印江生态坝软基处理措施初探

2021-09-15王永立袁丽娜李应周

陕西水利 2021年8期

王永立，袁丽娜，李应周

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳 550002)

1 工程概况

印江县城东郊生态坝工程位于贵州省印江土家族苗族自治县境内印江河上，工程的主要任务是改善生态和人文环境，通过修建生态坝，抬高水位，形成较宽深的水面，与两岸人居环境形成“水清、岸绿、景美”的人文景观，从而提高生活品质和城市品位。工程等别为工程等别为Ⅳ等，工程规模属于小(1)型，工程枢纽分为气盾坝坝段和水位调节闸门坝段，生态坝坝轴线总长79 m，设置7扇气盾坝和1扇泄流闸门。

2 坝址地质概况

2.1 地形地貌

印江县城东郊生态坝坝址位于印江河二中河段上，距上游东环桥约1 km，距下游北环桥约0.45 km。坝址区为河流阶地地貌，主要受印江河的侵蚀、堆积作用的控制。古河床较宽缓，两岸修建防洪堤后河床宽约75 m，河床高程458.0 m～459.0 m，河流流向N60°W。枯水期见河漫滩出露，平水期河水位458.5 m，水深0.5 m～1.0 m。坝址左岸堤岸约10 m处为印江二中教学楼，右岸堤岸旁为居民住房。

2.2 地层岩性

坝区地层主要有第四系及志留系中上统韩家店群(S2-3hn)，现由新至老分述如下：

1)第四系(Q)

①耕植土(Qpd)：黑色、灰黑色，是红粘土经长时间人工改良而成，含植物根茎和有机质，结构较松散。厚度0～1.0 m，主要分布于两岸绿化带及农田。

②人工堆积(Qr)：为人工杂填土堆积而成，来源于人工开挖房屋基础的弃土，其主要成分为砂质粘土、黄色粘土，结构松散。厚度0～3 m，分布在沿河两岸局部位置。

③冲洪积层(Qal+dl)：主要分布在河床及岸边，据钻孔揭露，上部为卵石及少量漂石，少见砂砾石，厚度1.0 m～1.4 m，母岩成分主要为灰岩及砂泥岩，最大粒径约40 cm，结构松散。中部为砂砾石夹卵石及少量漂石，厚度4.2 m～6.6 m，主要成分为灰岩及砂泥岩，一般粒径2 mm～30 mm，粒径>20 mm的颗粒约占70%，呈中密状，孔隙比为0.55。底部为砂砾石与薄层灰绿色淤泥质粘土互层，厚度0.5 m～1.0 m，结构紧密，孔隙比为0.53。

2)志留系(S)

中上统韩家店群(S2-3hn)：顶部为紫红色泥岩夹黄绿色砂岩及页岩；上部为杂色页岩夹扁豆状灰岩；中部为紫红色页岩、泥岩夹薄层含磷细砂岩及黄绿色页岩；下部为黄绿、灰绿色页岩、泥岩夹粉砂岩。为工程区主要地层，厚度大于500 m。

2.3 地质构造及地震

根据《中国区域地质志(贵州志)》(2017年版)，测区位于上扬子地块(Ⅳ-4-1)黔北隆起区(Ⅳ-4-1-3)凤冈南北向隔槽式褶皱变形区(Ⅳ-4-1-3(3))东缘山头盖断裂背斜南端近轴部，区域构造相对抬升，无活动断裂通过。

2.4 水文地质条件

坝区下伏地层为志留系中上统韩家店群的泥岩，属隔水层，地下水类型为基岩裂隙水，水量贫乏，弱风化带及以下岩体节理裂隙多呈闭合状，富水性较差。坝址区分布的冲洪积砂卵砾石层粒径以5 cm～20 cm为主，极少量粒径可达60 cm，呈松散至稍密状态属强透水层，由大气降雨和径流补给，随季节变化大。

2.5 岩土物理力学参数

岩土体物理力学参数见表1。

表1 岩土物理力学参数表

开挖坡比建议值：粘土夹碎石1∶1～1∶1.25，河床砂卵砾石1∶1.25～1∶1.5；强风化泥岩1∶0.75～1∶1。

3 主要设计参数

气盾坝分为下部固定坝和上部气盾坝，固定坝为宽顶堰型式，为C25钢筋砼浇筑，顺河向宽12 m，底部高程456.000 m，上游顶部高程459.000 m，下游顶部高程458.503 m。上部气盾坝总共设置7扇，每扇长10 m，总长70 m，坝高3.7 m，上游最大水深3.4 m，气盾坝主要由钢闸门(钢结构的盾形门板和框架结构等)、高分子材料的气袋、埋件、空压系统和闸门控制系统等组成，利用空气压缩的原理，通过气袋的充气与排气，使闸门升起和倒伏。

4 坝址主要工程地质问题

坝址区为河流阶地地貌，主要受印江河的侵蚀、堆积作用的控制，坝区地层主要有第四系及志留系中上统韩家店群(S2-3hn)，坝线处河床砂卵石层厚7 m～9 m，呈松散至密实状态，属于强透水层，且强度较弱，下伏基岩为韩家店群的薄层泥岩，垂直强风化层厚2 m～3 m，属软质岩类，透水性差，强度较砂卵石层高。

坝址主要工程地质问题为：

(1)砂卵砾石地基存在沉降变形问题；

(2)坝基及两岸渗漏问题。

5 坝基及防渗处理

结合勘察地质钻孔资料，砂卵砾石层，属于强透水层，沉降变形较大，不易处理，且容易受上部荷载影响而变形，对生态坝的正常运行影响较大。经计算，如果不对砂卵层基础进行处理，其总沉降值S=aσh/(1+ε1)=12.48 cm，将导致上部气盾坝机件咬合不严密而发生漏水。针对生态坝渗漏和沉降问题，下部固定坝基础考虑以下三种方案进行综合比较：①方案一，桩基方案；②方案二，基岩持力层方案；③方案三，中密砂卵砾石持力层方案。

桩基方案的基础处理采用机械旋挖成孔灌注桩和防渗帷幕，无上游铺盖及下游护坦，河床开挖至中密砂卵砾石层高程456.00 m，固定坝高程456 m以下为桩基础型式，桩直径为1.2 m，间排距5 m，气盾坝坝段灌注桩28根，采用C30混凝土，桩顶高程为456.000 m，桩底部伸入弱风化基岩1 m。基于两岸现状房屋分布情况，重点对左岸学校及集中居民楼进行防渗处理，防渗帷幕可分为坝身防渗帷幕、左岸防渗帷幕、右岸防渗帷幕3段，防渗下限帷幕深入基岩3 m，透水率以小于10 Lu控制，帷幕线总长334 m，有效防渗总面积为3547.9 m2，单排布置，孔距为2 m，灌浆孔最大深度约15.6 m。坝身防渗帷幕沿坝轴线布置，长96 m，伸入基岩3 m，有效进尺478 m，无效进尺136 m，有效防渗面积为832 m2；左岸防渗帷幕和坝身段左岸相接，并沿防洪堤人行道向上游延伸108 m，将左岸“水岸一号”居民楼护住，之后以方位角7.9°延伸79.65 m，防渗端点接残坡积粘土相对隔水层，左岸帷幕总长187.65 m，防渗下线深入基岩3 m，有效进尺1182 m，无效进尺264 m，有效防渗面积为2025.6 m2；右岸防渗帷幕和坝身段右岸相接，并沿人行道向上游延伸50 m，右岸帷幕总长50 m，有效进尺397 m，无效进尺155 m，有效防渗面积为690.3 m2。桩基方案横剖面见图1。

基岩持力层方案的基础处理为开挖至强风化层，无上游铺盖及下游护坦，河床开挖至高程为450.5 m，坝基为韩家店群的薄层泥岩强风化层。在坝轴线处帷幕灌浆兼固结灌浆，帷幕灌浆底部高程为447.967 m；帷幕灌浆之后在固定坝下游有两排固结灌浆，固结灌浆间排距3 m，深3 m，呈梅花形分布。坝身防渗帷幕沿坝轴线布置，长96 m，伸入基岩3 m，有效进尺302 m，无效进尺91 m，有效防渗面积为424.2 m2，两岸帷幕布置和桩基方案相同。基岩持力层方案横剖面见图2。

图2 基岩持力层方案横剖面图

河床开挖至中密砂卵砾石层高程456.00 m，固定坝高程456.0 m以上为C25钢筋砼浇筑，高程456.0 m以下为厚0.5 m的C15混凝土垫层。坝基高程为455.5 m，坝基为中密砂卵砾石层，整个坝基段需进行固结灌浆，间排距2 m，深8 m，呈梅花形分布。坝身段在坝轴线设置一排主帷幕灌浆，下游2 m设置一排副帷幕灌浆，帷幕灌浆底部高程为447.967 m，两岸帷幕布置和桩基方案相同。固上游C25钢筋砼铺盖长8 m，厚1 m，底部有厚0.5 m的C15混凝土垫层，设置孔经为50 mm的排水孔，间排距2 m，梅花形分布，下游C25钢筋砼护坦长10 m，厚1 m，底部有厚0.5 m的C15混凝土垫层，设置孔经为50 mm的排水孔，间排距2 m，梅花形分布。中密砂卵砾石持力层方案横剖面见图3。