某河道水生态工程中拟建建筑物工程地质评价分析

黄登伟

（甘肃甘兰水利水电勘测设计院有限责任公司,甘肃 兰州 730000）

1 工程概况

河道水生态工程是一项以水利为主,水保、环保、交通、国土等诸多方面的城乡水利综合治理工程,通过河道生态治理可有效加强河道生态建设,改善河道水环境与生态环境,推进城市社会经济发展,促进社会的和谐与稳定。项目交汇区流域面积1169 km2,河长82.1 km,源地海拔4298.00 m,河口海拔2355.0 m,干流平均坡降14.6‰。河道水质清澈,含沙量较低,工程布置于两河道交汇后下游 1km河道内,末端位于2#桥下游153.2 m处,治理河段总长为1106.9 m。某河道生态建设的主要建设内容有：新建5 座C25F25 钢筋混凝土溢流堰总长 342 m,河床右侧新建泄洪渠1条,泄洪渠总长843.75 m,泄洪渠进口段采用双孔泄洪闸,单座闸门高2.0 m,宽2.5 m,溢流堰与泄洪渠接口处各布置一座放空冲沙闸,闸门尺寸高2.0 m,宽1.5 m。本文主要研究拟建建筑物的工程地质情况,通过工程地质研究,可以为建筑物设计施工提供一手地质资料,从而指导工程设计施工。

2 工程地质条件

河道水生态工程共需修建5 座溢流堰,溢流堰总长342.0 m,修建泄洪渠总长 843.75 m,泄洪渠修建于央曲河右岸,排洪渠进口段为双孔泄洪闸组成。

2.1 溢流堰工程地质条件

（1）地形地貌

溢流堰所在该段河道整体走向为西南-东北向,两岸已有修建过的防洪堤其河道宽度基本定型,河道两岸防洪堤高出河床1.5 m～2.5 m不等,防洪堤边缘有部分砂砾石堆积,拟建1#～5#溢流堰在河漫滩和现代河床上,河道非汛期水面宽度4.0 m～10 m,其河谷两侧山峰海拔高度为3550 m～3000 m,河谷宽度为600 m～900 m,河谷中及山坡均有植被覆盖。

（2）地层岩性

河床中砾石出露,河床及河床边缘表层为第四系全新统冲洪积粉土,灰-灰黄色,含砾石,稍湿-湿,砂质不均匀,结构松散,分布较连续,一般厚度0.2 m～0.6 m。下层为第四系全新统冲洪积砾石青灰-灰白色,一般粒径3 cm～20 cm,局部最大粒径30 cm左右,充填物主要为砂,分选较好,颗粒级配良,砾石磨圆较好, 含泥量为6%左右,砾石成分为板岩、砂岩、石英岩等。结构松散-稍密,一般厚度为3 m～10 m,属强透水层。

（3）水文地质条件

溢流堰地基冲洪积砾石层中分布孔隙潜水,地下水位埋深为0.4 m～1.5 m,含水层厚度为3.5 m～10.0 m,整体水力坡度为1%左右。主要接受上游河谷地下水的渗流补给、大气降水的入渗补给及两岸ft体基岩裂隙水的侧向补给,总体流向为西南-东北向,不同季节水位变化幅度为0.3 m左右,地表河水宽4 m～10 m,水深0.4 m～1.8 m,水流量较大,水质清澈,河水径流方向与河谷展布方向基本一致,总体为西南-东北向,主要受大气降雨和上游地表河水以及地下水补给,其排泄方式主要为大气蒸发和排泄至下游河道补给下游河水以及入渗补给地下水。

（4）物理地质现象

总体物理地质现象不发育,主要为洪水对两岸及河床底部的冲刷侵蚀作用。

2.2 泄洪渠工程地质条件

从上游开始桩号 K0+000.00～K0+843.75 段其长度为843.75 m,其海拔高程为 2361 m～2355 m,该段泄洪渠靠近河床中心布置距离岸边已建防洪堤的距离为 1 m～15 m 不等,部分河岸边存在人工堆填的砂砾石,密度松散。该段泄洪渠地层岩性为河床中砾石出露,河床及河床边缘表层为第四系全新统冲洪积粉土,灰-灰黄色,含砾石,稍湿-湿,砂质不均匀,结构松散,分布较连续,一般厚度0.2 m～0.4 m。下层为第四系全新统冲洪积砾石青灰-灰白色,一般粒径3 cm～20 cm,局部最大粒径 30 cm 左右,充填物主要为砂,分选较好,颗粒级配良,砾石磨圆一般, 含泥量为 5%左右,砾石成分为板岩、砂岩、石英岩等。结构松散-稍密,一般厚度为 3 m～10 m,属强透水层。其中,从上游开始桩号K0+000.0～K0+303.79 段卵石平均占30.55%,砾石平均占43.2%,砂平均占26.25%,泥含量 5%,不均匀系数23.169～26.804,平均 24.986,曲率系数 1.171。桩号K0+303.59～K0+607.55 段卵石平均占28.5%,砾石平均占44.0%,砂平均占 27.5%,泥含量 6%,不均匀系数平均24.764,曲率系数1.147。较浅为0.5 m～1.5 m；桩号 K0+607.55～K0+843.75段卵石平均占27.1%,砾石平均占40.5%,砂平均占 32.4%,泥含量 5%,不均匀系数平均 25.925,曲率系数 0.832。表部结构松散,其地下水埋深较浅为 0.5 m～1.5 m。

3 拟建建筑物工程地质评价

3.1 地基稳定性评价

拟建建筑物地基土主要为第四系全新统冲洪积卵砾石,地层单一稳定,颗粒级配良,总体颗粒偏小,结构松散-稍密,分布厚度为3 m～10 m,拟建建筑物地基稳定性较好。

3.2 地基土的冻胀性评价

本工程标准冻深为160 cm左右,地基土主要为冲洪积砾石。根据《建筑地基基础设计规范》中附录G判定,冲洪积砾石中＜0.075 mm的颗粒含量平均为0.9%,平均冻胀率为η＜1,冻胀等级为Ⅰ级,不具冻胀性。

3.3 环境水腐蚀性评价

根据对央曲河地表水、地下水的水质分析,侵蚀性CO2为 0,HCO3-含 量 为4.32 mmol/L～6.25 mmol/L,CO32-含 量 为0～51.0 mg/L,SO42-含量为119.04 mg/L～190.08 mg/L,CL-含量为73.49 mg/L～97.98 mg/L,Ca2+含量为63.20 mg/L～94.80 mg/L,Mg2+含量30.48 mg/L～53.76 mg/L,K+含量64.35 mg/L～106.47 mg/L,Na+含量 35.19 mg/L～60.72 mg/L,pH值8.13～8.45,桑池河地表水、地下水水质分析成果见表1、表2。

表1 桑池河地表水水质分析成果表

表2 桑池河地下水水质分析成果表

按照《水利水电工程地质勘察规范》中附录 L 判别,环境水对混凝土无腐蚀性,对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。

3.4 地基土腐蚀性评价

根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001,2009年版）,对堤基沿线取样进行易溶盐分析试验,易溶盐含量一般 0.115%～0.146%,属于非盐渍土,场地环境类型为Ⅲ类。

根据易溶盐分析试验,pH7.86～8.52,平均8.19；CL-离子含量80.47 mg/L～168.74 mg/L,平均124.61 mg/L；SO42-离子含量168.00 mg/L～241.92 mg/L,平均204.96 mg/L；Mg2+离子含量37.68 mg/L～85.44 mg/L,平均61.56 mg/L。根据《岩土程勘察规范》附录 G,土对混凝土结构具微腐蚀性、钢筋混凝土结构中钢筋以及钢结构均具微腐蚀性[1]。

3.5 地基抗冲稳定性评价

根据对本工程的勘察,工程范围内央曲河总体纵坡降为 8‰。工程区内央曲河河床固定,地基冲洪积砾石层分布厚度在3 m～10 m。根据勘察及试验,央曲河河道中冲洪积砾石总体颗粒较小,2 mm～60 mm的颗粒含量平均 58.3%,地基土抗洪水冲刷能力较差。经调查,河流冲刷深度为1.5 m～2.5 m。拟建建筑物基础埋深应大于河流冲刷深度,建议对地基回填土进行碾压夯实处理。建议拟建建筑物地基开挖边坡坡度允许值：砂砾石为 1∶0.75～1∶1.0。

3.6 地基沉降变形评价

拟建建筑物地基土主要为砾石层,其地层均匀单一厚度在5m以上且砾石层中无变形夹层,砾石层承载力较好且不具有沉降变形特征,因此拟建建筑物地基不存在地基沉降变形问题。

3.7 渗流量评价

（1）渗流量计算

溢流堰渗流量大小根据坝基覆盖层渗漏公式计算[2]：

式中：k为渗透系数,m/d；H为坝上下游不位差,m；2b为坝底宽度,m；T为透水层厚度,m；B为坝轴线方向整个渗漏带宽度,m。

其 1#溢流堰: k=130 m/d,H=1.0 m,2b=3.5 m,T=10.0 m,B=78.0 m,经过计算其渗流量为Q=86.93 L/s。

其2#溢流堰 :k=130 m/d,H=1.0 m,2b=3.5 m,T=10.0 m,B=42.0 m ,经过计算其渗流量为Q=46.81 L/s。

其3#溢流堰: k=130 m/d,H=1.0 m,2b=3.5 m,T=10.0 m,B=78.0 m,经过计算其渗流量为Q=86.93 L/s。

其4#溢流堰: k=130 m/d,H=1.0 m,2b=3.5 m,T=10.0 m,B=88.0 m,经过计算其渗流量为Q=98.08 L/s。

其 5#溢流堰: k=130 m/d,H=1.0 m,2b=3.5 m,T=10.0 m,B=56.0 m ,经过计算其渗流量为Q=62.41 L/s。

（2）绕坝渗流计算

式中：H为坝上、下游水位差,1.0 m；L为剖面长度,即渗径长度,2 m、4 m、6 m、8 m；h1、h2为剖面上下游透水层厚度,以 1#拟建溢流堰为例,h1=4.8、h2=4.1 m。

将各渗径长度分别计算得绕坝渗流量为q=3.4 L/s、q=1.7 L/s、q=1.1 L/s、q=0.8 L/s,因此单宽剖面的总渗流量为q=7.0 L/s,由于1#拟建溢流堰为双坝肩且双坝肩地层岩性和厚度基本一致,因此 1#拟建溢流堰绕坝渗流量总体为q=14.0 L/s,同理得到 2#～5#拟建溢流堰绕坝总渗流量,见表3。

表3 1#～5#拟建溢流堰绕坝总渗流量计算表

因此建议拟建溢流堰在施工时应做好防渗漏措施。

3.8 渗透变形

地基覆盖层厚度3 m～10 m,主要有冲积砂卵石层组成,含泥量低只有9%,砾石层渗透系数k=1.50×10-1cm/s,属于强透水性,建成蓄水后,存在渗漏问题。溢流堰蓄水后其周边地下水水位抬高建议拟建建筑物及河道周边建筑物应做好防水措施。

根据《水利水电工程地质勘察规范》中关于渗透变形的评价,对不均匀系数大于5的不连续级配,易采用下列方法判定：① 流土：P≥35%；②过度型 25%≤P＜35%；③管涌：P＜25%。

由砂砾石级配曲线图可知P为 21%, P＜25%,判别地基砂砾卵石层渗透变形为管涌,在工程施工时应做好防渗透变形的措施。室内渗透试验在控制最小密度为2.05 g/cm3,最大密度为2.34 g/cm3,控制干密度为2.02 g/cm3时,试验成果,临界坡降0.22,破坏坡降0.57,渗透系数为1.50×10-1cm/s,根据规范取1.5～2.0的安全系数,允许水力坡降为0.17～0.22。

4 结论及建议

通过河道水生态建设,改变了以往河道散流、脏乱的面貌,改善了生态环境,可较大程度地改善生产、生活条件,积极推动社会经济发展,另一方面,通过生态环境的改善可使人们感受变化,娱乐身心,满足生活健康的自然需求,因此其生态效益十分显著。本次河道生态建设中无大的工程地质问题,在河道设计施工中对照工程地质中存在的问题采取具体的工程措施即可保证工程顺利完工。