黃莊洼分洪閘地質(zhì)勘察研究,防洪工程論文

黃莊洼分洪閘地質(zhì)勘察研究,防洪工程論文內(nèi)容摘要：水閘作為水工構(gòu)筑物的一種類(lèi)型,其地質(zhì)勘察工作與其他水工構(gòu)筑物相比照具有共性部分,同時(shí)也有特殊要求。以黃莊洼分洪閘為例,介紹水閘地質(zhì)勘察工作的內(nèi)容、重點(diǎn)和相關(guān)成果以及規(guī)范的選用及主要地質(zhì)參數(shù)樁基側(cè)摩阻的檢驗(yàn),對(duì)此次勘察工作的經(jīng)歷體驗(yàn)、教訓(xùn)進(jìn)行了深切進(jìn)入分析,希望能夠給從事工程地質(zhì)勘察工作的同仁以啟示。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：水閘,分洪閘,規(guī)范選用,參數(shù)檢驗(yàn)黃莊洼分洪閘位于天津市寶坻區(qū)黃莊鄉(xiāng)與林亭口鎮(zhèn)交界處,處于潮白新河左大堤。該閘設(shè)計(jì)為7孔,每孔寬7m,由鋪蓋、閘室、消力池、海漫、防沖槽等組成,為大(2)型工程。通過(guò)本期工程地質(zhì)勘察工作,查明了閘基水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件,為設(shè)計(jì)提供了可靠的根據(jù)。1地質(zhì)大概情況1.1地形地貌工程區(qū)位于燕山山前平原與濱海平原結(jié)合部,地勢(shì)平坦、開(kāi)闊,地面高程0.90~1.30m,潮白河左大堤堤頂高程8.18~8.20m。1.2地層巖性本工程區(qū)內(nèi)發(fā)育有較厚的第四系松懈沉積物。工程區(qū)鉆孔揭露范圍內(nèi)的地層巖性主要有第四系全新統(tǒng)人工堆積(rQ)素填土,第四系全新統(tǒng)上組沖積(alQ43)黏土、壤土,第四系全新統(tǒng)中組淺海相沉積(mQ42)黏土、壤土、砂壤土、粉砂,第四系全新統(tǒng)下組沖積(alQ41)黏土、壤土、砂壤土、粉砂,第四系上更新統(tǒng)第五組沖積(alQ3e)壤土、粉砂,第四系上更新統(tǒng)第四組濱海潮汐帶相沉積(mcQ3d)壤土。1.3地質(zhì)構(gòu)造與地震(1)地質(zhì)構(gòu)造。該工程位于一級(jí)構(gòu)造單元華北準(zhǔn)地臺(tái),二級(jí)構(gòu)造單元燕山臺(tái)褶帶,三級(jí)構(gòu)造單元薊寶隆褶,四級(jí)構(gòu)造單元寶坻凹褶內(nèi)。根據(jù)(天津市鄰近地區(qū)地震構(gòu)造及震中分布圖〕,近場(chǎng)區(qū)未發(fā)現(xiàn)較大地質(zhì)構(gòu)造。工程區(qū)北部為寶坻斷裂、寧河寶坻斷裂,南部為里自沽斷裂、牛蹄河斷裂,西部為王草莊斷裂、趙聰莊斷裂,東部為潘莊斷裂。以上個(gè)別斷裂固然在晚第三紀(jì)至第四紀(jì)有活動(dòng)跡象,但因規(guī)模小、與水閘相距較遠(yuǎn),對(duì)水閘無(wú)控制作用。(2)地震。新中國(guó)成立以來(lái),本區(qū)發(fā)生到達(dá)或超過(guò)5.0度的中強(qiáng)地震有:1976年7月寧河6.2級(jí)地震,1976年8月寶坻5.1級(jí)地震,1976年11月寧河6.9級(jí)地震,1976年12月寶坻5.5級(jí)地震,1977年5月寧河6.2級(jí)地震。這些地震有的在少數(shù)地方產(chǎn)生了毀壞,大多數(shù)地方表現(xiàn)為有感或強(qiáng)有感。近10年來(lái),本區(qū)發(fā)生的有感地震主要有:1992年寧河4.9級(jí)地震,1993年寶坻4.4級(jí)地震,1998年寶坻3.8級(jí)地震,2000年薊縣3.1級(jí)地震,2001年武清3.1級(jí)地震,2002年寧河4.7級(jí)地震以及2003年寧河4.1級(jí)地震、4.3級(jí)地震、3.8級(jí)地震、寶坻3.4級(jí)地震等。遭遇強(qiáng)震波及而有感到達(dá)或超過(guò)5.0度的地震有:1966年3月22日河北省邢臺(tái)7.2級(jí)地震,1967年3月27日河北省河間6.3級(jí)地震,1969年7月18日渤海7.4級(jí)地震,1976年7月28日河北省唐山7.8級(jí)大地震。另外,還有一些4、5級(jí)的地震,也對(duì)本區(qū)產(chǎn)生了較明顯的震感,如1973年12月31日河北省河間5.3級(jí)地震、1991年5月30日唐山的5.2級(jí)地震、1995年10月6日唐山的5.0級(jí)地震等。區(qū)內(nèi)不具備發(fā)生強(qiáng)震的活動(dòng)性構(gòu)造,但應(yīng)注意周邊鄰近地區(qū)發(fā)生強(qiáng)震而波及到本區(qū)對(duì)水閘所產(chǎn)生的影響。根據(jù)中國(guó)地震局制定、國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的(中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖〕(GB183062001)劃分,該區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g,地震動(dòng)反響譜特征周期為0.40s,相當(dāng)于地震基本烈度Ⅶ度區(qū)。根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件,按(建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范〕(GB50011-2001)劃分,擬建場(chǎng)地屬對(duì)建筑抗震不利地段。根據(jù)(建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范〕(GB500112001)相關(guān)規(guī)定計(jì)算得出擬建場(chǎng)地現(xiàn)在狀況地面下20m深度范圍內(nèi)地層的等效剪切波速值(Vse)為144.9~150.1m/s,為中軟場(chǎng)地土;等效剪切波速值(Vse)大于140m/s,小于250m/s,且覆蓋層厚度大于50m,場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)。由前述兩項(xiàng)條件判別擬建工程區(qū)的場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)。1.4水文地質(zhì)條件工程區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),年均氣溫11.2℃,1月平均氣溫-5.7℃,7月平均氣溫26℃。年均降水量690mm,主要集中于7、8、9月,約占全年的70%,無(wú)霜期約190d。工程區(qū)地下水均為第四系孔隙潛水,主要賦存于第四系黏性土層、砂類(lèi)土層中。地下水主要接受河水的滲漏補(bǔ)給、大氣降水的垂直入滲補(bǔ)給以及區(qū)域性地下水的側(cè)向補(bǔ)給;地下水主要以向下游徑流、地面蒸發(fā)及農(nóng)業(yè)用水等方式排泄。地下水動(dòng)態(tài)主要受區(qū)域地下水控制,并受河水及鄰近地區(qū)地下水開(kāi)采程度影響?？辈炱陂g,地下水位為-0.02~0.10m。據(jù)室內(nèi)土的浸透試驗(yàn)可知,各土層豎向浸透系數(shù)一般在10-8~10-4cm/s,屬中等極微透水層。勘察期間,取地表水、地下水水樣各2組進(jìn)行水化學(xué)分析,結(jié)果顯示:1地表水對(duì)普通水泥具結(jié)晶類(lèi)硫酸鹽型弱腐蝕性,地下水對(duì)普通水泥具結(jié)晶類(lèi)硫酸鹽型強(qiáng)腐蝕性。2在干濕交替作用下地下水對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)造中鋼筋具中等強(qiáng)腐蝕性;地表水對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)造中鋼筋具弱中等腐蝕性。地下水對(duì)鋼構(gòu)造具中等腐蝕性;地表水對(duì)鋼構(gòu)造具弱中等腐蝕性。1.5物理地質(zhì)現(xiàn)象本工程區(qū)無(wú)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象,標(biāo)準(zhǔn)凍土深度0.6m。2工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)2.1地質(zhì)構(gòu)造根據(jù)鉆孔揭露,工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造為黏砂多層構(gòu)造。根據(jù)地層時(shí)代、巖性及空間分布特征,將工程區(qū)地層劃分為9個(gè)工程地質(zhì)層?，F(xiàn)由上至下分述如下。(1)第四系全新統(tǒng)人工堆積(rQ)。為潮白河左大堤堤身素填土,土質(zhì)不均,含植物根系、白灰渣,厚度4.7~5.2m。素填土(1):以褐黃色為主,色雜,干稍濕,硬塑可塑,巖性為壤土。(2)第四系全新統(tǒng)上組沖積(alQ43)。巖性為黏土、壤土,含姜石、銹斑及有機(jī)質(zhì)。層底高程-0.32~0.20m,層厚2.8~3.8m。黏土(2-1):灰綠色灰黃色,稍濕濕,硬塑可塑,含姜石,呈透鏡體狀分布。具中高壓縮性、極微透水性,標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)11擊。壤土(2-2):灰黃色,濕,可塑,局部為硬塑,呈層狀分布。具中壓縮性、極微透水性,標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)9擊。(3)第四系全新統(tǒng)中組淺海相沉積(mQ42)。巖性為黏土、壤土,富含有機(jī)質(zhì),可見(jiàn)貝殼碎片。層底高程-12.02~-11.70m,層厚11.7~11.9m。黏土(3-1):灰色,飽和,軟塑可塑,呈層狀分布,土質(zhì)不均。具中高壓縮性、極微透水性,標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)67擊。壤土(3-2):灰色,飽和,軟塑為主,局部流塑、可塑,呈層狀分布,局部呈透鏡體狀分布。具中壓縮性、極微透水性,標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)68擊。(4)第四系全新統(tǒng)下組沖積(alQ41)。巖性為壤土,含姜石、銹染。層底高程-18.80~-18.62m,層厚6.6~7.1m。壤土(4-2):褐黃色,飽和,可塑,土質(zhì)較均一,呈層狀分布。具中壓縮性、微透水性。(5)第四系上更新統(tǒng)第五組沖積(alQ3e)。巖性為壤土、粉砂。層底高程-29.00~-28.82m,層厚10.2m。壤土(5-1):黃灰色,飽和,硬塑可塑,土質(zhì)不均,呈透鏡體狀分布。粉砂(5-2):灰黃色,飽和,密實(shí),砂質(zhì)純凈,呈層狀分布。(6)第四系上更新統(tǒng)第四組濱海潮汐帶相沉積(mcQ3d)。巖性為壤土,富含云母、有機(jī)質(zhì)及貝殼碎片。鉆孔未揭穿該層,最大揭露深度40m。壤土(6):灰色,飽和,可塑,土質(zhì)不均,呈層狀分布。2.2土體物理力學(xué)性質(zhì)為查明閘基土體的物理力學(xué)特征,勘察時(shí)采取原狀土樣進(jìn)行了室內(nèi)土工試驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn),并對(duì)土體物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了數(shù)理統(tǒng)計(jì)。2.3工程地質(zhì)評(píng)價(jià)(1)場(chǎng)區(qū)地面高程0.9~1.3m,閘室底板設(shè)計(jì)高程為-2.43m。閘室基礎(chǔ)坐落于第3-1工程地質(zhì)層黏土、第3-2工程地質(zhì)層壤土上,其承載力建議值分別為80、85kPa。承載力偏低不能知足設(shè)計(jì)要求,建議采用樁基,樁基力學(xué)指標(biāo)建議值見(jiàn)表2。(2)水閘基礎(chǔ)坐落于第3-1工程地質(zhì)層黏土、第3-2工程地質(zhì)層壤土上,基坑開(kāi)挖深度3.33~3.73m,應(yīng)注意邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。建議臨時(shí)開(kāi)挖邊坡坡比1∶1.5。(3)勘察期間地下水位為-0.02~0.10m,基坑開(kāi)挖受地下水影響,建議采取排水措施。(4)閘基礎(chǔ)底面混凝土與黏土、壤土摩擦系數(shù)建議值(f)為0.20。(5)本場(chǎng)區(qū)15m深度范圍內(nèi)不存在無(wú)黏性土及少黏性土,因而沒(méi)有土的地震液化問(wèn)題。3施行中碰到的問(wèn)題及分析3.1問(wèn)題概述本工程進(jìn)入施工階段以后,按慣例進(jìn)行試樁。結(jié)果為沉降過(guò)大,樁基承載力不能知足設(shè)計(jì)要求。為此,對(duì)該工程進(jìn)行補(bǔ)充勘察,對(duì)已有的勘察成果作進(jìn)一步復(fù)核。補(bǔ)充勘察工作除原已采用的勘察技術(shù)及手段以外,增加了靜力觸探(雙橋)的原位測(cè)試方式方法,用于復(fù)核樁的極限側(cè)阻力值。此次補(bǔ)充勘察工作增加了閘基的勘察精度,復(fù)核并完善了閘基土的主要地質(zhì)參數(shù)。通過(guò)對(duì)補(bǔ)勘前后的資料進(jìn)行比照發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)參數(shù)沒(méi)有變化,經(jīng)復(fù)核是合理的。此次修改完善的地質(zhì)參數(shù)有兩處,詳細(xì)為:3-1黏土層的極限側(cè)阻力值由原來(lái)的35kPa下調(diào)為22kPa,4-2壤土層的極限側(cè)阻力值由原來(lái)的55kPa下調(diào)為45kPa。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),由于3-1黏土層、4-2壤土層原極限側(cè)阻力建議值偏高,在經(jīng)單樁豎向極限承載力計(jì)算并確定樁的尺寸時(shí)使樁徑偏小或樁長(zhǎng)偏短,這是造成試樁失敗的根本原因。3.2問(wèn)題分析如前所述,問(wèn)題產(chǎn)生了,固然通過(guò)補(bǔ)充勘察修正了關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù),但原勘察經(jīng)過(guò)在哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤了呢?分析整個(gè)經(jīng)過(guò),從外業(yè)地質(zhì)工作的勘探、取樣、原位測(cè)試,到室內(nèi)試驗(yàn)的顆分定名、各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)確實(shí)定,再到內(nèi)業(yè)資料整理等全套工作,無(wú)不遵照現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范及質(zhì)量管理體系文件進(jìn)行,但地質(zhì)參數(shù)值沒(méi)有能通過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)。本著搞清原因、避免再犯的原則,對(duì)問(wèn)題進(jìn)行了深切進(jìn)入分析。既然問(wèn)題出在樁的極限側(cè)阻力值上,就從這個(gè)數(shù)值的獲得經(jīng)過(guò)入手來(lái)分析原因。確定樁的極限側(cè)阻力的根據(jù)是(建筑樁基技術(shù)規(guī)范〕(JGJ94-2008),通過(guò)查表5.3.5-1得到,查該表的基礎(chǔ)資料有2個(gè),即土的名稱(chēng)和土的狀態(tài)。土的名稱(chēng)通過(guò)顆分確定,經(jīng)復(fù)核不存在問(wèn)題。表中黏性土的狀態(tài)指標(biāo)為液性指數(shù),是通過(guò)界線(xiàn)含水率試驗(yàn)得到,然后進(jìn)行數(shù)理系統(tǒng)獲得液性指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值,經(jīng)復(fù)核該經(jīng)過(guò)也不存在問(wèn)題。既然基礎(chǔ)數(shù)據(jù)沒(méi)問(wèn)題,通過(guò)(建筑樁基技術(shù)規(guī)范〕查表得來(lái)的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值也不應(yīng)該有問(wèn)題。但事實(shí)并非如此,地勘報(bào)告里提出的極限側(cè)阻力建議值沒(méi)能通過(guò)試樁的檢驗(yàn)。自查沒(méi)有找到問(wèn)題所在,下一步擬求助于外部氣力。眾所周知,巖土界泰斗高大釗教授通過(guò)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)辦有一個(gè)巖土工程疑難問(wèn)題答疑專(zhuān)欄,在線(xiàn)解答巖土工作者提出的專(zhuān)業(yè)問(wèn)題。此后,高教授整理并出版了(巖土工程勘察與設(shè)計(jì)〕(巖土工程疑難問(wèn)題答疑筆記整理之二),以便讓更多的業(yè)內(nèi)人士從中受益。抱著試試看的心態(tài),我翻開(kāi)了這本厚達(dá)675頁(yè)的著作,希望從中找到需要的答案:。高教授在答復(fù)15.4.3條時(shí)指出:規(guī)范已經(jīng)非常明確地講明了這種查表的方式方法僅適用于初步設(shè)計(jì),也就是講,施工圖設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)試樁的結(jié)果來(lái)確定單樁承載力。但也有試樁結(jié)果過(guò)低而造成工程事故的。由此可見(jiàn),本工程通過(guò)試樁來(lái)驗(yàn)證參數(shù)的做法是正確的,否則將造成工程事故。在答復(fù)15.3.5條時(shí)指出:假如發(fā)現(xiàn)采用全國(guó)規(guī)范所提供的參數(shù)與地方的經(jīng)歷體驗(yàn)不一致,則應(yīng)十分需要慎重處置,要尊重地方的經(jīng)歷體驗(yàn)。由于巖土工程的地區(qū)性十分強(qiáng),尤其是一些基于經(jīng)歷體驗(yàn)的參數(shù),與自然條件、地質(zhì)條件有著密切的關(guān)系。假如地方有資料,有經(jīng)歷體驗(yàn),其針對(duì)性就比擬強(qiáng)。因而在兩者的數(shù)值不一致時(shí),我的意見(jiàn)是傾向于采用地方經(jīng)歷體驗(yàn)。根據(jù)該線(xiàn)索,我找到了天津市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(巖土工程技術(shù)規(guī)范〕(DB29-20-2000)。以該地方規(guī)范為根據(jù),采用一樣的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查表,結(jié)果為:3-1黏土層的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為21.8kPa,4-2壤土層的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為38kPa。與靜力觸探(雙橋)的結(jié)果接近,且更有保障。至此,問(wèn)題得以解決。4啟示(1)工程實(shí)踐中正確選用規(guī)程規(guī)范,對(duì)全國(guó)規(guī)范與地方規(guī)范比照使用,當(dāng)兩者的結(jié)論不一致