基于静力触探的渠道及人工湖工程地质评价

2021-07-09肖承辉刘佳佳

水科学与工程技术 2021年3期

肖承辉，刘佳佳

（仙桃市勘测设计院，湖北仙桃 433000）

静力触探试验作为一种快速测试的原位测试技术，具有连续测试、兼具测试与勘探功能、理论成熟和成本低廉等优点，在岩土工程勘察中得到广泛应用［1-7］。对于利用静力触探测试技术进行渠道和人工湖地质工程评价报道较少。王兆云等［8］采用静力触探和十字板剪切试验相结合的方法对新疆阜昌干渠工程进行了测试，地层条件主要为饱和黄土；李博［9］通过静力触探试验方法对新疆伊犁某输水渠道进行勘察，对比贯入阻力计算各层土的天然地基承载力；张微［10］对内陆河湖相软土展开综合原位测试技术方法勘察，提出利用静力触探试验进行土层划分。分析可知，现阶段在对渠道和人工湖勘察中，常采用静力触探试验进行一种测试手段，而利用静力触探数据对工程地质的分析评价较少。

1 工程概况

拟建工程为仙桃市排涝治涝工程，即在通顺河水位较高、产业园无法自排时，新建水闸、开挖人工湖和疏挖沟渠确保调蓄容积，并与现有工程联合运行调度，将非织造布产业园和老镇区涝水提排至通顺河，保障区域排涝安全。勘察目的是为仙桃市非织造布产业园10条沟渠及2座人工湖的治理设计提供地质依据。工程区位于汉江下游，汉江平原东部，以堆积成因为主，地貌具典型冲积平原地貌特征。区内河渠成网，水系发育，地势较平坦，地面高程20.25～24.54m。

2 地质特征

工程区范围无基岩出露，均为第四系松散堆积物覆盖，覆盖层厚度一般80～100m，按时代成因主要为全新统人工堆积层和冲洪积层，其地层岩性主要为黏性土、淤泥质土及砂性土等，空间分布较复杂。对南干渠节制闸进行地质钻探，揭示主要地层由新至老分述如下：

区内河湖密布，沟渠纵横，水系发育。勘察期间，场区渠道或河流水深一般0.50～1.50m，水流流速缓慢。根据地下水埋藏条件，地下水类型主要分为孔隙性潜水和承压水，其中潜水属浅层地下水，赋存于第四系松散堆积物中，主要接受大气降水和地表水补给，向低洼处排泄；承压水赋存于底部砂性土层中，承压水水头高度主要受汉江水系水位高低影响。

3 静力触探数据的采集与分析

采用静力触探测定黏性土、粉土、砂土的比贯入阻力等参数，估算土的强度、压缩性等力学参数。静力触探孔采用单桥探头测定土层的有关参数。

静力触探贯入设备采用全液压双缸贯入仪，最大贯入力200kN，静力触探探头为I-2型探头，直径43.7mm，截面面积15cm2，有效侧壁长度70mm，锥角60°。试验时，在设计孔位处准确安装触探机，需用水平尺校准基座，使之保持水平，并与反力装置锁定牢固。在贯入过程中要始终保持基座水平、探杆竖直。要以贯入速率1.2m/min匀速进行贯入。当贯入至地面下0.5～1.0m时，应对记录仪表进行调零，以后每2m调零1次，并记下调零前读数，作为比贯入阻力修正依据。每贯入3～4m便需对深度进行校核，当记录深度与实际贯入深度不符时，应作好记录，作为深度修正的依据。如图1。

图1 典型静力触探数据

对场区各层土的比贯入阻力统计分析，如表1。

表1 场区各层土的比贯入阻力统计

由室内试验确定的承载力特征值、压缩模量，如表2。对场区的黏性土和无黏性土分别进行统计回归，如图2、图3。

表2 室内试验确定的承载力特征值、压缩模量

图2 比贯入阻力与地基承载力特征值关系

图3 比贯入阻力与压缩模量关系

从图2、图3可看出，黏性土（②粉质黏土夹粉土、③淤泥、④3黏土、⑤粉质黏土）和无黏性土（⑥粉砂夹粉质黏土、⑦粉砂、⑧细砂）的地基承载力特征值和压缩模量与比贯入阻力都呈现较好的线性关系，确定系数R2都大于0.90。同时，黏性土和无黏性土的地基承载力与压缩模量都存在量的差异，这种差异可以分别用以下公式进行表达：

对场区黏性土的不排水抗剪强度与比贯入阻力、内摩擦角与比贯入阻力进行线性回归，如图4、图5所示。从图中可以看出，对于强度指标不排水抗剪强度和内摩擦角，比贯入阻力都可以较好地反映力学本质，并可以用线性关系进行表达：

图4 比贯入阻力与饱和黏性土的不排水抗剪强度关系

图5 比贯入阻力与内摩擦角关系

4 渠道及人工湖主要工程地质问题及评价

4.1 岸坡稳定评价

拟治理渠道两岸岸坡多较低矮，岸坡高1.0～3.0m，坡度较陡峭，坡度45°～70°，多为自然岸坡，多无支护。由图4可知，自然边坡坡高范围内的土层主要为饱和黏性土，利用比贯入阻力确定的不排水抗剪强度较小，小于40kPa，建议对岸坡进行支挡防护处理。

拓宽及新建渠道、人工湖深约3.0～4.0m。两岸岸坡一般高2.0～4.0m，沿线地形平缓开阔，多为农田耕地、鱼塘等，沿线揭露地层均为第四系覆盖层，多为粉质黏土层、砂土层、淤泥质土层，由图4可知，利用比贯入阻力确定的不排水抗剪强度较小，小于40kPa，对于淤泥则更小，一般小于20kPa，边坡稳定性较差，开挖时建议黏性土坡比范围1∶1.25～1∶1.75，淤泥坡比范围1∶2.0～1∶2.5。

原渠道水域及拟建人工湖范围类鱼塘底部表层分布有少量的浮泥及淤泥质土层，厚0.2～0.5m，范围较小，厚度较薄，其仅分布于水体下，两岸岸坡下部没有该地层分布，其对岸坡稳定影响较小。

4.2 基础持力层选择

渠道两岸及湖岸拟建设的建构筑物主要为护岸工程，荷载较小。场区地层分布较简单，根据建构筑特征，结合地层岩性，各土层性质评价及持力层选择详述如下：

4.3 支护构筑物稳定性评价

渠道两岸及湖岸支护构筑物主要为两岸护脚、护岸等，主要支护形式为生态框护脚、格宾网护脚等。

根据工程地质勘察资料，渠道及人工湖段分布一定厚度的②粉质黏土夹粉土层、③淤泥层，②粉质黏土夹粉土层分布厚度不大， ③淤泥层物理力学性质相对较差，地基承载力特征值较低。

渠道及人工湖部护岸构筑主要以③淤泥层为基础持力层，或基础下部存在该下卧软卧层。利用比贯入阻力确定的地基土承载力特征值45kPa，压缩模量为2.5MPa，对地基而言可能存在一定的不均匀沉降问题，同时不排水抗剪强度小于20kPa，可能会引起挡墙支护构筑物产生滑动、倾覆等失稳问题，建议设计根据各段工程地质条件进行复核验算，根据计算结果，对该层进行处理，优化构筑物设计，地基加固。

4.4 节制闸工程地质条件及评价

本次渠道治理节制闸主要为南干渠节制闸，根据现场勘察情况，南干渠节制闸工程地质条件详述如下：

南干渠节制闸位于南干渠与剅沟渠交叉处附近排水沟处。南干渠沟底宽约15.0m，深约2.5m，两侧为农田。闸底板以下为第四系全新统冲积③淤泥层。淤泥层为流塑状，其饱和松软，力学性质差，地基承载力特征值仅45kPa，压缩模量2.5MPa，不适宜作为基础持力层，建议采取基础处理措施，处理深度以满足持力层设计要求为准。