彰武柳河老堤防加固工程地质条件分析

刘昊宗

(辽宁省大连水文局， 辽宁 大连 116021)

1 概况

勘察区地貌为辽宁彰武柳河冲洪积平原，拟建的加固堤防位于六谷股河的漫滩和阶地，地势整体西北高东南低，地面高程81.1～86.3 m。现主河道宽度200～1 000 m，河漫滩上种植有玉米、大豆等农作物，其中左岸丁家到蜘蛛山段堤内侧为林地，左岸101公路桥下游堤防外侧漫滩上为树林，其它外侧漫滩均被杂草覆盖。两岸堤防附近有坑、塘存在。

2 堤基地层岩性

根据堤防左右岸钻孔勘察情况，上部为堤身填筑土，下部为堤基土。堤基地层形成条件相同，地层结构基本一致，材料组成相同，地层岩性为粉砂，两岸拟加固堤防堤基的粉细砂根据密实程度不同，划分为两个亚层，堤基地层岩性分述如下。

①层：耕植土，黄褐色，含有植物根系,层厚度0.3～0.6 m。

②-1层：粉质细砂，呈黄褐色～灰色，松散状态，颗粒结构均匀，主要成分为石英、长石等，夹层为薄粉质土[1]，层厚0.9～5.5 m，层底高程76.8～81.0 m，左右岸堤防沿线均有分布。

②1层：粉质土，黄褐色，松散～微密，干强度低，韧性低[2]，震动响应快，仅分布于钻孔ZT6附近，层厚2.7 m，层底高程79.8 m。

②-2层：细粉砂，黄褐色～灰色，微密～中密，颗粒结构均匀，主要成分为石英、长石等，层间有薄层粉砂[3]，局部呈层间夹层。该层在勘探钻探深度未被穿透，最大暴露厚度为10.4 m。

3 地质构造与地震

工程区内未发现重大断层。这是一个相对稳定的结构区域。

项目区域的地下水是第四系孔隙水,主要发生在细沙层，埋藏深度较浅，与河水位关系密切，地下水位埋深一般介于1.3～2.2 m之间，随着地势，地下水位由上游向下游逐渐降低，主要由大气降水和地表水补充，以地下水径流形式排入六股河，丰水期河水补给地下水。

4 堤身现状

4.1 堤身概况

大堤外部形状完好、规则，堤身填土主要由河道两岸的粉细砂夹粉土组成，呈稍密～中密状态。堤防迎水坡和堤脚均有块石防护，每隔50 m左右筑有一条丁坝，丁坝偏向下游，与堤防呈一定角度，由块石堆砌而成，外面有铁丝网予以固定，已有堤防堤身稳定。

4.2 堤身土物理力学性质及原位测试

本次勘察在堤身部位分段取样进行了室内土工试验，原位采用了标准贯入试验，测试指标统计结果详见表1。

表1 堤身土原位测试指标统计表

4.3 堤身土渗透特性

对于粉细砂的渗透系数，是根据室内试验和有关经验公式计算的基础上，经综合分析给定，其经验公式如下：

K=Cd102(0.7+0.03t)

式中：K为渗透系数(m/d)；d10为颗粒的有效粒径(mm)；t为渗透水的温度( ℃)，此工程取10 ℃；C为常数，粘土质砂为500～700，纯砂为700～1 000，此工程取700。

由表2可知，堤身填土不均匀系数为3.78，小于5，根据堤防工程地质调查规定[4-6]，堤防土的渗流变形类型可分为流动土型[7]，允许水力比为0.35～0.45。经计算，堤坝填土渗透系数为2.0×10-3cm/s，为中等透水性。

4.4 堤身土质量评价

堤身主要由粉细砂夹粉土筑成，标贯击数14.50击，呈稍密～中密状态，渗透系数为2.0×10-3cm/s，为中等透水，粘粒含量4.54%，堤身土的质量一般。

表2 堤身填土颗分试验成果统计表

5 堤基工程地质特征

5.1 堤基地质结构

堤基础大部分为I类单层结构，部分为II类双层结构。岩堤基构造分类见表3。

5.2 堤基土的物理力学性质指标

本阶段勘察过程中，按计划对各孔揭露的每种土层都分别取样完成了相应物理力学性质试验。各层土的物理力学性质指标经剔除了一些偏高、偏低的数据后，统计结果详见表4。

表3 堤基地质结构分类

表4 堤基各土层颗分试验成果统计表

5.3 地基承载力及其它参数

为了查清各土层及不同深度地基土的密实性，确定不同土层的承载力，勘察过程中对各孔揭露的土层分别进行了标准贯入试验，试验统计结果详见表5。根据锤击在各土层的标准贯入数统计结果，确定各土层地基承载力建议值，详见表6。其它参数详见表7。

5.4 主要工程地质问题及评价

5.4.1 渗透稳定性及评价

依据颗分试验成果，按砂层渗透系数公式计算，粉土的系数取500，粉细砂取700，经计算得知：粉土、粉细砂的渗透系数分别为5.8×10-5cm/s和1.3～2.0×10-3cm/s，属弱透水和中等透水性。

5.4.2 堤基稳定性及评价

左岸堤基在桩号2+955.9～2+575.9段上层为2.7 m厚的粉土，呈稍密状态；其它段堤基岩性均为粉细砂，其中②-1细砂疏松，层厚0.9～5.5 m。②-2层细粉砂为微密至中密状态堤基粉细砂层分布连续，不易产生不均匀沉降。

表5 堤基各土层原位测试指标统计表

表6 堤基各土层承载力统计与建议值表

表7 堤基各土层力学参数建议值表

5.5 堤基工程地质条件分类

本段堤防堤基基本无天然铺盖，附近有坑、塘，粉细砂层易形成渗漏通道，均存在渗透稳定问题。因此，通过综合分析，确定该段路堤基础为C类，工程地质条件较差。

5.6 险工段工程地质条件

5.6.1 地质概况

工程拟治理险工24段，全长约14.528 km，各险工段位于闹德海水库至彰武新民界之间的柳河河漫滩或两岸的岸坎上，为柳河冲洪积地貌，岸坎与漫滩高差一般1～3 m，最低处仅0.5 m，局部险工段有钢丝石笼丁坝，一般长15 m左右，底宽4 m左右，丁坝方向近垂直与河流方向。险工段距柳河主河床距离一般100～400 m，最近处仅10 m。现河漫滩上植被发育，除零星分布的树林外，其余均为庄稼地或杂草。险工设计方案为丁字坝或石笼护岸。

本工程涉及的各险工段土层沉积环境一致，根据钻孔揭露，各险工段地层结构基本相同，各险工段表层为耕植土，厚度0.2～0.6 m之间，含植物根系；主要地层岩性为粉砂细砂，上层粉砂细砂呈疏松状态，下部粉细砂呈稍密～中密状态。

本工程区内地下水主要类型为第四系孔隙潜水[8]，粉细砂为主要含水层，透水性较好，分布稳定，地下水与柳河水联系密切。

5.6.2 地基承载力及其它参数

为了查清各土层及不同深度地基土的密实性，确定不同土层的承载力，在本次勘察过程中，结合各孔揭露的土层进行了标准贯入试验[9-10]，由于各险工段地层结构相同，岩土的物理力学性质相近，因此对各险工段原位测试试验进行综合统计分析，结果详见表8。根据原位测试锤击数综合分析确定各险工段不同土层的承载力值。各土层变形模量、内摩擦角及各土层与混凝土摩擦系数等根据相关规范，结合实际地质情况，提出建议值，详见表9。

表8 险工段不同性质土层标贯试验锤击数汇总统计表

表9 险工段不同性质土层力学参数一览表

6 结语

柳河彰武县城及农村44段险工段地貌及地层岩性类似，边坡稳定性差。柳河丰水期河水流量大，流速急，含砂量大，对附近河段的岸边风积沙丘冲刷强烈，尤其较大洪水期，河流冲刷河岸严重，剥蚀掉大量耕地及林地，因此对岸坡的防护显得尤其重要。②-1层细粉砂在各危险区段疏松，承载力为100～110 kPa；②-2层细粉砂为微密至中密状态，承载力140～160 kPa，不易产生不均匀沉降，地基稳定。