某防洪堤治理工程地質(zhì)及水文地質(zhì)評價

王 明

(江西省鄱陽縣水利局，江西 鄱陽 333100)

1 工程及地質(zhì)概況

工程區(qū)屬低山丘陵地形，海拔高程在2400m以下，風(fēng)蝕較為嚴(yán)重，山丘區(qū)巖石經(jīng)剝蝕造成破碎，山坡坡度較陡，坡面植被稀少，植被覆蓋率約5%-35%，河流出山后連接山前洪積、沖積扇，進(jìn)入川區(qū)平原。工程區(qū)地形西南高北東低，海拔高程由南部山區(qū)≥2000m向北逐漸降1315m，中部平原以海拔1500-1600m沖洪積平原的前緣為界，縣境北部(工程區(qū))和東北部為合黎山地，海拔1350-1800m。北山區(qū)坡度一般為30°左右，平原區(qū)坡度一般為15°左右，植被稀少，由于受山洪沖擊，形成大小不等的沖溝，經(jīng)匯集而形成山洪溝道。工程區(qū)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為溝道暴洪，因東段位于山前沖洪積傾斜平原下部，地面表層主要為砂卵礫石，地層結(jié)構(gòu)松散，地面傾斜，植被稀少，地形開闊，屬季節(jié)性洪水溝道，平時溝道內(nèi)無地表水流，溝床裸露，突發(fā)暴洪時，洪流短時間內(nèi)搬運(yùn)地表大量的松散堆積物，快速匯集，形成強(qiáng) 大的洪流。

本次工程區(qū)八壩-十壩防洪治理工程治理溝道總長約16.05km，其中，八壩段治理河長約7.3km，九壩、十壩段治理河長約8.75km。共新建堤防總長29.065km，其中，八壩新建堤防長11.66km，九壩、十壩共新建堤防長17.405km。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)評價

2.1 水文地質(zhì)條件及水、土的腐蝕性評價

1)地下水類型及賦存條件：

工程區(qū)地地下水主要 為第四系松散巖類孔隙潛水，山前沖洪積傾斜平原區(qū)地下水位埋深50-15m不等，對本工程無影響，平原區(qū)地下水位埋深15-1.5m不等，各支溝匯入黑河口處地下水位埋深約1.5m，地下水位年變幅0.5-1m，含水層巖性為砂卵礫石、砂礫石、中細(xì)砂及粉細(xì)砂等，總厚度≥100m。地下水除接受工程區(qū)外圍地下側(cè)向徑流補(bǔ)給外，上段汛期洪水滲入補(bǔ)給地下水，其形式為帶狀垂直入滲補(bǔ)給，下段接受農(nóng)田灌溉期回歸水及大氣降水的入滲入補(bǔ)給，地下水自南西向北東徑流，以蒸發(fā)、側(cè)向流出、泉水溢出、人工開采的方式排泄。因此，在河谷平原區(qū)地下水埋深較淺，與本工程有著直接關(guān)系。

2)環(huán)境水腐蝕性評價：

為評價環(huán)境水對建筑材料的腐蝕性，本次在黑河取地表水、地下水各1組，按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄L進(jìn)行評價可知[1]：黑河地表水對普通混凝土具有硫酸鹽弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)無腐蝕性。黑河兩岸階地地下對普通混凝土具有硫酸鹽強(qiáng)腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性，環(huán)境水對混凝土的腐蝕性見表1。

表1 環(huán)境水對混凝土腐蝕性判別

3)土的腐蝕性評價：

經(jīng)對堤基土取樣進(jìn)行土化學(xué)分析，根據(jù)分析結(jié)果參照《巖土工程勘察規(guī)范》， 堤基土環(huán)境類型屬Ⅲ類。按照《規(guī)范》表12.2.1評價可知，八壩段堤基粗粒土中 SO42-含量為1094.4-3139.2mg/kg，Cl-含量35.5-745.5mg/L，pH值8.4，易溶鹽 含量 2114-6352mg/kg；九壩、十壩段堤基粗粒土中SO42-含量為1019.52- 3542.4mg/kg，Cl-含量461.5-443.75mg/L，pH值8.4，易溶鹽含量2779-6366mg/kg，地基土對普通混凝土具有弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微-中等腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性[1]。

2.2 堤防工程地質(zhì)條件及評價

篇幅所限，現(xiàn)將八壩段堤防工程地質(zhì)條件分別說明如下：

1)左岸樁號0+000-1+383 段。

根據(jù)工程布置，左岸樁號0+000-0+810段基本沿治理溝道岸坎布設(shè)，0+810-1+383段基本沿治理溝道溝床及漫灘布設(shè)，溝道岸坎高出主溝道0.5-1.5m，具二元結(jié)構(gòu)，上部巖性為粉質(zhì)壤土層，黃褐色，土質(zhì)不均一，結(jié)構(gòu)稍密，蟲孔及大孔隙發(fā)育，含植物根系及砂礫石，厚0.5-1.0m。河床、河漫灘巖性為砂礫石層，灰黃色，結(jié)構(gòu)稍密，磨圓度及分選性較差，顆粒巖性主要以砂巖、板巖、花崗巖為主，厚度>5m。堤基砂礫石中砂的含量較高，其抗沖性均較差，在溝道洪水長期沖刷下，堤基易掏空，造成堤身失穩(wěn)而垮塌，建議將堤防基礎(chǔ)埋置于最大沖刷深度以下，建議砂礫石臨時開挖邊坡1∶1.0-1∶1.25。

2)右岸樁號0+000-4+351段。

根據(jù)工程布置，該段堤線大部分沿戈壁布設(shè)，地形相對較為平緩，地面高程 介于1375-1333m之間，戈壁灘巖性以砂礫石層為主，灰黃色，結(jié)構(gòu)稍密，磨圓度及分選性較差，顆粒巖性主要以砂巖、板巖、花崗巖為主，厚度>5m。因堤基砂礫石中砂的含量較高，其抗沖性均較差，在溝道洪水長期沖刷下，堤基易掏空，造成堤身失穩(wěn)而垮塌，建議將堤防基礎(chǔ)埋置于最大沖刷深度以下，建議砂礫石臨時開挖邊坡1∶1.0-1∶1.25。

3)左岸樁號1+383-4+360段。

根據(jù)工程布置，該段堤線沿原有溝道岸坡布設(shè)，橫穿國家公益林，局部橫穿214縣道。根據(jù)現(xiàn)場勘察，堤基巖性上部為沙壤土，灰黃色，土質(zhì)較均勻，結(jié)構(gòu)稍密，蟲孔及大孔隙發(fā)育，含植物根系及砂礫石，厚0.5-1.0m，下部為砂礫石層，灰黃色，結(jié)構(gòu)稍密，磨圓度及分選性較差，顆粒巖性主要以砂巖、板巖、花崗巖為主，厚度>5m。因堤基砂礫石中砂的含量較高，其抗沖性均較差，在溝道洪水長期沖刷下，堤基易掏空，造成堤身失穩(wěn)而垮塌，建議將堤防基礎(chǔ)埋置于最大沖刷深度以下，建議砂礫石臨時開挖邊坡1∶1.0-1∶1.25。

4)右岸樁號4+351-7+300 段。

根據(jù)工程布置，該段堤線大部分橫穿林地布設(shè)，局部橫穿214縣道和雙豐渠。 根據(jù)現(xiàn)場勘察，堤基巖性上部為沙壤土，灰黃色，土質(zhì)較均勻，結(jié)構(gòu)稍密，蟲孔 及大孔隙發(fā)育，含植物根系及砂礫石，厚0.5-1.0m，下部為砂礫石層，灰黃色， 結(jié)構(gòu)稍密，磨圓度及分選性較差，顆粒巖性主要以砂巖、板巖、花崗巖為主，厚度>5m。八壩段堤基砂礫石層地質(zhì)參數(shù)匯總表見表2。

表2 八壩段堤基砂礫石層地質(zhì)參數(shù)匯總表

3 天然建筑材料

根據(jù)因地制宜、就近取材的原則，主要進(jìn)行了混凝土骨料、塊石料等天然建筑材料詳查。

1)混凝土骨料。

混凝土骨料為本工程所需的主要天然建筑材料，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，擺浪河有砂礫石料場，其骨料質(zhì)量好、儲量大，可以滿足本工程要求。料場至工地有公路相通，交通條件較好，平均運(yùn)距約65km。

該料場位于擺浪河河漫灘及河床，巖性為沖洪積砂卵礫石，厚度>10m， 地下水位埋深一般為1-4m，并隨河水的漲落而變化。礫石磨圓度較好，卵礫石成份以花崗巖、砂巖、灰?guī)r等為主，砂為中細(xì)砂。礫石比重2.66-2.67，堆積密度1.69-1.70g/cm3，孔隙率36.1-36.7%，吸水率0.7-0.8%，針片狀顆粒含量0.5%-0.6%，輕物質(zhì)含量0.21%-0.22%，含泥量0.8%-0.9%，硫酸鹽及硫化物含量<0.042%-0.047%，有機(jī)質(zhì)含量淺于標(biāo)準(zhǔn)色，細(xì)度模數(shù)6.63-6.66。砂的比重2.63，堆積密度1.50-15.1g/cm3，孔隙率42.6-43.0%，云母含量0.035-0.040%，含泥量13.2%-14.6%，硫酸鹽及硫化物含量<0.050%-0.062%，有機(jī)質(zhì)含量淺于標(biāo)準(zhǔn)色，細(xì)度模數(shù)2.58。除細(xì)骨料孔隙率、含泥量略有超標(biāo)外，混凝土骨料其余各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求。

根據(jù)本工程特點(diǎn)及料場分布情況，建議混凝土骨料以采購為主，因骨料含泥量大多超標(biāo)，為保證工程質(zhì)量。建議生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)沖洗需，購買時應(yīng)選擇合格骨料，并將含泥量控制在3%以下。混凝土粗骨料試驗(yàn)指標(biāo)與質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)對比表見表3。

表3 混凝土粗骨料試驗(yàn)指標(biāo)與質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)對比表

2)塊石料。

高臺縣城北部合黎鄉(xiāng)六四村有塊石料開采場，交通條件較好，平均運(yùn)距約25km。本工程所需的塊石料可從這些料場購買，儲量滿足本工程需求。

塊石巖性主要為石英砂巖、閃長巖、花崗巖等為主，經(jīng)工程類比，其干密度2.64-2.65g/cm3，比重2.74-2.75，干燥狀態(tài)單軸飽和抗壓強(qiáng)度平均值56- 97.5MPa，飽和狀態(tài)單軸飽和抗壓強(qiáng)度平均值42-76MPa，軟化系數(shù)0.75-0.82，硫酸鹽及硫化物含量(SO3)0.21，凍融系數(shù)0.87，凍融損失率為零。塊石料各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計和規(guī)范要求。

3)填筑料。

本工程堤線大多沿階地前緣岸坎及河床、河漫灘埋設(shè)，堤身所需的填筑料首先采用堤基開挖的砂礫石，也可結(jié)合河道整治，在設(shè)計河床高程以上就近開挖砂礫石，嚴(yán)禁深挖。

經(jīng)對黑河右岸階地表層的砂壤土取樣進(jìn)行試驗(yàn)其砂粒占59.24%，粉、黏粒占 40.76%；塑性指數(shù)7.48；擊實(shí)后最優(yōu)含水率12.50%，最大干密度1.84g/cm3。該層土各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，可作為填筑料。

主河道內(nèi)開挖的砂礫石顆粒較細(xì)，壓實(shí)度較低，不宜直接碾壓，為防止壓實(shí)度較低產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)，產(chǎn)生滑塌，需放緩邊坡或外包黏性土。此外，還可以采用混合填筑的方法，將階地或沖洪積平原上部的砂壤土與河床開挖的砂礫石摻配，摻配后可顯著提高其壓實(shí)質(zhì)量。由于高臺縣屬北溫帶干旱氣候區(qū)，區(qū)內(nèi)砂礫石天然含水率均偏低，為保證壓實(shí)質(zhì)量，不管采用哪種填筑方法，均需加水至最優(yōu)含水率±3%范圍內(nèi)，方可進(jìn)行填筑。

4 結(jié)論及建議

通過防洪堤工程區(qū)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料分析，室內(nèi)試驗(yàn)研究等，得到以下結(jié)論：工程區(qū)物理地質(zhì)現(xiàn)象不甚發(fā)育，無大型崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害；工程區(qū)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為季節(jié)性凍土和溝道暴洪；工程區(qū)地表水對普通混凝土具有硫酸鹽弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)無腐蝕性，地下水水質(zhì)較差，對普通混凝土具有硫酸鹽強(qiáng)腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性，地基土對普通混凝土具有弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微-中等腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性；天然建筑材料儲量滿足本工程需求，質(zhì)量基本符合設(shè)計和規(guī)范要求。