李麗，張浩，馮琳

(1.陜西工程勘察研究院，西安　710068；2.中國地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司，北京　100102)

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某地河漫灘堤防工程勘察中堤防護(hù)根深度的確定

李麗1，張浩1，馮琳2

(1.陜西工程勘察研究院，西安710068；2.中國地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司，北京100102)

本文針對在砂卵石河漫灘修建堤防工程，如何確定堤防護(hù)根深度等問題，通過分析擬建場地地貌、地層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及各主要巖土層物理力學(xué)參數(shù)、水力學(xué)參數(shù)等，經(jīng)過工程地質(zhì)評價(jià)、抗沖刷計(jì)算、滲透穩(wěn)定分析，確定了堤防護(hù)根深度,解決了滲透穩(wěn)定等問題。

堤壩；工程地質(zhì)；勘察；滲透

1　前言

漢江勉縣平川段及其上游控制流域面積大，降雨時(shí)空分布極為不均，夏季降雨集中、強(qiáng)度大，河流比降大，集流歷時(shí)短，往往在干流洪水疊加，極易造成洪災(zāi)，給兩岸人民生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重?fù)p失。當(dāng)?shù)卣叨戎匾?，擬對漢江堰河口至黃沙河口段開展綜合治理。

本段治理工程擬改造河道約8 km左右，采用漿砌石或砼護(hù)坡形式整治，包括新建、加固、護(hù)岸等。本次初步設(shè)計(jì)確定漢江干流勉縣段左岸堰河口～柳豐村(城防段)工程等別為Ⅲ等，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇；漢江干流勉縣段左岸柳豐村～黃沙河口(農(nóng)防段)工程等別為Ⅳ等，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。受當(dāng)?shù)卣?，我院?013年6月承擔(dān)了防洪工程地質(zhì)勘察任務(wù)，解決了堤防護(hù)根深度、堤基處理等問題，提供了工程地質(zhì)初步勘察資料。

2　勘察成果

2.1地形地貌、區(qū)域構(gòu)造

工程區(qū)位于漢中盆地西部勉縣縣城以東漢江河谷?？辈靺^(qū)漢江河段長約8 km，河谷底部寬800～1 000 m，河流的高低漫灘和一級階地比較發(fā)育，河流基本呈S形發(fā)育，設(shè)計(jì)堤線位于河流漫灘后部，高漫灘前部。

該段河床漫灘一般寬度300 m，較開闊平緩，灘面高程為523～534 m。堆積層以砂和砂礫石為主。

高漫灘呈帶狀沿河平緩分布，寬200～500 m，灘面高于低漫灘2～3 m，高程530～539 m。表層一般有一層約0.5 m的粉土，其下為砂、圓礫或卵石層交錯(cuò)分布。高漫灘外側(cè)多為平緩的一級階地，或者為沖洪積扇、山體。

工程區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(Ⅲ)龍門-大巴臺緣隆褶皺帶(Ⅲ1)寧強(qiáng)褶皺束(Ⅲ11)北部邊緣地帶，西北以寬川鋪大斷裂(F26)與摩天嶺加里東褶皺帶(Ⅱ6)為界，北以陽平關(guān)—洋縣活動(dòng)斷裂(F27)與康縣—略陽華里西褶皺帶(Ⅱ5)相隔，東南以大竹壩—新集斷裂與漢南—米倉臺拱比鄰。對工程區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定影響較大的活動(dòng)斷裂為陽平關(guān)—洋縣深斷裂(F27)。

寧強(qiáng)褶皺束呈NEE向延伸，基底為上元古劉家坪組，構(gòu)造地層主要由震旦系、寒武系及志留系碎屑巖、碳酸巖組成。陽平關(guān)—洋縣斷裂帶在勉縣以西顯露清楚，勉縣以東被第四系覆蓋，該斷層破碎帶寬約600～700 m，工程區(qū)內(nèi)傾向NW，傾角60°～80°，斷裂帶中元古代已有活動(dòng)，新生代多次活動(dòng)，斷裂帶切割震旦紀(jì)～第四紀(jì)地層，沿?cái)嗔褞v史和現(xiàn)今地震不斷。本區(qū)有歷史記載的最大震級為1635年洋縣發(fā)生的5.5級地震。

2.2巖土層工程特性

2.2.1巖土層結(jié)構(gòu)

勘探測繪范圍內(nèi)地層主要為第四系松散堆積，其埋藏與組合關(guān)系見圖1。按由新至老依次為：①填土/②中砂/③粗砂/④粉土/⑤礫砂/⑥圓礫/⑦卵石。

圖1　工程地質(zhì)剖面圖

2.2.2粗粒土顆粒粒組分析

顆粒分析統(tǒng)計(jì)表見表1。

2.2.3礫卵石層密實(shí)度

為了評價(jià)砂、礫卵石層密實(shí)度，本次勘察在各層分別進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果和密實(shí)度評價(jià)見表2和表3。

2.2.4巖土層滲透性

堤基附近的粉土水平滲透系數(shù)試驗(yàn)值約為1.2×10-4～9.6×10-5cm/s。

根據(jù)工程地質(zhì)勘探、測繪結(jié)果以及收集附近場地資料，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，堤防區(qū)主要堤基土層滲透系數(shù)可按以下采用：

表1　顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表2　標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表3　重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

②中砂，分布于老堤防中下游堤基位置，滲透系數(shù)k可取10～30 m/d；

③-1細(xì)砂，分布于老堤防中游堤基位置，滲透系數(shù)k可取10～20 m/d；

③粗砂，分布于老堤防上游堤基位置，滲透系數(shù)k可取20～30 m/d；

④粉土，分布于老堤防上游、下游段堤基位置，滲透系數(shù)k可取0.1～1 m/d；

⑤礫砂，分布于老堤防下游(黃沙河段)堤基位置，滲透系數(shù)k可取10～40 m/d；

⑥圓礫，堤基下廣泛分布，滲透系數(shù)k可取30～80 m/d；

⑦卵石，堤基下廣泛分布，滲透系數(shù)k可取40～100 m/d；

堤基土以中粗砂、卵石為主，均屬強(qiáng)～中等透水層，在勘探深度15 m內(nèi)未見可靠的隔水層。

(5)各巖土層承載力特征值、摩擦系數(shù)建議值

根據(jù)勘探測試及試驗(yàn)成果，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)提出各巖土層承載力特征值和巖土摩擦系數(shù)建議值見表4。

表4　壩基巖土承載力特征值和摩擦系數(shù)建議值

2.3工程區(qū)水文地質(zhì)特征

工程區(qū)地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水，含水層以砂卵石層為主。地下水主要受大氣降水補(bǔ)給，并有階地及山坡地下潛流側(cè)向徑流補(bǔ)給。堤防區(qū)地下水主要向漢江滲流排泄。勘察期間地下水水位為年豐期水位，堤線高漫灘區(qū)地下水水位埋深一般6.2～8.9 m，地下水儲(chǔ)量豐富，水位變幅1～3 m。根據(jù)水樣測試結(jié)果，按GB50487—2008規(guī)范附錄L判定：工程區(qū)地下水、河水對混凝土無腐蝕性，對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐蝕性。

3　工程主要問題分析

3.1河流沖刷深度分析

河流沖刷深度確定通過工程地質(zhì)調(diào)查和理論計(jì)算綜合確定?？辈熘泄こ痰刭|(zhì)調(diào)查對河床及漫灘范圍內(nèi)自然沖坑進(jìn)行了測量與統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果反映該段河道最大沖刷深度約為2.5 m。

按照《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG C30—2002)提出針對非黏性土或黏性土對橋下的河床一般沖刷的計(jì)算公式，在計(jì)算河流沖刷的實(shí)際應(yīng)用中，通過對計(jì)算公式進(jìn)行分析比較，選用對沖刷不利的穿越地段作為計(jì)算斷面，估算河流對河床的沖刷深度。該地段河床主要為非黏性土河床即砂卵石河床。

非黏性土河床沖刷的計(jì)算公式如下：

式中hp——沖刷后水深，m；

Q——河床通過的設(shè)計(jì)流量，計(jì)算時(shí)取河流最大洪水流量值1600 m3/s；

A——單寬流量集中系數(shù)，A=(B11/2/H)0.15，B1、H為設(shè)計(jì)流量時(shí)的河槽過水凈寬和河槽平均水深，變遷、游蕩、寬灘河段當(dāng)A>1.80時(shí)，A值可采用1.80；

μ——水流側(cè)面壓縮系數(shù)，取1.0；

B——河槽過水凈寬，取值300 m；

hcm——設(shè)計(jì)流量時(shí)的河槽最大水深，取值3.0 m；

hcq——設(shè)計(jì)流量時(shí)的河槽平均水深，取值2.0 m；

E——與汛期含沙量有關(guān)系數(shù)，計(jì)算ρ取值18.5 kg/m3，E取值0.86；

(注：當(dāng)水流含沙量ρ<1.0 kg/m3時(shí)，取0.46，當(dāng)1≤ρ≤10 kg/m3，取0.66，當(dāng)ρ>10 kg/m3時(shí)，取0.86；含沙量ρ采用歷年汛期月最大含沙量平均值。)

根據(jù)上述計(jì)算公式，計(jì)算得出河床最大沖刷深度為2.46 m，與實(shí)地調(diào)查較吻合。

3.2堤防護(hù)根深度確定

堤基在河流長期沖蝕、淘蝕下能否穩(wěn)定是堤防工程安全穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，勘察場地左岸堤防基本遠(yuǎn)離直接沖刷岸，右岸部分沖刷岸堤防已因基礎(chǔ)被沖蝕壞而坍塌，因此在充分考慮河流最大沖刷深度和堤基各巖土層性能的條件下，確定堤基埋深宜大于河流最大沖刷深度。

從勘探資料來看，治理段河堤堤基土層分為兩層，上部持力層一般為粉土、中細(xì)砂、粗砂，層厚1.2～3.0 m，下部為圓礫、卵石，局部為礫砂，厚度大于3 m，粉土允許不沖流速V=0.65～0.70 m/s，砂層允許不沖流速V=0.60～0.75 m/s，圓礫、礫砂允許不沖流速V=1.0～1.5 m/s，卵石允許不沖流速V=1.5～2.0 m/s。據(jù)調(diào)查該段河流凹岸的沖刷深度一般為2.0～2.5 m，最大不超過3.0 m，建議凹岸(沖刷岸)堤腳護(hù)根基礎(chǔ)埋深≥3.0 m，凸岸堤腳護(hù)根基礎(chǔ)埋深≥2.0 m。

3.3滲透穩(wěn)定分析

從勘探試驗(yàn)資料來看，堤基土層以粗粒土為主，滲透系數(shù)k大于15 m/d，屬強(qiáng)透水層，允許水力坡降i=0.10～0.15，堤防高度按5～6 m考慮，堤基寬度按15～20 m，堤內(nèi)行洪時(shí)內(nèi)外水位差一般不大于2 m，堤基砂、礫砂、圓礫存在滲透破壞的可能，但當(dāng)?shù)棠_護(hù)根基礎(chǔ)埋深≥2.0 m時(shí)，堤基產(chǎn)生滲透破壞的可能性很小。

4　結(jié)束語

確定了堤防護(hù)根深度，堤基持力層便得到確定，根據(jù)持力層承載力特征值、均勻性等勘察成果，進(jìn)行堤基強(qiáng)度驗(yàn)算，確定選用天然地基或者進(jìn)行換填碾壓處理，并考慮確定開挖基坑邊坡參數(shù)。至此，堤防工程地質(zhì)資料基本齊備。堤防護(hù)根深度的確定是砂卵石較厚的河漫灘堤防建設(shè)工程勘察中的重點(diǎn)問題，抓住了主要問題該工程地質(zhì)勘察任務(wù)方可有效完成。

2015-12-24

李麗(1971-)，女，陜西工程勘察研究院高級工程師，1997年畢業(yè)于長春科技大學(xué)勘察工程專業(yè)，西安碑林區(qū)含光路中段19號，Tel：18710351979，E-mail：735623091@qq.com。

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