黃超雄
(廣東水科院勘測設計院,廣東 廣州 510000)
水利工程地質(zhì)勘察是指為滿足工程建設的規(guī)劃、設計、施工、運營及綜合治理等的需要,對地形、地質(zhì)及水文等狀況進行測繪、勘探測試,并提供相應成果和資料的活動。研究和查明工程建設場地的地質(zhì)地理環(huán)境特征,可以對建設場地做出詳細論證,保證工程的合理進行,促使工程取得最佳的經(jīng)濟、社會與環(huán)境效益。
水利工程前期地質(zhì)勘察是水利工程建設的首要環(huán)節(jié),所有水工建筑物的基礎處理方案均根據(jù)地勘所提供的數(shù)據(jù)來進行設計,如果前期地勘資料不完善,將對整個工程產(chǎn)生無法估計的損失。
本工程是具有排澇、防洪綜合利用的公益性水利工程,包括電排站和自排涵兩部分。本工程安裝4臺900HD-11.5型導葉式混流泵,設計排澇流量共為9.76 m3/s,裝機容量為1420 kW。自排涵的最大排水流量為79.78 m3/s。
(1)防洪標準。根據(jù)相關的規(guī)程規(guī)范[1-2],該工程等別為Ⅲ等,工程規(guī)模為中型,主要建筑物為 3級,次要建筑物為4級,臨時建筑物5級。泵站的防洪標準為30年一遇,校核標準為100年一遇。
(2)治澇標準。本工程排澇標準為10年一遇,24 h暴雨所產(chǎn)生的徑流量3 d排干。
本河段河道平直,地層整體上抗?jié)B性好,適宜本工程的建設。工程主體部分,采用天然基礎;若地基不能滿足承載力要求時,可采用攪拌樁等方式處理地基,或可采用土層“粉質(zhì)黏土③”和以下強風化花崗片麻巖作為基礎持力層。
“黏土②”層,地基承載力特征值為160 kPa(標貫擊數(shù)N=9.9),“粉質(zhì)黏土③”層地基承載力特征值為200 kPa(標貫擊數(shù)N=16.9),“全風化花崗片麻巖④1”層地基承載力特征值為350 kPa(標貫擊數(shù)N=34.7),“強風化花崗片麻巖④2”地基承載力特征值為450 kPa(標貫擊數(shù)N=76.1)。
項目所在場地區(qū)附近天然建筑材料儲量豐富,質(zhì)量較好,采運方便,運距在20 km以內(nèi)[3]。進出水渠的開挖土料曬干后可用于回填,回填時應滿足密實度的要求。土方不足部分,可從土料場補充;已完成對土料場勘查工作。
設計人員根據(jù)地勘單位提供的相關地勘數(shù)據(jù)進行設計,經(jīng)設計本工程僅內(nèi)江扶壁式擋墻和外江防洪閘基需進行水泥石粉換填,其余水工建筑物(主泵房、穿堤壓力箱涵、自排涵、外江自排閘,以及外江懸臂式擋墻)均采用天然基礎,不需進行基礎處理(具體詳見表1)。
同時,根據(jù)地勘資料顯示,開挖土料可用于工程回填,故原設計階段考慮利用開挖土料進行回填,不足部分進行外購土料,經(jīng)土石方平衡計算,原設計階段外購土方為959.36 m3。工程基礎處理方式見表1。
表1 工程基礎處理方式
根據(jù)設計資料,施工單位在完成主泵房下部澆筑,破堤開挖,準備進行穿堤箱涵施工時,發(fā)現(xiàn)開挖土層與設計地勘資料不符,地質(zhì)條件較差,不能按設計要求施工,在重新進行了施工補勘后發(fā)現(xiàn),工程外江部分基礎土層與原設計階段地勘土層嚴重不符。
(2)施工補勘階段地勘資料與基礎處理方式。由地勘單位提供的施工階段最新地勘資料顯示,電排站穿堤箱涵(壓力箱涵、自排涵)從第二節(jié)開始,外江防洪閘、外江自排閘、出水消力池、漿砌石護坡,以及外江懸臂式擋墻等主要建筑物基礎土層均為“淤泥質(zhì)黏土①”層,該土層“為高液限黏土;呈流塑狀,成分主要為黏粒,含粉砂和腐殖質(zhì),揭露厚度6.00~13.30 m,平均層厚8.83 m;地基承載力特征值為90 kPa,標貫擊數(shù)N=1.8”。
由于已進行工程施工,外江防洪堤防也已破堤開挖,故設計人員在根據(jù)最新的施工補勘資料的基礎上,綜合考慮各方面因素后,對電排站穿堤箱涵(壓力箱涵、自排涵)從第二節(jié)開始,外江防洪閘、外江自排閘、出水消力池、漿砌石護坡,以及外江懸臂式擋墻等主要建筑物采用水泥攪拌樁地基處理方式,見表2。
表2 工程設計變更后基礎處理方式
由原設計階段地勘資料可知,堤防及外江土層為:素填土①、黏土②、粉質(zhì)黏土③、全風化花崗片麻巖④1、強風化花崗片麻巖④2;而且“進出水渠的開挖土料曬干后可用于回填,回填時應滿足密實度的要求”,所以,原設計階段均考慮利用開挖土料進行回填,不足部分才進行外購土料,經(jīng)土石方平衡計算,原設計階段外購土方僅為959.36 m3(壓實方)。
施工階段地勘成果顯示,外江土層基本為“淤泥質(zhì)黏土①”,根據(jù)相關質(zhì)量檢測站提供的現(xiàn)場開挖土料試驗報告顯示,“淤泥質(zhì)黏土①” 黏粒含量為27.4%,塑性指數(shù)為28.7,不滿足土料回填要求,該土料不能重復利用。
原設計階段本工程土石方開挖共計約5.35萬m3,由項目區(qū)開挖產(chǎn)生,填方量約4.20萬m3,棄渣約1.28萬m3,外購土方0.10萬m3(壓實方)。
以施工階段地勘資料為依據(jù),重新進行土方開挖邊坡設計,計算后,本工程土石方開挖共計約6.22萬m3,由項目區(qū)開挖產(chǎn)生,填方量約4.99萬m3,棄渣約3.01萬m3,外購土方1.50萬m3。
根據(jù)施工階段地勘資料,本工程基礎處理進行設計變更及重新復核土石方平衡后,工程設計變更增加工程投資為108.01萬元,其中,主體工程投資預算為95.94萬元,專項工程(水土保持)投資為12.07萬元。
本工程為地鐵建設車輛段配套工程,因地鐵車輛段的建設需對占用的河道進行改道設計。
根據(jù)相關的規(guī)程規(guī)范及區(qū)域相關的水系規(guī)劃和防洪排澇規(guī)劃,本次排洪渠改道項目防洪設防標準定為20年一遇。
(1)北側(cè)排洪渠。北側(cè)排洪渠總長1463.91 m,其中排洪渠建設長度1255.31 m,渠寬10.00 m,中間設置4處跌水,分別是1#跌水(樁號0+092.7,長80.0 m,跌差7.0 m)、2#跌水(樁號0+589.0,長45.8 m,跌差3.0 m),3#跌水(樁號0+961.0,長45.8 m,跌差3.0 m),4#跌水(樁號1+239.0,長37.0 m,跌差2.0 m);渠首因交通需要,重建交通橋1座,凈寬10.00 m。
(2)西側(cè)排洪渠。西側(cè)排洪渠總長405.50 m,其中箱涵段長90.00 m,明渠段長315.50 m。前段Y段長107.5 m(Y0+090~Y0+197.5),后段Z段(分流渠)長208.0 m(Z0+000~Z0+208.0)。渠道進口高程為34.5 m,排洪渠在Y0+175.0附近進行分流,當設計洪水高程低于Z0+000渠道底高程33.1 m時洪水通過下游公路暗涵排走;當設計洪水高程高于Z0+000渠道底高程33.1 m時洪水從分流渠排入北側(cè)排洪渠,于北側(cè)排洪渠匯合排走,Z段分流流量為Q=14.6 m3/s。
設計人員根據(jù)初步勘察資料對北側(cè)排洪渠和西側(cè)排洪渠進行設計。經(jīng)設計,除北側(cè)排洪渠渠首交通橋(荷載等級:公路-Ⅱ級)位于粉質(zhì)黏土層需采用鋼筋混凝土預制方樁基礎處理和西側(cè)排洪渠箱涵段采用基礎換填外,其余部分均采用天然基礎。
在工程施工前,進行了施工詳勘,根據(jù)施工詳勘資料,北側(cè)排洪渠渠首交通橋橋墩基礎坐落于“卵石層<3-4>”,地基承載力為400 kPa,滿足設計要求,故在施工圖階段交通橋基礎處理方式修改為天然基礎,取消交通橋基礎處理方案(鋼筋混凝土預制方樁),節(jié)省工程投資18.24萬元。
由上述兩個工程實例說明,水利工程前期地勘對水利工程的重要性,工程前期地勘為工程基本建設的首要環(huán)節(jié),后續(xù)設計人員以及施工單位均是根據(jù)前期地勘資料進行方案設計及采取相應的施工方案,如果工程地勘資料不準,將對工程產(chǎn)生具體的影響。尤其是水利工程這種基本民生工程,若水利工程失事造成的經(jīng)濟損失和產(chǎn)生的社會影響將無法估量。
因此,工程前期勘察對水利工程十分重要,不能輕易忽視,須重視其重要性。