彰武柳河老堤防加固工程地質(zhì)條件分析

劉昊宗

(遼寧省大連水文局， 遼寧 大連 116021)

1 概況

勘察區(qū)地貌為遼寧彰武柳河沖洪積平原，擬建的加固堤防位于六谷股河的漫灘和階地，地勢整體西北高東南低，地面高程81.1～86.3 m?，F(xiàn)主河道寬度200～1 000 m，河漫灘上種植有玉米、大豆等農(nóng)作物，其中左岸丁家到蜘蛛山段堤內(nèi)側為林地，左岸101公路橋下游堤防外側漫灘上為樹林，其它外側漫灘均被雜草覆蓋。兩岸堤防附近有坑、塘存在。

2 堤基地層巖性

根據(jù)堤防左右岸鉆孔勘察情況，上部為堤身填筑土，下部為堤基土。堤基地層形成條件相同，地層結構基本一致，材料組成相同，地層巖性為粉砂，兩岸擬加固堤防堤基的粉細砂根據(jù)密實程度不同，劃分為兩個亞層，堤基地層巖性分述如下。

①層：耕植土，黃褐色，含有植物根系,層厚度0.3～0.6 m。

②-1層：粉質(zhì)細砂，呈黃褐色～灰色，松散狀態(tài)，顆粒結構均勻，主要成分為石英、長石等，夾層為薄粉質(zhì)土[1]，層厚0.9～5.5 m，層底高程76.8～81.0 m，左右岸堤防沿線均有分布。

②1層：粉質(zhì)土，黃褐色，松散～微密，干強度低，韌性低[2]，震動響應快，僅分布于鉆孔ZT6附近，層厚2.7 m，層底高程79.8 m。

②-2層：細粉砂，黃褐色～灰色，微密～中密，顆粒結構均勻，主要成分為石英、長石等，層間有薄層粉砂[3]，局部呈層間夾層。該層在勘探鉆探深度未被穿透，最大暴露厚度為10.4 m。

3 地質(zhì)構造與地震

工程區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)重大斷層。這是一個相對穩(wěn)定的結構區(qū)域。

項目區(qū)域的地下水是第四系孔隙水,主要發(fā)生在細沙層，埋藏深度較淺，與河水位關系密切，地下水位埋深一般介于1.3～2.2 m之間，隨著地勢，地下水位由上游向下游逐漸降低，主要由大氣降水和地表水補充，以地下水徑流形式排入六股河，豐水期河水補給地下水。

4 堤身現(xiàn)狀

4.1 堤身概況

大堤外部形狀完好、規(guī)則，堤身填土主要由河道兩岸的粉細砂夾粉土組成，呈稍密～中密狀態(tài)。堤防迎水坡和堤腳均有塊石防護，每隔50 m左右筑有一條丁壩，丁壩偏向下游，與堤防呈一定角度，由塊石堆砌而成，外面有鐵絲網(wǎng)予以固定，已有堤防堤身穩(wěn)定。

4.2 堤身土物理力學性質(zhì)及原位測試

本次勘察在堤身部位分段取樣進行了室內(nèi)土工試驗，原位采用了標準貫入試驗，測試指標統(tǒng)計結果詳見表1。

表1 堤身土原位測試指標統(tǒng)計表

4.3 堤身土滲透特性

對于粉細砂的滲透系數(shù)，是根據(jù)室內(nèi)試驗和有關經(jīng)驗公式計算的基礎上，經(jīng)綜合分析給定，其經(jīng)驗公式如下：

K=Cd102(0.7+0.03t)

式中：K為滲透系數(shù)(m/d)；d10為顆粒的有效粒徑(mm)；t為滲透水的溫度( ℃)，此工程取10 ℃；C為常數(shù)，粘土質(zhì)砂為500～700，純砂為700～1 000，此工程取700。

由表2可知，堤身填土不均勻系數(shù)為3.78，小于5，根據(jù)堤防工程地質(zhì)調(diào)查規(guī)定[4-6]，堤防土的滲流變形類型可分為流動土型[7]，允許水力比為0.35～0.45。經(jīng)計算，堤壩填土滲透系數(shù)為2.0×10-3cm/s，為中等透水性。

4.4 堤身土質(zhì)量評價

堤身主要由粉細砂夾粉土筑成，標貫擊數(shù)14.50擊，呈稍密～中密狀態(tài)，滲透系數(shù)為2.0×10-3cm/s，為中等透水，粘粒含量4.54%，堤身土的質(zhì)量一般。

表2 堤身填土顆分試驗成果統(tǒng)計表

5 堤基工程地質(zhì)特征

5.1 堤基地質(zhì)結構

堤基礎大部分為I類單層結構，部分為II類雙層結構。巖堤基構造分類見表3。

5.2 堤基土的物理力學性質(zhì)指標

本階段勘察過程中，按計劃對各孔揭露的每種土層都分別取樣完成了相應物理力學性質(zhì)試驗。各層土的物理力學性質(zhì)指標經(jīng)剔除了一些偏高、偏低的數(shù)據(jù)后，統(tǒng)計結果詳見表4。

表3 堤基地質(zhì)結構分類

表4 堤基各土層顆分試驗成果統(tǒng)計表

5.3 地基承載力及其它參數(shù)

為了查清各土層及不同深度地基土的密實性，確定不同土層的承載力，勘察過程中對各孔揭露的土層分別進行了標準貫入試驗，試驗統(tǒng)計結果詳見表5。根據(jù)錘擊在各土層的標準貫入數(shù)統(tǒng)計結果，確定各土層地基承載力建議值，詳見表6。其它參數(shù)詳見表7。

5.4 主要工程地質(zhì)問題及評價

5.4.1 滲透穩(wěn)定性及評價

依據(jù)顆分試驗成果，按砂層滲透系數(shù)公式計算，粉土的系數(shù)取500，粉細砂取700，經(jīng)計算得知：粉土、粉細砂的滲透系數(shù)分別為5.8×10-5cm/s和1.3～2.0×10-3cm/s，屬弱透水和中等透水性。

5.4.2 堤基穩(wěn)定性及評價

左岸堤基在樁號2+955.9～2+575.9段上層為2.7 m厚的粉土，呈稍密狀態(tài)；其它段堤基巖性均為粉細砂，其中②-1細砂疏松，層厚0.9～5.5 m。②-2層細粉砂為微密至中密狀態(tài)堤基粉細砂層分布連續(xù)，不易產(chǎn)生不均勻沉降。

表5 堤基各土層原位測試指標統(tǒng)計表

表6 堤基各土層承載力統(tǒng)計與建議值表

表7 堤基各土層力學參數(shù)建議值表

5.5 堤基工程地質(zhì)條件分類

本段堤防堤基基本無天然鋪蓋，附近有坑、塘，粉細砂層易形成滲漏通道，均存在滲透穩(wěn)定問題。因此，通過綜合分析，確定該段路堤基礎為C類，工程地質(zhì)條件較差。

5.6 險工段工程地質(zhì)條件

5.6.1 地質(zhì)概況

工程擬治理險工24段，全長約14.528 km，各險工段位于鬧德海水庫至彰武新民界之間的柳河河漫灘或兩岸的岸坎上，為柳河沖洪積地貌，岸坎與漫灘高差一般1～3 m，最低處僅0.5 m，局部險工段有鋼絲石籠丁壩，一般長15 m左右，底寬4 m左右，丁壩方向近垂直與河流方向。險工段距柳河主河床距離一般100～400 m，最近處僅10 m?，F(xiàn)河漫灘上植被發(fā)育，除零星分布的樹林外，其余均為莊稼地或雜草。險工設計方案為丁字壩或石籠護岸。

本工程涉及的各險工段土層沉積環(huán)境一致，根據(jù)鉆孔揭露，各險工段地層結構基本相同，各險工段表層為耕植土，厚度0.2～0.6 m之間，含植物根系；主要地層巖性為粉砂細砂，上層粉砂細砂呈疏松狀態(tài)，下部粉細砂呈稍密～中密狀態(tài)。

本工程區(qū)內(nèi)地下水主要類型為第四系孔隙潛水[8]，粉細砂為主要含水層，透水性較好，分布穩(wěn)定，地下水與柳河水聯(lián)系密切。

5.6.2 地基承載力及其它參數(shù)

為了查清各土層及不同深度地基土的密實性，確定不同土層的承載力，在本次勘察過程中，結合各孔揭露的土層進行了標準貫入試驗[9-10]，由于各險工段地層結構相同，巖土的物理力學性質(zhì)相近，因此對各險工段原位測試試驗進行綜合統(tǒng)計分析，結果詳見表8。根據(jù)原位測試錘擊數(shù)綜合分析確定各險工段不同土層的承載力值。各土層變形模量、內(nèi)摩擦角及各土層與混凝土摩擦系數(shù)等根據(jù)相關規(guī)范，結合實際地質(zhì)情況，提出建議值，詳見表9。

表8 險工段不同性質(zhì)土層標貫試驗錘擊數(shù)匯總統(tǒng)計表

表9 險工段不同性質(zhì)土層力學參數(shù)一覽表

6 結語

柳河彰武縣城及農(nóng)村44段險工段地貌及地層巖性類似，邊坡穩(wěn)定性差。柳河豐水期河水流量大，流速急，含砂量大，對附近河段的岸邊風積沙丘沖刷強烈，尤其較大洪水期，河流沖刷河岸嚴重，剝蝕掉大量耕地及林地，因此對岸坡的防護顯得尤其重要。②-1層細粉砂在各危險區(qū)段疏松，承載力為100～110 kPa；②-2層細粉砂為微密至中密狀態(tài)，承載力140～160 kPa，不易產(chǎn)生不均勻沉降，地基穩(wěn)定。