粒组含量对比可以看出∶现闸基土颗粒分组中（1）层砾砂与建闸前变化较小，只是粘、粉粒含量相对较少，（2）层圆砾与建闸前变化较大，粘、粉粒与砂粒明显减少，粗化现象较严重，渗透变形破坏较重。

3.2.2 闸基土稳定及抗滑稳定评价

浑河闸基土主要由砾砂及圆砾组成，无严重影响建筑物稳定的软土层存在，可满足地基稳定要求。

3.2.3 闸基土渗透稳定性评价

据《水利水电工程地质勘察规范》附录M土的渗透变形判别，闸基土各土层均按管涌渗透破坏类型考虑，临界水力坡降及允许水力坡降建议值∶（1）层砾砂临界水力坡降Jcr＝0.40，允许水力坡降J允许＝0.20；（1-1）层圆砾临界水力坡降Jcr＝0.30，允许水力坡降J允许＝0.15；（2）层圆砾临界水力坡降Jcr＝0.30，允许水力坡降J允许＝0.15；（2-1）层砾砂临界水力坡降Jcr＝0.40，允许水力坡降J允许＝0.20。

3.2.4 闸基土饱和砂土液化评价

按《水利水电工程地质勘察规范》（G B 50287-99）中附录N（土的液化判别）对闸基饱和砂土进行液化判别，经初判，（1-1）层圆砾与（2）层圆砾不存在液化问题，（1）层砾砂与（1-2）层砾砂存在液化可能，需复判。

3.2.5 闸室下游河道不冲流速的确定

现闸室下游河道地面高程19.2～20.45m，地层岩性主要为圆砾，粒径选取2.5～5m m，平均水深按1～2m考虑，不冲流速建议值为0.7～0.8m/s。

4 闸室下游两侧导墙工程地质

4.1左侧导墙工程地质分析与评价

4.1.1 左侧导墙工程地质

（1）地层岩性。墙基土主要地层岩性具体情况如下∶

第（0-2）层∶素填土，包括三部分，上部为圆砾，厚2～3m，其中上部0～1m左右范围内圆砾层含泥量较高，中间为砾砂，层厚2～4m，下部为中砂，厚1～2m左右，为导墙后侧回填土，层底高程30.3～31.45m。

第（1）层∶砾砂，黄色，局部为黑色，砂砾成份主要以火山岩为主，磨圆一般，饱和，密实度变化较大，多呈中密状。层位相对较稳定，分布不均匀，最大层厚5.4m，层底高程24.0～29.45m。

第（2）层∶圆砾，黄色，局部为黑色，砂砾成份主要以火山岩为主，磨圆一般，饱和，密实度变化较大，多呈中密状。层位较稳，分布广泛，本次勘察未穿透此层，在勘察范围内最大层厚15.5m。

第（2-1）层∶砾砂，黄色，饱和，多呈中密状，以透镜体形式出现，最大层厚3.0m，于Z K 2钻孔揭露。

（2）墙基土颗粒分析。墙基土各土层密实度变化很大。利用经验公式计算墙基砂土渗透系数，分析出砂砾建议值为1.13×10-1c m/s，圆砾建议值为2.3×10-1c m/s。

（3）墙基土各土层承载力。承载力特征值为（1）层砾砂动触N2范围值在4.4～9.96之间，平均值为6.94，标准值为5.81；承载力特征值为范围值在170～400kP a之间，平均值为280kP a，标准值为230kP a，建议值为220kP a。（2）层圆砾动触N2范围值在2.58～30之间，平均值为10.91，标准值为10.05；承载力特征值为范围值在180～1000kP a之间，平均值为570kP a，标准值为550kP a，建议值为550kP a。（2-1）层砾砂动触N2标准值为8.78；承载力标准值为350kP a，建议值为330kP a。

4.1.2 左侧导墙工程地质评价

（1）导墙后回填土质量评价。回填土组成成分较好，无软土等成分存在，呈松散～稍密状，密实度较低。现导墙后回填土成分较简单，主要为砾砂与圆砾，无软土等成分存在，可作为新建导墙后回填土料，但上部1m左右范围内含粘性土，故应清除上部回填土层。

（2）墙基土稳定及抗滑稳定评价。墙基土主要由砾砂及圆砾组成，无不利安全稳定的软土层存在，主要土层（1）层砾砂、（2）层圆砾，承载力建议值分别为220kP a、550kP a，（1）层砾砂承载力偏低；据现场原位测试成果，墙基土层密实度变化较大，局部呈松散状，建议设计进行稳定验算，据验算结果确定是否采取加固措施。

（3）墙基饱和砂土液化评价。按《水利水电工程地质勘察规范》（G B 50287-99）中附录N（土的液化判别）对闸基饱和砂土进行液化判别，墙基饱和砂土无液化问题。

4.2右侧导墙工程地质分析与评价

4.2.1 右侧导墙工程地质

（1）地层岩性。墙基土主要地层岩性具体情况如下∶

第（0-2）层∶素填土，主要为砾砂、圆砾，局部夹粉质粘土与粗砂层，层厚1m左右，C Y K 5钻孔揭露，为导墙后侧回填土，回填无规律，回填砾砂与圆砾无明显得界线分布，但总体表现为上部细下部粗，层底高程30.09～30.5m。

第（1）层∶砾砂，黄色，砂砾成份主要以火山岩为主，磨圆一般，饱和，稍密。分布不均匀，最大层厚1m，于C Y K 5钻孔揭露。

第（2）层∶圆砾，黄色，砂砾成份主要以火山岩为主，磨圆一般，饱和，密实度变化较大，多呈中密状。层位较稳，分布广泛，勘察揭露最大层厚14.5m。

第（2-1）层∶砾砂，黄色，饱和，多呈中密状，于C Y K 4及C Y K 5钻孔揭露，未穿透此层。

（2）墙基土颗粒分析。墙基土各土层密实度变化很大。利用经验公式计算所得的墙基砂土渗透系数，分析出砂砾建议值为1.13×10-1c m/s，圆砾建议值为1.52×10-1c m/s。

墙基土各土层承载力特征值为（1）层砾砂承载力建议值为220kP a。（2）层圆砾动触N2范围值在5.28～32.4之间，平均值为11.03，标准值为9.92；承载力特征值为范围值在310～1100kP a之间，平均值为575kP a，标准值为550kP a，建议值为550kP a。（2-1）层砾砂动触N2范围值在3.8～13.64之间，平均值为8.42，标准值为7.22；承载力特征值为范围值在155～500kP a之间，平均值为336kP a，标准值为296kP a，建议值为290kP a。

4.2.2 右侧导墙工程地质评价

（1）导墙后回填土质量评价。回填土组成成分较好，无软土等成分存在，呈松散～稍密状，密实度较低。现导墙后回填土成分较简单，主要为砾砂及圆砾，无软土等成分存在，可作为新建导墙后回填土料，但局部夹粉质粘土层，厚1m左右，在挖取中应清除。

（2）墙基土稳定及抗滑稳定评价。墙基土主要由砾砂及圆砾组成，无不利安全稳定的软土层存在，主要土层（1）层砾砂、（2）层圆砾及（2-1）层砾砂，承载力建议值分别为220kP a、550kP a及290kP a，（1）层砾砂承载力偏低，但该层分布范围较小，厚度较薄，建议清除。