李永勇

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

晉陽(yáng)湖水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程位于太原市晉源區(qū)武家莊南側(cè)，地處太原盆地。晉陽(yáng)湖水庫(kù)是由一塊洼地周圍筑堤而成的人工淺型水庫(kù)，晉陽(yáng)湖目前最低運(yùn)行水位為77.5 m；最高運(yùn)行水位為79.1 m（文中坐標(biāo)高程均為自建坐標(biāo)）。

目前晉陽(yáng)湖水庫(kù)功能單一，水質(zhì)污染嚴(yán)重，危害周邊居民生命健康；水位比周邊地形高1.0～3.5 m，形成“懸湖”，湖堤單薄，威脅到周邊居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。為改善晉陽(yáng)湖的生態(tài)和環(huán)境條件，進(jìn)一步提高湖水及周邊水環(huán)境和親水性，人與湖和諧相依，擬對(duì)晉陽(yáng)湖進(jìn)行改造。其中一項(xiàng)工程建設(shè)的主要任務(wù)為對(duì)湖底清淤，改善晉陽(yáng)湖水庫(kù)水質(zhì)，滿足生態(tài)旅游的需要。改造后湖底高程73～74 m，正常蓄水位78 m，堤頂高程82 m。

本文利用AutoCAD Civil 3D軟件建立晉陽(yáng)湖淤積層三維地質(zhì)模型，快速準(zhǔn)確地計(jì)算出清淤開挖方量，為清淤建設(shè)項(xiàng)目提供理論依據(jù)。

1 湖區(qū)地質(zhì)概況

晉陽(yáng)湖是由人工開挖周圍筑堤而成的人工湖，庫(kù)區(qū)南北長(zhǎng)2 990 m，東西寬1 700～2 000 m，湖底比較平坦，高程為73～76 m，最高壩頂高程為82.1 m，水深平均4.0 m，湖水面積4.8 km2。發(fā)育地層為第四系上更新統(tǒng)洪沖積物、全新統(tǒng)洪沖積物及湖積物。分述如下：

1）第四系上更新統(tǒng)洪沖積物（Q3pal）

巖性為低液限黏土，淡黃色，濕-飽和，可塑狀，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，厚度大于5.0 m。分布于湖底。

2）第四系全新統(tǒng)洪沖積物（Q4pal）

巖性上部為低液限黏土、局部為低液粉土，黑灰色，濕-飽和，軟塑-可塑。厚1.7～9.0 m；下部為含細(xì)粒土砂，灰黑色，中細(xì)粒，較均勻，厚度0～5.0 m。在西堤南段近堤湖區(qū)發(fā)育級(jí)配不良礫，結(jié)構(gòu)松散，分選較差，礫主要成分為砂巖、灰?guī)r，多呈次圓狀，粒徑一般5～40 mm，厚0～4.0 m。本層總厚度7～13 m，分布于湖底及堤基。

3）第四系全新統(tǒng)湖積物（Q4l）

巖性為淤泥質(zhì)低液限黏土，為湖內(nèi)淤積物，黑色、青黑色，飽和，軟塑-流塑狀，有臭昧。厚1.0～2.7 m，分布于現(xiàn)湖底。

2 淤泥層三維地質(zhì)模型的建立

2.1 鉆孔資料整理

本次勘察工作，在湖區(qū)采用水上鉆探的方式，共布置鉆孔33孔。利用RTK測(cè)量鉆孔坐標(biāo)，結(jié)合鉆孔資料，得到淤積頂面地形高程及湖底原始地面高程坐標(biāo)見表1。

2.2 創(chuàng)建湖底原始地形曲面

在Civil 3D軟件中創(chuàng)建三角網(wǎng)曲面，命名為湖底面。將湖底原始地面坐標(biāo)導(dǎo)入到Civil 3D軟件中，并添加至湖底曲面點(diǎn)編組中，生成湖底三角網(wǎng)曲面，見圖1。

圖1 晉陽(yáng)湖湖底原始地形曲面

2.3 創(chuàng)建淤積頂面曲面

在Civil 3D軟件中創(chuàng)建三角網(wǎng)曲面，命名為淤積面。將淤積頂面坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Civil 3D軟件中，并添加至淤積面點(diǎn)編組中，生成淤積層三角網(wǎng)體積曲面，見圖2。

2.4 創(chuàng)建淤積層體積曲面

在Civil 3D軟件中創(chuàng)建三角網(wǎng)體積曲面，命名為淤積層。其中基準(zhǔn)曲面設(shè)定為淤積面，對(duì)照曲面設(shè)定為湖底面。在淤積層體積曲面特性中，可以很方便地通過統(tǒng)計(jì)信息查看淤積層體積。晉陽(yáng)湖湖底淤積層體積為 3.53×106m3，見圖 3。

表1 鉆孔資料整理成果表

3 湖底清淤開挖方量

圖2 晉陽(yáng)湖淤積頂面曲面

圖3 晉陽(yáng)湖淤積層體積統(tǒng)計(jì)信息

圖4晉陽(yáng)湖開挖淤積層實(shí)體圖

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，晉陽(yáng)湖湖底開挖底高程取773 m，要計(jì)算清淤體積，可以利用Civil 3D軟件，在淤積面曲面上提取實(shí)體，垂直定義中在固定高程處輸入開挖底高程73 m。得到開挖淤積層實(shí)體見圖4。輸入MASSPROP命令，可以查看到晉陽(yáng)湖開挖淤積層實(shí)體體積等數(shù)據(jù)。在開挖底高程73 m時(shí)，晉陽(yáng)湖清淤體積為4.90×106m3。該體積大于淤積層體積，說明該清淤高程需挖除淤泥層下部分第四系全新統(tǒng)洪沖積低液限黏土層。

4 結(jié)論

1）將勘探點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Civil 3D軟件，建立三維地質(zhì)模型，可以快速地計(jì)算出各巖土層體積數(shù)據(jù)。

2）利用建立的三維地質(zhì)模型，結(jié)合設(shè)計(jì)基礎(chǔ)開挖參數(shù)，可以便捷地分析開挖方量等數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)的剖面法，該方法具有高效、直觀等特點(diǎn)，且得到的數(shù)據(jù)更加精確。