中小河流治理工程地質(zhì)勘察方法探討

范 堯，趙正國，楊義成，翟寅章，黃 旭，任樂華

（山東省水利勘測設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250013）

中小河流治理工程地質(zhì)勘察方法探討

范 堯，趙正國，楊義成，翟寅章，黃 旭，任樂華

（山東省水利勘測設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250013）

本文主要根據(jù)水利工程等相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，通過總結(jié)山東地區(qū)中小河流治理工程地質(zhì)勘察工作經(jīng)驗(yàn)，提出了地質(zhì)勘察階段劃分、勘察工作布置、工程地質(zhì)分類、天然建筑材料勘察等方面的地質(zhì)工作要點(diǎn)，并提出了改進(jìn)建議。對中小河流域治理工程中存在的主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行了總結(jié)，其結(jié)論與經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考。

河道治理；地質(zhì)勘察；地質(zhì)問題；工程地質(zhì)條件評價(jià)

山東地區(qū)中小河流大多數(shù)水利基礎(chǔ)設(shè)施興建于20世紀(jì)60年代，一些河堤及附屬建筑物存在防洪設(shè)施缺失、防洪標(biāo)準(zhǔn)低、基礎(chǔ)穩(wěn)定性差等諸多問題，嚴(yán)重影響河道正常泄洪能力，威脅所在流域人民生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，為提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，改善周圍環(huán)境，對比中小河流需要進(jìn)行治理工作。

1 地質(zhì)勘察階段劃分及目的、任務(wù)

1.1 地質(zhì)勘察階段劃分

勘察階段的劃分旨在通過分階段和任務(wù)提高勘察精度，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠地質(zhì)資料。針對一些河道地質(zhì)條件較簡單，勘察階段可不用細(xì)分，直接按初步設(shè)計(jì)階段來做；相對于比較復(fù)雜的河道應(yīng)細(xì)化勘察階段，根據(jù)各階段目的和任務(wù)進(jìn)行相應(yīng)的勘察工作。

1.2 地質(zhì)勘察的目的、任務(wù)

查明河道及其附屬建筑物工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件是河流治理工程勘察的主要目的，對存在的工程地質(zhì)問題提出地質(zhì)處理措施建議，為設(shè)計(jì)提供所需的地質(zhì)資料。

勘察任務(wù)包括：評價(jià)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性，確定地震動參數(shù)。查明擬建堤防、修復(fù)堤防的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，對存在的工程地質(zhì)問題進(jìn)行分析、論證、評價(jià)［1-3］。查明各類天然建筑材料的料場分布范圍、儲量、質(zhì)量、位置，有利于合理的控制投資規(guī)模。

2 地質(zhì)勘察技術(shù)原則建議

2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程規(guī)范

河道治理工程屬于綜合性水利工程，水利行業(yè)地質(zhì)勘察技術(shù)沒有專門針對河道治理的規(guī)范、規(guī)程可依，河流治理工程地質(zhì)勘察以查明河道及其附屬建筑物的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件為目的，為中小河流治理工程提供客觀、合理的地質(zhì)資料［4］。基于以上任務(wù)和目的應(yīng)首先執(zhí)行參照 《中小河流治理工程初步設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見》（2011），該《指導(dǎo)意見》是中小河流治理前期勘察的指導(dǎo)性文件?，F(xiàn)行中小河流治理工程地質(zhì)勘察主要執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括如下：SL188—2005《堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程》、SL55—2005《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》、SL251—2000《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》，并同時(shí)結(jié)合GB 50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》等。

2.2 勘察布置

中小河流治理主要以山區(qū)河流、山前平原或內(nèi)陸平原河流為主，地質(zhì)勘察應(yīng)參照主要技術(shù)規(guī)范執(zhí)行，在勘察過程中要“松緊有度、重點(diǎn)突出”，要以解決實(shí)際工程地質(zhì)問題為目的；河道治理工程應(yīng)執(zhí)行的基本依據(jù)是以堤防勘察規(guī)程為主，同時(shí)避免完全照搬規(guī)程執(zhí)行，一是中小河流大多數(shù)未達(dá)三級堤防標(biāo)準(zhǔn)；二是規(guī)程本身也對沿堤線鉆孔間距的規(guī)定留有余地，比如初步設(shè)計(jì)適宜為100～500m，參照執(zhí)行即可，在地質(zhì)條件簡單的中小河流提防（岸坡）段可適當(dāng)放寬，在比較復(fù)雜的提防（岸坡）段也要適量加密。

2.2.1 山區(qū)中小河流

山區(qū)河道工程地質(zhì)問題主要以沖刷、坍岸為主，河道平緩區(qū)段又存在河道淤積、橋涵堵塞等問題，地勘布置應(yīng)先對沿河地段做相應(yīng)地質(zhì)測繪及調(diào)查，針對具體工程地質(zhì)問題進(jìn)行分類勘察布置［5］。山區(qū)河道多穿越多種地層巖性，第四系覆蓋層厚度變化較大，沿河一般區(qū)段應(yīng)以地質(zhì)測繪及坑、探取樣為主，河道附屬建筑物區(qū)段多以布置工程地質(zhì)鉆探加輔助物探為主，依據(jù)地勘資料形成1～2條地質(zhì)剖面線。

2.2.2 平原中小河流

平原河道堤岸多存在坍塌、堤身、堤基滲透穩(wěn)定等工程地質(zhì)問題；地質(zhì)工作主要針對這些問題來進(jìn)行勘察布置。其中近河床險(xiǎn)工段地質(zhì)鉆孔深度要至深泓點(diǎn)以下3～5m，以滿足計(jì)算河流沖刷深度和滲透穩(wěn)定性的要求；遠(yuǎn)離河床部位岸坡及堤防處鉆孔深度至堤基以下5～10m或堤身高度的1.0～1.5倍即可；河灘地和河床處以布置探坑為主，目的主要是驗(yàn)算河道沖刷深度，設(shè)計(jì)探坑深度一般大于等于1.5m。當(dāng)河流兩岸橫向地質(zhì)條件比較簡單時(shí)，沿河道地質(zhì)縱剖面線鉆孔可在河道兩側(cè)相互交錯(cuò)布置。

2.3 勘察方法

對于堤防工程的勘察，大多數(shù)是采用前期準(zhǔn)備、工程地質(zhì)測繪和鉆探（坑探、槽探以及物探等）3個(gè)部分進(jìn)行。

2.3.1 地質(zhì)測繪

中小河流治理工程地質(zhì)測繪范圍以沿河道兩岸輻射500m為宜，比例尺根據(jù)河道長度寬度及滿足勘察任務(wù)、目的為基礎(chǔ)，多以1∶5000～1∶1000為宜。 工程地質(zhì)測繪采用全面查勘方法，內(nèi)容包括：確定地層巖性、構(gòu)造分布、巖土類型的分布位置及特征；不良地質(zhì)現(xiàn)象分布范圍的圈定。山區(qū)河道要初步查明崩滑體的邊界、規(guī)模、穩(wěn)定現(xiàn)狀及發(fā)展變化趨勢，后期依據(jù)工程治理范圍做相應(yīng)的勘察布置。

2.3.2 鉆探

地質(zhì)鉆探以查明中小河流河道、提防（岸坡）的覆蓋層厚度、物質(zhì)組成成分、性狀等為目的。一般鉆孔開孔孔徑宜為130mm，終孔孔徑不得小于91mm，以滿足取樣、現(xiàn)場試驗(yàn)的要求。鉆孔深度以不同勘察部位而異；鉆孔巖芯采取率：覆蓋層、強(qiáng)風(fēng)化層一般控制在75%以上，中等風(fēng)化及其他完整巖體控制在90%以上；鉆進(jìn)回次進(jìn)尺：強(qiáng)風(fēng)化層、軟弱夾層等破碎巖體應(yīng)小于1m，以提高取芯率。

2.3.3 試驗(yàn)、巖土參數(shù)

中小河流治理工程地質(zhì)勘察要求現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合?，F(xiàn)場試驗(yàn)項(xiàng)目包括如下：標(biāo)準(zhǔn)貫入和動力觸探試驗(yàn)、孔內(nèi)抽、注水、壓水試驗(yàn)、現(xiàn)場荷載試驗(yàn)等，同時(shí)在現(xiàn)場要適當(dāng)取巖土樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)分析。

針對中小河流巖土物理力學(xué)等參數(shù)值的確定，由于慢剪及三軸剪試驗(yàn)繁瑣在實(shí)際工作中應(yīng)用較少，多采用直接快剪和固結(jié)快剪強(qiáng)度計(jì)算河道在不同工況下的堤防及岸坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。對于某些土層的物理力學(xué)參數(shù)等問題，現(xiàn)場無法滿足取樣的情況下，如果有同類可參考數(shù)據(jù)分析可以類比提出建議值?？辈炱陂g河道及兩岸地下水位枯水季節(jié)一般較低，地基土層含水量及液性指數(shù)試驗(yàn)值會偏低，砂土或少黏性土標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)會偏大，以此試驗(yàn)結(jié)果確定的地基承載力值就會明顯偏高，考慮到河道在高水位工況運(yùn)行下，濕或飽和土地基承載力會明顯降低，因此應(yīng)結(jié)合附近地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)對地基承載力進(jìn)行適當(dāng)折減［6］。

3 報(bào)告、圖件編制

3.1 報(bào)告編制中應(yīng)注意的問題

3.1.1 內(nèi)容客觀、不要遺漏

勘察報(bào)告內(nèi)容一定要客觀全面，該闡述的內(nèi)容不能遺漏。山區(qū)河道治理，要簡述可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的類型和發(fā)育程度，對地震動參數(shù)大于等于0.10g且存在可液化土層的工程地基，應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件評價(jià)地震液化的可能性，并提出處理措施的建議，河道疏浚應(yīng)對疏浚河段的土層結(jié)構(gòu)和級配作出分析，提供土層疏挖類別。

3.1.2 把握主次、突出重點(diǎn)

勘察報(bào)告要把存在的工程地質(zhì)問題作重點(diǎn)闡述，次要問題簡要分析，報(bào)告要把握主次、突出重點(diǎn)，以此才能為治理設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

3.1.3 因地制宜、簡化土層

按土的顆粒大小百分含量，大體劃分為砂土、砂壤土、壤土、黏土4類，針對堤防工程有些特殊性土，要根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)來分類，必須按照試驗(yàn)指標(biāo)來確定，例如淤泥質(zhì)土，要同時(shí)滿足孔隙比大于1、天然含水量大于液限這兩個(gè)條件。堤防工程的土工試驗(yàn)要有顆分、物理力學(xué)等全部試驗(yàn)指標(biāo)。

3.2 工程地質(zhì)分析及評價(jià)

工程地質(zhì)分類是工程地質(zhì)條件分析及評價(jià)的基礎(chǔ)，是工作的難點(diǎn)和重點(diǎn)，評價(jià)結(jié)果是否準(zhǔn)確合理對項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)具有重要意義。因此，野外勘察工作要盡可能的全面、細(xì)致外，還應(yīng)該以適合各流域?qū)嶋H情況的分類評價(jià)方法做指導(dǎo)。常用的工程地質(zhì)分類方法有以下2種［2，6］。

3.2.1 地層結(jié)構(gòu)分類

堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)宜根據(jù)勘探深度范圍內(nèi)巖石、黏性土、粗粒土和特殊土的分布與組合關(guān)系來進(jìn)行分類，以滿足評價(jià)地基穩(wěn)定性范圍內(nèi)的巖性組合特征進(jìn)行劃分，同時(shí)劃分深度范圍又不宜太大，如果地層結(jié)構(gòu)劃分深度太大分類容易產(chǎn)生混亂，且使中小河流工程地質(zhì)、水文地質(zhì)評價(jià)缺乏針對性。綜述以上，中小河流及其附屬建筑物等沿線地層結(jié)構(gòu)及成因類型特征，分為單層結(jié)構(gòu)、雙層二元結(jié)構(gòu)、多層混合結(jié)構(gòu)。

3.2.2 工程地質(zhì)條件分類

工程地質(zhì)條件分類主要是針對堤基、岸坡而言。堤基工程地質(zhì)條件分類應(yīng)因地制宜，并宜根據(jù)沿線現(xiàn)狀、工程問題及工程地質(zhì)條件分為4類：A類：不存在穩(wěn)定性問題，工程地質(zhì)條件良好；B類：基本不存在穩(wěn)定性問題，工程地質(zhì)條件較好；C類：至少存在一種工程地質(zhì)問題，工程地質(zhì)條件較差；D類：至少存在一種工程地質(zhì)問題，工程地質(zhì)條件差。岸坡工程地質(zhì)條件分類在堤基（岸坡）地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類的基礎(chǔ)上具體可劃分為穩(wěn)定岸坡、基本穩(wěn)定岸坡、穩(wěn)定性較差岸坡、穩(wěn)定性差岸坡等。

上述堤基（岸坡）分段方法直觀、簡單、適用，在實(shí)際工作中得到了廣泛應(yīng)用。

3.3 主要工程地質(zhì)問題

3.3.1 基礎(chǔ)滲透穩(wěn)定問題

當(dāng)基礎(chǔ)位于砂壤土、卵礫石層中時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)松散滲透系數(shù)大，存在管涌、流土、接觸沖刷等滲透穩(wěn)定問題。

3.3.2 人工邊坡穩(wěn)定性問題

河道治理工程人工開挖邊坡時(shí)，覆土多為壤土、砂卵石、淤泥質(zhì)土?xí)r，工程施工開挖過程中易引發(fā)失穩(wěn)垮塌等工程地質(zhì)問題。

3.3.3 基坑涌水問題

河道治理工程施工段位于地下水位以下且揭露底部地層巖性為壤土、砂卵石、淤泥質(zhì)土?xí)r，開挖基坑易存在涌水問題。

3.3.4 基礎(chǔ)抗沖穩(wěn)定性問題

壤土、砂卵石、淤泥質(zhì)土等易受洪水掏蝕、沖刷，當(dāng)河道建筑物或者提防基礎(chǔ)選此層作為持力層時(shí)，基腳堤基容易失穩(wěn)。因此應(yīng)根據(jù)堤基土的顆粒組成及洪水流速計(jì)算沖刷深度，以此對基腳采取護(hù)腳等工程防護(hù)措施，且嚴(yán)禁在基腳附近開采砂石。

3.3.5 不均勻變形

不均勻變形產(chǎn)生的地質(zhì)條件是，基礎(chǔ)底部分布有中等壓縮性土，或中下部為低壓縮性的砂、卵礫石，其中夾有淤泥質(zhì)土透鏡體，以及基礎(chǔ)底部存在淤泥質(zhì)土。此時(shí)，地基基礎(chǔ)處理不當(dāng)以及地基土所受的荷載不同將使淤泥質(zhì)土產(chǎn)生較大的壓縮變形。

3.3.6 地基處理措施

當(dāng)?shù)鼗鶠檐浲脸至訒r(shí)，已建堤防工程已運(yùn)行多年，軟土不利因素對其影響不大，現(xiàn)狀已基本趨于穩(wěn)定；但對于閘、壩或護(hù)岸工程來說，地基不均勻沉降或者過度變形，容易使建筑物主體開裂或傾斜進(jìn)而造成建筑物結(jié)構(gòu)性破壞；在地震基本烈度Ⅶ區(qū)當(dāng)?shù)鼗鶠榭梢夯翆訒r(shí)，水工建筑物地基必須采取相應(yīng)的處理措施；當(dāng)?shù)鼗鶞\層地層為強(qiáng)透水層時(shí)，在閘壩地基、堤外低洼地段的堤防易產(chǎn)生滲透性破壞，建議采用黏性土截水槽或其他垂直截滲工程對強(qiáng)透水層進(jìn)行截滲處理。

3.4 天然建筑材料勘察

中小河流治理工程對天然建材需求量一般不大，對于砂礫料和塊石料河道場區(qū)無法滿足時(shí)建議以購買為主。當(dāng)河道治理工程對土石回填料需求量較大時(shí)，要對選定附近的料場進(jìn)行相應(yīng)的地質(zhì)勘探與試驗(yàn)等工作，進(jìn)而對料場的質(zhì)量、儲量及運(yùn)距進(jìn)行調(diào)查評價(jià)［7］。

3.5 圖件規(guī)范化

嚴(yán)格按水利水電工程地質(zhì)內(nèi)業(yè)整理規(guī)程的要求進(jìn)行作圖。圖件內(nèi)容和格式要合理，次要內(nèi)容要簡化，突出重點(diǎn)。

4 結(jié)語

中小河流治理工程相對水利水電、農(nóng)田水利等水利工程而言，地質(zhì)勘察難度不大，但勘察方法和流程具有較大的靈活性，應(yīng)在學(xué)習(xí)、理解《指導(dǎo)意見》內(nèi)容的前提下，針對每一條中小河流治理工程的規(guī)模、河道現(xiàn)狀、地質(zhì)條件，編制科學(xué)、合理的地質(zhì)勘察報(bào)告及圖件，為中小河流治理工程設(shè)計(jì)及施工提供可靠的地質(zhì)資料。

［1］水利部.中小河流治理工程初步設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見［Z］.2011.

［2］SL188—2005，堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.

［3］SL55—2005，中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［4］賀立新，左重輝.中小河流治理地質(zhì)勘察與工程設(shè)計(jì)若干問題思考［J］.湖南水利水電，2011（6）：25-27.

［5］唐志強(qiáng)，龍三，李長杰.重慶山區(qū)河流小流域治理工程地質(zhì)勘察探討［J］.人民長江，2013，44（6）：42-43.

［6］任煥強(qiáng)，賈占軍，劉偉.保定中小河流工程地質(zhì)勘察工作方法探討［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2013（3）：87-89.

［7］SL251—2000，水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程［S］.

Geological survey for harnessing project of small and medium-sized river

FAN Yao,ZHAO Zheng-guo,YANG Yi-cheng,ZHAI Yin-zhang,HUANG Xu,REN Le-hua
（Shandong Survey and Design Institute of Water Conservancy,Jinan 250013,China）

In this paper， according to the relevant regulations of water conservancy projects and other requirements， by summarizing experience about engineering geological investigation of small and medium-sized river control project in Shandong area， discusses the work method and problems of geological work， such as the geological exploration stage division， survey and layout， engineering geological section， natural building materials geological survey and some suggestions were put forward.The geological survey work in the local small watershed management project is summarized，and the conclusion and experience can be used as reference for similar projects.

river regulation； geological survey； geological problems； engineering geological condition evaluation

P64

B

1672-9900（2015）06-0062-04

2015-07-07

范 堯（1985-），男（漢族），山東濟(jì)寧人，工程師，主要從事地下水環(huán)境、工程水文地質(zhì)等勘察研究工作，（Tel）18605314856。