米脂縣堤防工程地質(zhì)勘察分析

姬保雄

(米脂縣水利水保工作隊，陜西 榆林 18199)

1 工程概況

規(guī)劃的米脂縣堤防工程總長2.85 km，其中左岸規(guī)劃長2.16 km，右岸工程0.69 km，護(hù)岸工程建成可恢復(fù)建設(shè)用地約9.9 hm2，保護(hù)人口8萬多人[1]。工程上游左岸有榆林溝、廟溝的匯入，且廟溝以上現(xiàn)狀210國道低于設(shè)計30 a一遇設(shè)計洪水位，已成工程難以形成封閉的防洪體系[2]，按照防洪要求，需要修建堤防及防浪墻，以保障下游防洪安全。

2 工程現(xiàn)狀地質(zhì)條件

2.1 地形地貌與不良地質(zhì)作用

工程區(qū)位于米脂縣縣城西南側(cè)。地形總體趨勢表現(xiàn)為兩側(cè)黃土粱峁區(qū)較高，中部河谷區(qū)低。河流及兩岸均被第四系松散層覆蓋，河流輕微蛇曲，河床寬淺、平緩。近幾十年來，受河流兩岸人類活動約束，側(cè)蝕、下蝕作用微弱，以輕微淤積為主。主河槽兩側(cè)多為人工填筑垃圾，人為改造原始地貌幅度較大，地面標(biāo)高介于860.88～863.95 m。兩岸靠近黃土梁峁附近發(fā)育一級階地，左岸階地前緣多被人工填筑土覆蓋；右岸階地多呈臺階狀緩坡，前緣附近人工改造幅度較大，地面標(biāo)高介于862.96～869.26 m，前緣陡坎高度一般為2.2～8.7 m。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造資料、工程地質(zhì)測繪、野外調(diào)查及鉆探資料，工程段不良地質(zhì)作用主要為河槽兩側(cè)堆積大量垃圾，使河槽變窄，影響汛期泄洪。

2.2 地層巖性

根據(jù)鉆探揭露，結(jié)合野外調(diào)查，工程區(qū)地層主要由人工填土、第四系全新統(tǒng)沖洪積含細(xì)粒土砂和級配不良礫、三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組砂巖構(gòu)成，具體巖性描述如下：

①雜填土，以砂土及建筑垃圾為主。稍濕，松散。主要分布在左岸210國道旁。

①-1素填土，主要由含細(xì)粒土砂構(gòu)成。松散，稍濕。主要為人工采砂堆積物。

②含細(xì)粒土砂(SF)，以粉細(xì)砂顆粒為主，含泥量約為8%～10%，級配不良，局部夾粉土透鏡體。松散，稍濕～飽和。本層厚度為0.6～4.1 m，層底埋深為2.0～7.1 m，層底標(biāo)高為856.34～859.54 m。主要分布在河槽、河漫灘區(qū)段。

③級配不良礫(GP)，充填物以中細(xì)砂為主，含少量粉、黏粒。稍密，稍濕～飽和。本層厚度為1.3～3.6 m，層底埋深為3.3～9.3 m，層底標(biāo)高為853.94～856.79 m。主要分布在河槽、河漫灘下部。

④強(qiáng)風(fēng)化砂巖T3W：青灰色，礦物成分主要為長石、石英，可見云母及暗色礦物。巖芯呈土狀～碎塊狀，巖體破碎。屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ類,飽和,本層厚度為0.2～1.0 m，層底埋深為3.5～10.2 m，層底標(biāo)高為852.94～855.89 m。工區(qū)內(nèi)普遍分布。

⑤弱風(fēng)化砂巖T3W：礦物成分主要為長石、石英，屬較硬巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ類,飽和,本層普遍分布，揭露厚度為2.3～3.6 m，相應(yīng)標(biāo)高為849.34～853.59 m。

2.3 水文地質(zhì)條件

工程區(qū)地下水屬孔隙潛水類型。含水層主要為沖洪積含細(xì)粒土砂、級配不良礫層，透水性強(qiáng)，含水性較好，水量豐富。工程區(qū)地下水主要由大氣降水、地下徑流及地表水補(bǔ)給，以自然蒸發(fā)和地下徑流方式排泄[3]。本次勘察共采取2組水樣，并進(jìn)行了水質(zhì)簡分析，其試驗結(jié)果見表1。按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50487—2008)，地下水對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)均具弱腐蝕性；地表水對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)均無腐蝕性[4]。

表1 環(huán)境水對混凝土的腐蝕性評價

2.4 巖土物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)本次勘察以及室內(nèi)外試驗成果，結(jié)合附近地區(qū)工程地質(zhì)勘察成果綜合分析類比，提供了各層土的物理力學(xué)性質(zhì)試驗結(jié)果：②含細(xì)粒土砂顆分曲線如圖1，不均勻系數(shù)為3.32，曲率系數(shù)為0.79，為含細(xì)粒土砂，滲透系數(shù)為2.0×10-3cm/s，具中等透水性。③級配不良礫顆分曲線如圖2，不均勻系數(shù)為22.28，曲率系數(shù)為0.78，為級配不良礫，滲透系數(shù)為9.0×10-2cm/s，具強(qiáng)透水性。

圖1 ②含細(xì)粒土砂綜合顆粒級配曲線

圖2 ③級配不良礫綜合顆粒級配曲線

3 擬建護(hù)岸工程地質(zhì)問題及評價

3.1 堤岸和堤基工程地質(zhì)類別

擬建護(hù)岸1+707～2+660m附近堤岸主要由抗沖刷能力差的全新統(tǒng)沖洪積含細(xì)粒土砂構(gòu)成，地形平緩，河床寬淺、平緩，側(cè)蝕、下蝕作用微弱，根據(jù)鉆探和地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，上部堤基土由①雜填土、②含細(xì)粒土砂和③級配不良礫構(gòu)成，抗沖刷能力差；下伏強(qiáng)風(fēng)化砂巖和弱風(fēng)化砂巖工程性能相對較好，抗沖刷能力較強(qiáng)，相對隔水。按《堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程》(SL 188—2005)，堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)屬雙層結(jié)構(gòu)類型。當(dāng)基礎(chǔ)置于強(qiáng)風(fēng)化砂巖或弱風(fēng)化砂巖層時，基本不存在滲透變形問題，工程地質(zhì)條件類別屬較好(B類)。

3.2 岸坡穩(wěn)定性評價

擬建護(hù)岸均處在河漫灘上，1+707～2+660m段地形平緩；0+000～1+007m、1+337～1+707m附近堤防處在人工堆積的雜填土陡坎前緣，地形起伏較大，相對高差約為3.4～7.0 m。上覆地層主要由①雜填土、②含細(xì)粒土砂構(gòu)成，稍濕，松散，抗沖刷能力較弱，工程性能較差。岸坡前緣較陡，在干燥、無水流沖刷條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。在地表水沖刷、溶蝕作用下易發(fā)生局部垮塌現(xiàn)象。建議堤防工程采取固腳防沖護(hù)岸措施，基礎(chǔ)應(yīng)埋置于河床最大沖刷深度以下。

3.3 沖刷深度與堤基土的允許不沖刷流速

根據(jù)調(diào)查，該河段平順區(qū)和頂沖區(qū)沖刷深度分別可按1.6 m和2.5 m考慮。沖刷深度計算所需②含細(xì)粒土砂的平均粒徑值可采用d50=0.202 mm，③級配不良礫可采用d50=4.279 mm。

擬建護(hù)岸段分布的②含細(xì)粒土砂和③級配不良礫，結(jié)構(gòu)疏松，抗沖刷能力很差。按《水利水電工程地質(zhì)手冊》寬淺渠道考慮，砂土不沖刷流速為0.35～0.60 m/s；級配不良礫不沖刷流速為0.60～0.80 m/s。當(dāng)水深按2 m考慮時，可不考慮下伏強(qiáng)風(fēng)化砂巖沖刷問題。

3.4 堤基滲透穩(wěn)定問題

擬建護(hù)岸段位于河漫灘，下伏基巖層位平緩。當(dāng)?shù)袒糜陲L(fēng)化基巖時，堤基可按隔水層考慮，可以滿足堤基滲透要求。

根據(jù)堤基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和滲透性，②含細(xì)粒土砂屬不均勻系數(shù)≤5的粗粒土，滲透變形屬流土類型；③級配不良礫屬不連續(xù)級配土,25%≤Pc(34%)<35%，滲透變形屬過渡型。

根據(jù)工程經(jīng)驗，建議含細(xì)粒土砂允許水力坡降為0.35，級配不良和含細(xì)粒土礫允許水力坡降為0.25。

3.5 堤基承載力

根據(jù)野外鑒別、原位測試和室內(nèi)試驗結(jié)果，結(jié)合工程經(jīng)驗綜合分析，各層地基巖土的承載力特征值建議采用如下數(shù)值：②含細(xì)粒土砂,fak=140 kPa；③級配良好礫，fak=300 kPa；④強(qiáng)風(fēng)化砂巖，fak=400 kPa；⑤弱風(fēng)化砂巖，fa=1500 kPa。

3.6 堤基工程地質(zhì)分段評價

設(shè)計堤線處在無定河漫灘區(qū)段，河槽較寬淺、平緩，為天然岸坡，無堤防設(shè)施，故按新建堤岸進(jìn)行地質(zhì)勘察。

(1)0+000～1+007m、1+337～1+707m處在河流高漫灘上的人工填土陡坎前緣，堤基上部為①雜填土，主要是人工堆積雜填土或素填土，堆積期短，以垃圾為主，工程性能差，建議全部挖除；②含細(xì)粒土砂，分布連續(xù)，一般厚度為0.6～4.1 m，稍濕～飽和，松散，滲透系數(shù)2.0×10-3cm/s，允許水力比降0.35，承載力特征值fak=140 kPa，建議全部挖除該層；③級配不良礫，分布連續(xù)，一般厚度為1.3～3.6 m，稍濕～飽和，稍密。滲透系數(shù)9.0×10-2cm/s，允許水力比降0.25，承載力特征值fak=300 kPa，可考慮作為堤基使用。下伏基巖為④強(qiáng)風(fēng)化砂巖和⑤弱風(fēng)化砂巖，承載力特征值分別為fak=400 kPa和fa=1500 kPa，抗沖刷能力較強(qiáng)，建議優(yōu)先考慮作為堤基使用。施工臨時開挖時，水位之上土層放坡坡率(高寬比)建議采用1∶1.00～1∶1.25；水位之下建議采用1∶1.25～1∶1.50。

(2)1+707～2+660 m處在河流漫灘上，地勢平緩，②含細(xì)粒土砂，分布連續(xù)，一般厚度為0.8～2.9 m，稍濕～飽和，松散，滲透系數(shù)2.0×10-3cm/s，允許水力比降0.35，承載力特征值fak=140 kPa，建議全部挖除該層。③級配不良礫，分布連續(xù)，一般厚度為2.3～3.3 m，稍濕～飽和，稍密。滲透系數(shù)9.0×10-2cm/s，允許水力比降0.25，承載力特征值fak=300 kPa，可考慮作為堤基使用。下伏基巖為④強(qiáng)風(fēng)化砂巖和⑤弱風(fēng)化砂巖，承載力特征值分別為fak=400 kPa和fa=1500 kPa，抗沖刷能力較強(qiáng)，建議優(yōu)先考慮作為堤基使用。施工臨時開挖時，水位之上土層放坡坡率(高寬比)建議采用1∶1.00～1∶1.25；水位之下建議采用1∶1.25～1∶1.50。

4 結(jié) 論

(1)擬建護(hù)岸處在河漫灘上，屬基本穩(wěn)定岸坡。其余地段堤岸主要由抗沖刷能力差的人工填土構(gòu)成，屬穩(wěn)定性差岸坡。

(2)根據(jù)鉆探和地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，兩岸上部堤基土由厚層①雜填土、②含細(xì)粒土砂和③級配不良礫構(gòu)成，抗沖刷能力差；下伏強(qiáng)風(fēng)化砂巖和弱風(fēng)化砂巖工程性能相對較好，抗沖刷能力較強(qiáng)，相對隔水。堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)屬雙層結(jié)構(gòu)類型，基本不存在滲透變形問題，工程地質(zhì)條件類別屬較好(B類)。

(3)根據(jù)堤基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和滲透性，②含細(xì)粒土砂屬不均勻系數(shù)子≤5的粗粒土，滲透變形屬流土類型；③級配不良礫屬不連續(xù)級配土,25%≤Pc(34%)<35%，滲透變形屬過渡型。根據(jù)工程經(jīng)驗，建議含細(xì)粒土砂允許水力坡降為0.35，級配不良和含細(xì)粒土礫允許水力坡降為0.25。

(4)工程區(qū)地下水屬潛水類型。地下水對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)均具弱腐蝕性；地表水對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)均無腐蝕性。