内蒙某堤防工程地质评价及勘察方法探讨

宣贵金 胡 宁

1 概 况

1.1 工程概况

某防洪工程位于内蒙古自治区境内,由于沟两侧山坡陡峭,山体植被稀少,对降水的涵养能力极差;沟口以下山前洪积扇仅修建了部分防洪堤防,且标准较低,汛期如遇大雨,形成大的山洪,将给山前的城镇造成较大的灾害。为根除山洪灾害,保护旗府(巴音宝力格镇)免受洪水威胁,按50年一遇的城镇防洪要求,设计流量为99.0～222.1m3/s。堤防工程级别为3级,交叉建筑物与堤防工程级别相同。

1.2 区域地质概况

工程区域上位于狼山山前冲洪积扇与黄河冲积平原之间。

主要地层岩性为:场区北部山区出露有元古界狼山群(PtL)变质岩、白垩系(K)砂砾岩等,工程区所处的临河断陷盆地表层主要为1套新生界第四系河湖相沉积,组成了广阔的黄河河套平原,组成山前洪积扇、坡洪积裙的冲洪积砂砾石层为全新统(Q4)沉积。

场区处于华北断块区的次级构造单元河套断陷带的西侧——临河凹陷西北边缘。

区内主要的构造断裂为狼山山前断裂带,断裂带由一系列向盆地倾斜的阶状正断层组成,沿断裂带近期地震活动频繁,是场区主要的发震构造。

根据历史地震记录,除近年(1979年8月)五原发生5.2级地震以来,在宁夏、磴口有多次小地震活动,但能否发生6级以上地震,历史资料尚无反应。根据《工程场地地震安全性评价报告》中的结论,建筑场地类别为3类,按50年超越概率10%,工程区地震动峰值加速度为0.15g,地震动反应谱周期为0.35 s,相当于地震基本烈度7度。

2 堤防工程地质条件及评价

2.1 工程地质条件

按《堤防工程地质勘察规程》SL188—2005的要求,布置了勘探、测试及试验工作。

地貌上为山麓斜坡堆积地貌。其中桩号SS0+000—SS0+100为沟口段,两岸为剥蚀低山,沟底较窄,沟底宽约33 m,高程1051m。桩号SS0+100以下为山前冲洪积扇,从沟口至团结分干渠长共3.991Ω,现局部已修筑了简易的防洪堤和排洪渠。

根据野外地质勘察,在勘探深度范围内主要地层为第四系冲洪积层(Q)砂砾石层,平面上具有一定的分选性,剖面上也具有较明显的层理。砂砾石层呈浅紫红色,稍湿—湿,中密—密实,砾石含量60%～70%,粒径一般0.5～5.0cm,具层理,含少量块石,直径达20～35cm,稍具分选性,局部夹透镜状砂壤土层层厚3～5m;下部为(Q)砂质粘土,褐红色,湿,可塑—硬塑,含有少量砾石,粒径一般3～5mm,个别钻孔揭露白垩系(K)砂质泥岩。

现场动探试验成果显示,砂砾石的校正后动探平均击数,在1.5～3.0m试验深度内为14.0击;在3.5～5.0m试验深度内为10.6击,表明砂砾石地层密实度均为中密—密实状态。具体原位测试成果见表1。

根据地下水的赋存条件,区内地下水主要类型为第四系松散堆积层孔隙潜水。本次勘察地下水水位高程为1031.7～1032.7 m。根据颗分及工程类比分析判断,砂砾石层为中等透水性地层。通过对地下水取样分析,并根据《水利水电工程地质勘察规范》GB50487—2008中环境水对混凝土腐蚀性评价标准,地下水和地表水对普通水泥搅拌混凝土都有结晶类硫酸盐型强腐蚀,对抗硫酸盐水泥无腐蚀。水样的矿化度和硫酸盐含量较高,也可能与上游的硫铁矿选矿厂尾矿库有关。

表1 动力触探成果表

2.2 堤防工程地质评价

根据勘察资料,该堤防工程基础可座落在第四系全新统冲洪积(Qal+pl4 )砂卵砾石、砂砾石上。砂卵砾石、砂砾石多呈中密状,承载力较高,工程地质条件较好。此外,局部地下水埋藏浅,开挖施工时应注意地下水的影响。

堤基砂卵砾石、砂砾石,分布较稳定,呈低压缩性,压缩模量较高,且堤身高度不大,分析认为,堤基发生沉降及不均匀沉降的可能性不大。

由于该区降水具有水量集中,历时短的特点,在行洪河道内基本不形成积水,因此对堤防地基的渗透稳定影响不大,建议砂砾石的允许坡降为0.17～0.18。

因洪水流速快,泥沙含量大,对堤脚会形成掏蚀破坏,对此应引起高度注意。

堤防两侧局部边坡较高,应注意其稳定性。

此外,该区汛期洪水迅猛,设计应注意其对挡墙填土的掏蚀作用,必要时,采取工程措施。

3 对勘察工作布置方法的探讨

《堤防工程地质勘察规程》SL188—2005第5.3.2条对孔距的规定:堤防勘探纵剖面宜沿堤防中心线或防渗轴线、减压井轴线布置,可研阶段钻孔间距宜为500～1000m,初步设计阶段宜为100～500m,险情多发、地质条件复杂或防洪墙段应适当加密钻孔。

《堤防工程地质勘察规程》SL188—2005第5.3.9条对孔深的规定:堤防钻孔深度宜为堤身高度的1.5～2.0倍(不包括已建堤防堤顶孔的堤身),当相对透水层或软土较厚时,孔深应适当加深并能满足渗流与稳定分析的要求。

分析认为,该堤防工程为 3级,堤高不足 5m,堤基为粗粒径的砂卵砾石、砂性土,承载力较高,变形较低,且由于该区降水具有水量集中,历时短的特点,在行洪河道内基本不形成积水,对堤防地基的渗透稳定影响不大,允许水力坡降满足不进行防渗的要求。

综上所述,在强度、变形、渗透稳定方面均能满足该等规模、级别堤防工程对地基的要求。

因此,笔者认为,针对这样的工程地质条件及工程等级,在收集区域地质或邻近工程资料的基础上,仅需在建筑物部位布置少量的控制性钻孔,沿堤防中心线地貌明显变化的部位布孔或坑井即可,能满足设计要求。而按前述《堤防工程地质勘察规程》SL188—2005的规定进行布置显的合理性较差,必要性不足。

4 结 语

堤防工程地质勘察应根据场地的具体地形、地貌及地质条件,并紧密结合水工建筑物的规模、等级及特点布置,可能更为合理,而不能拘于规范。

1 SL188—2005,堤防工程地质勘察规程[S].