王河堤防工程地質(zhì)查勘及堤基工程地質(zhì)特征探析

于思洋

（遼寧航遠(yuǎn)建筑工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

1 概述

王河發(fā)源于遼寧省沈陽(yáng)市法庫(kù)縣慈恩寺白石砬子山區(qū)，流經(jīng)法庫(kù)、鐵嶺的調(diào)兵山市和鐵嶺縣，在鐵嶺縣鎮(zhèn)西堡鄉(xiāng)大臺(tái)山下匯入遼河，屬遼河一級(jí)支流。河流總長(zhǎng)50.8 km，河道平均比降0.73‰。柏家溝河發(fā)源于曲大溝村流經(jīng)柏家溝鎮(zhèn)匯入王河，流域面積24.6 km2，河長(zhǎng)16.7 km，河道比降5.1‰。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

區(qū)域地貌類型屬剝蝕堆積地形和侵蝕堆積地形，兩岸為渾園頂狀低丘、丘邊坡地及沖洪積平坦寬谷。地勢(shì)呈西北高東南低。

2.2 地層巖性

區(qū)域內(nèi)分布地層主要有：元古界、中生界、新生界和和侵入巖。元古界地層主要為變粒巖及片麻巖等。中生界地層主要為九佛堂組頁(yè)巖等，分布范圍小。新生界地層主要為第四系沖洪積砂土、粉土及粘性土土層，分布于王河河谷；第四系坡洪積粉質(zhì)粘土、粉土及含碎石粘土等，分布于本區(qū)南北兩側(cè)的丘前平原，分布范圍較大。侵入巖主要為燕山期侵入的二長(zhǎng)花崗巖，分布于區(qū)域北部丘陵區(qū)。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域所處大地構(gòu)造單元一級(jí)為中朝準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅰ）；所處二級(jí)構(gòu)造單元分別為膠遼臺(tái)?。á?）、華北斷坳（Ⅰ3）；所處三級(jí)構(gòu)造單元為下遼河斷陷（Ⅰ31）；所處四級(jí)構(gòu)造單元為法庫(kù)斷凸（Ⅰ31-1）。對(duì)工程區(qū)影響較大的區(qū)域斷裂主要為凌源—北票—沙河巖石圈斷裂，以赤開(kāi)斷裂為分界線，開(kāi)原北部為東北地震帶，南部為華北地震帶。

2.4 區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性及地震

區(qū)域主要位于王河河谷，根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.35 s，對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度，屬構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域[1]。

2.5 水文地質(zhì)條件

區(qū)域地下水類型主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要分布于王河及其支流的河谷內(nèi)。主要含水層為沖洪積和坡洪積的粘性土層、砂土層。受季節(jié)影響，地下水位變化較大。主要受大氣降水補(bǔ)給，其次為地表徑流補(bǔ)給，以地下徑流方式向下游排泄[2]?；鶐r裂隙水主要分布于兩岸山體的風(fēng)化裂隙、卸荷裂隙中，主要接受大氣降水補(bǔ)給，以淺層地下徑流或泉的形式向河谷區(qū)排泄[3]。

3 堤防工程地質(zhì)條件

3.1 地質(zhì)概況

3.1.1 地形地貌

區(qū)域地貌為王河兩岸沖洪積高漫灘及階地?？傮w地勢(shì)呈西北高東南低，地面高程69.0～74.0 m。區(qū)域共有3座跨河橋，即S105公路橋、鐵大公路橋和鐵路橋；左岸有支流1條，寬約50 m；右岸有排水溝2條，寬度 15～35 m。

3.1.2 地層巖性

依據(jù)鉆孔揭露的地層巖性，分左、右岸按自上而下的順序描述如下：

（1）左岸：雜填土層，為堤身填筑土，由粉質(zhì)粘土、碎石等組成，多呈稍密狀態(tài)，層底埋深2.7～3.5 m，層厚2.7～3.5 m。該段堤身上部均有分布。

素填土層，為堤身填筑土，呈可塑狀態(tài)，多具中等壓縮性，主要由粉質(zhì)粘土組成，局部夾有碎石；層底埋深5.9～7.2 m，層厚約3.1～3.8 m。該段堤身下部均有分布。

粉質(zhì)粘土層，為堤基土，黃褐色或灰色，呈可塑狀態(tài)，多具中等壓縮性，局部層間夾粉土、粉砂薄層或透鏡體。本次勘察未揭穿此層，鉆孔揭露的最大厚度為6.1 m。整個(gè)場(chǎng)地均有分布。

（2）右岸：雜填土層，為堤身填筑土，由粉質(zhì)粘土、碎石等組成，多呈稍密狀態(tài)，層底埋深2.5～3.8 m，層厚2.5～3.8 m。該段堤身上部均有分布。

素填土層，為堤身填筑土，呈可塑狀態(tài)，多具中等壓縮性，主要由粉質(zhì)粘土組成，局部夾有少量碎石；層底埋深4.7～6.8 m，層厚約2.0～3.8 m。該段堤身下部均有分布。

粉質(zhì)粘土層，為堤基土，黃褐色或灰色，呈可塑狀態(tài)，多具中等壓縮性，局部層間夾粉土、粉砂薄層或透鏡體。本次勘察未揭穿此層，鉆孔揭露的最大厚度為7.3 m。整個(gè)場(chǎng)地均有分布。

（3）支流回水堤：雜填土層，為堤身填筑土，由粉質(zhì)粘土、碎石等組成，多呈稍密狀態(tài)，層底埋深3.5 m，層厚3.5 m。僅分布于該段回水堤左岸A-B段 0～0+100處。

素填土層，為堤身填筑土，呈可塑狀態(tài)，多具中等壓縮性，主要由粉質(zhì)粘土組成，局部夾有碎石；左岸層底埋深5.5～7.2 m，層厚約3.7～5.5 m。右岸層底埋深4.0～6.0 m，層厚約4.0～6.0 m。該段堤身均有分布。

粉質(zhì)粘土層，為堤基土，黃褐色或灰色，呈可塑狀態(tài)，多具中等壓縮性，局部層間夾粉土、粉砂薄層或透鏡體。本次勘察未揭穿此層，鉆孔揭露的最大厚度為8.0 m。整個(gè)場(chǎng)地均有分布。

3.1.3 水文地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)地下水主要類型為第四系孔隙潛水，廣泛分布于整個(gè)工程區(qū)，以下部粉砂層為主要含水層，一般較厚。地下水位埋藏一般較淺，主要受大氣降水補(bǔ)給，并與河水關(guān)系密切[4-5]。豐枯水期地下水位變化較大。

勘察期間左岸鉆孔揭露的地下水埋深5.8～7.2 m，水位高程63.8～70.5 m；右岸鉆孔揭露的地下水埋深5.5～7.9 m，水位高程 65.8～68.3 m。

3.2 堤防現(xiàn)狀

區(qū)域勘察的兩岸堤防均為現(xiàn)有堤防，堤高5 m左右，堤頂寬約2～4 m?，F(xiàn)狀堤身的填筑材料為粉質(zhì)粘土和碎石的混合料，多呈稍密狀態(tài)，一般為弱透水。

現(xiàn)狀堤防高度基本達(dá)標(biāo)，但存在堤頂大多較窄，堤坡較陡等問(wèn)題，需按防洪標(biāo)準(zhǔn)重新進(jìn)行放坡加固處理[6-7]。

3.3 堤基工程地質(zhì)特征

3.3.1 堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)

根據(jù)鉆孔揭露的地層情況，按《堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程》，各堤段堤基的地質(zhì)結(jié)構(gòu)均為單一結(jié)構(gòu)（Ⅰ類），由細(xì)粒土組成。

3.3.2 物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

由于區(qū)域內(nèi)的堤身填筑土分布較穩(wěn)定，各層的物理力學(xué)性質(zhì)差異不大，因此根據(jù)本次勘察的室內(nèi)試驗(yàn)成果及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，給出了堤身填筑土層（角礫）水上、水下坡角的建議值分別為：35°和30°。

3.3.3 滲透性

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果和公式法計(jì)算，并結(jié)合區(qū)域工程經(jīng)驗(yàn)，綜合確定工程區(qū)內(nèi)各巖土層滲透系數(shù)建議值。

（1）試驗(yàn)法

堤身雜填土層（角礫）未進(jìn)行滲透試驗(yàn)。據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，兩岸堤基粉質(zhì)粘土層滲透系數(shù)為1.2×10-5～1.5×10-5cm/s，為弱透水。堤身素填土層（粉質(zhì)粘土）滲透系數(shù)建議值為3.0×10-5cm/s，弱透水。

（2）公式法

粉質(zhì)粘土層滲透系數(shù)按公式（1）計(jì)算，雜填土（角礫）層的滲透系數(shù)按公式（2）計(jì)算確定。

式中：K—滲透系數(shù)，cm/s；

Cu—不均勻系數(shù)；

d20—占總土重20%的土粒粒徑，mm；

式中：K—滲透系數(shù)，m/d；

C—系數(shù)，本次計(jì)算，角礫取1 000；

d10—占總土重10%的土粒粒徑，mm；

t—水溫，℃，本次計(jì)算取10。

依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果和公式計(jì)算結(jié)果，綜合確定各土層滲透系數(shù)建議值，詳見(jiàn)表1。

表1 王河兩岸堤基土層滲透系數(shù)

3.3.4 地基承載力

（1）原位測(cè)試指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

區(qū)域勘察堤基土層的原位測(cè)試主要采用了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)[7]，局部進(jìn)行了少量的重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，標(biāo)貫錘擊數(shù)（N）與觸探錘擊數(shù)（N63.5）均經(jīng)桿長(zhǎng)校正后，左右岸各堤段按地層進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并給出建議值。詳見(jiàn)表2。

表2 兩岸堤身土和堤基土原位測(cè)試錘擊數(shù)統(tǒng)計(jì)表

（2）承載力

根據(jù)室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果及原位測(cè)試錘擊數(shù)綜合確定了左、右岸堤基土層的承載力特征值，詳見(jiàn)表3。

表3 兩岸堤基土承載力特征值統(tǒng)計(jì)表

3.4 主要工程地質(zhì)

3.4.1 滲透變形

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果，按《堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程》，左、右岸堤基粉質(zhì)粘土層的滲透變形類型為流土型[8]。其臨界水力比降按下式計(jì)算：

式中：Jcr—臨界水力比降；

Gs—土粒比重；

n—孔隙率。

根據(jù)公式計(jì)算的Jcr值，考慮2.0倍的安全系數(shù)，給出各堤段堤基各土層的允許水力比降建議值。詳見(jiàn)表4。

表4 堤基土滲透變形判別及計(jì)算

3.4.2 穩(wěn)定

兩岸堤基土均為單一結(jié)構(gòu)，層位及其厚度較穩(wěn)定，層間未見(jiàn)軟弱夾層。總體上堤基穩(wěn)定性良好。目前尚未發(fā)現(xiàn)影響堤基穩(wěn)定的滑動(dòng)問(wèn)題和影響堤基穩(wěn)定的隱患[9-11]。

3.4.3 沉降變形

堤基粉質(zhì)粘土層較厚，分布較穩(wěn)定，其多為中等壓縮性，承載力滿足設(shè)計(jì)要求[12-13]，該層層間未見(jiàn)軟弱夾層。因此一般不會(huì)發(fā)生不均勻沉降問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

區(qū)域地貌屬丘間沖洪積谷地，主要為王河漫灘及階地。兩岸堤基及支流回水堤的地質(zhì)結(jié)構(gòu)均為單一結(jié)構(gòu)，即均為粉質(zhì)粘土層。該層呈可塑狀態(tài)，多為弱透水，可能發(fā)生流土型滲透變形。粉質(zhì)粘土層透水性較弱，對(duì)堤基滲透穩(wěn)定有利，工程地質(zhì)條件較好。