中小河流治理工程地质勘察方法探讨

范 尧，赵正国，杨义成，翟寅章，黄 旭，任乐华

（山东省水利勘测设计院，济南 250013）

中小河流治理工程地质勘察方法探讨

范 尧，赵正国，杨义成，翟寅章，黄 旭，任乐华

（山东省水利勘测设计院，济南 250013）

本文主要根据水利工程等相关规程规范要求，通过总结山东地区中小河流治理工程地质勘察工作经验，提出了地质勘察阶段划分、勘察工作布置、工程地质分类、天然建筑材料勘察等方面的地质工作要点，并提出了改进建议。对中小河流域治理工程中存在的主要工程地质问题进行了总结，其结论与经验可供类似工程参考。

河道治理；地质勘察；地质问题；工程地质条件评价

山东地区中小河流大多数水利基础设施兴建于20世纪60年代，一些河堤及附属建筑物存在防洪设施缺失、防洪标准低、基础稳定性差等诸多问题，严重影响河道正常泄洪能力，威胁所在流域人民生命财产安全，因此，为提高防洪标准，改善周围环境，对比中小河流需要进行治理工作。

1 地质勘察阶段划分及目的、任务

1.1 地质勘察阶段划分

勘察阶段的划分旨在通过分阶段和任务提高勘察精度，为优化设计提供可靠地质资料。针对一些河道地质条件较简单，勘察阶段可不用细分，直接按初步设计阶段来做；相对于比较复杂的河道应细化勘察阶段，根据各阶段目的和任务进行相应的勘察工作。

1.2 地质勘察的目的、任务

查明河道及其附属建筑物工程地质及水文地质条件是河流治理工程勘察的主要目的，对存在的工程地质问题提出地质处理措施建议，为设计提供所需的地质资料。

勘察任务包括：评价区域构造稳定性，确定地震动参数。查明拟建堤防、修复堤防的工程地质、水文地质条件，对存在的工程地质问题进行分析、论证、评价［1-3］。查明各类天然建筑材料的料场分布范围、储量、质量、位置，有利于合理的控制投资规模。

2 地质勘察技术原则建议

2.1 技术标准、规程规范

河道治理工程属于综合性水利工程，水利行业地质勘察技术没有专门针对河道治理的规范、规程可依，河流治理工程地质勘察以查明河道及其附属建筑物的水文地质、工程地质条件为目的，为中小河流治理工程提供客观、合理的地质资料［4］。基于以上任务和目的应首先执行参照 《中小河流治理工程初步设计指导意见》（2011），该《指导意见》是中小河流治理前期勘察的指导性文件。现行中小河流治理工程地质勘察主要执行的技术标准包括如下：SL188—2005《堤防工程地质勘察规程》、SL55—2005《中小型水利水电工程地质勘察规范》、SL251—2000《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》，并同时结合GB 50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》等。

2.2 勘察布置

中小河流治理主要以山区河流、山前平原或内陆平原河流为主，地质勘察应参照主要技术规范执行，在勘察过程中要“松紧有度、重点突出”，要以解决实际工程地质问题为目的；河道治理工程应执行的基本依据是以堤防勘察规程为主，同时避免完全照搬规程执行，一是中小河流大多数未达三级堤防标准；二是规程本身也对沿堤线钻孔间距的规定留有余地，比如初步设计适宜为100～500m，参照执行即可，在地质条件简单的中小河流提防（岸坡）段可适当放宽，在比较复杂的提防（岸坡）段也要适量加密。

2.2.1 山区中小河流

山区河道工程地质问题主要以冲刷、坍岸为主，河道平缓区段又存在河道淤积、桥涵堵塞等问题，地勘布置应先对沿河地段做相应地质测绘及调查，针对具体工程地质问题进行分类勘察布置［5］。山区河道多穿越多种地层岩性，第四系覆盖层厚度变化较大，沿河一般区段应以地质测绘及坑、探取样为主，河道附属建筑物区段多以布置工程地质钻探加辅助物探为主，依据地勘资料形成1～2条地质剖面线。

2.2.2 平原中小河流

平原河道堤岸多存在坍塌、堤身、堤基渗透稳定等工程地质问题；地质工作主要针对这些问题来进行勘察布置。其中近河床险工段地质钻孔深度要至深泓点以下3～5m，以满足计算河流冲刷深度和渗透稳定性的要求；远离河床部位岸坡及堤防处钻孔深度至堤基以下5～10m或堤身高度的1.0～1.5倍即可；河滩地和河床处以布置探坑为主，目的主要是验算河道冲刷深度，设计探坑深度一般大于等于1.5m。当河流两岸横向地质条件比较简单时，沿河道地质纵剖面线钻孔可在河道两侧相互交错布置。

2.3 勘察方法

对于堤防工程的勘察，大多数是采用前期准备、工程地质测绘和钻探（坑探、槽探以及物探等）3个部分进行。

2.3.1 地质测绘

中小河流治理工程地质测绘范围以沿河道两岸辐射500m为宜，比例尺根据河道长度宽度及满足勘察任务、目的为基础，多以1∶5000～1∶1000为宜。 工程地质测绘采用全面查勘方法，内容包括：确定地层岩性、构造分布、岩土类型的分布位置及特征；不良地质现象分布范围的圈定。山区河道要初步查明崩滑体的边界、规模、稳定现状及发展变化趋势，后期依据工程治理范围做相应的勘察布置。

2.3.2 钻探

地质钻探以查明中小河流河道、提防（岸坡）的覆盖层厚度、物质组成成分、性状等为目的。一般钻孔开孔孔径宜为130mm，终孔孔径不得小于91mm，以满足取样、现场试验的要求。钻孔深度以不同勘察部位而异；钻孔岩芯采取率：覆盖层、强风化层一般控制在75%以上，中等风化及其他完整岩体控制在90%以上；钻进回次进尺：强风化层、软弱夹层等破碎岩体应小于1m，以提高取芯率。

2.3.3 试验、岩土参数

中小河流治理工程地质勘察要求现场试验和室内试验相结合。现场试验项目包括如下：标准贯入和动力触探试验、孔内抽、注水、压水试验、现场荷载试验等，同时在现场要适当取岩土样进行室内土工试验分析。

针对中小河流岩土物理力学等参数值的确定，由于慢剪及三轴剪试验繁琐在实际工作中应用较少，多采用直接快剪和固结快剪强度计算河道在不同工况下的堤防及岸坡抗滑稳定安全系数。对于某些土层的物理力学参数等问题，现场无法满足取样的情况下，如果有同类可参考数据分析可以类比提出建议值。勘察期间河道及两岸地下水位枯水季节一般较低，地基土层含水量及液性指数试验值会偏低，砂土或少黏性土标准贯入击数会偏大，以此试验结果确定的地基承载力值就会明显偏高，考虑到河道在高水位工况运行下，湿或饱和土地基承载力会明显降低，因此应结合附近地区工程经验对地基承载力进行适当折减［6］。

3 报告、图件编制

3.1 报告编制中应注意的问题

3.1.1 内容客观、不要遗漏

勘察报告内容一定要客观全面，该阐述的内容不能遗漏。山区河道治理，要简述可能发生地质灾害的类型和发育程度，对地震动参数大于等于0.10g且存在可液化土层的工程地基，应根据实际地质条件评价地震液化的可能性，并提出处理措施的建议，河道疏浚应对疏浚河段的土层结构和级配作出分析，提供土层疏挖类别。

3.1.2 把握主次、突出重点

勘察报告要把存在的工程地质问题作重点阐述，次要问题简要分析，报告要把握主次、突出重点，以此才能为治理设计提供依据。

3.1.3 因地制宜、简化土层

按土的颗粒大小百分含量，大体划分为砂土、砂壤土、壤土、黏土4类，针对堤防工程有些特殊性土，要根据室内土工试验来分类，必须按照试验指标来确定，例如淤泥质土，要同时满足孔隙比大于1、天然含水量大于液限这两个条件。堤防工程的土工试验要有颗分、物理力学等全部试验指标。

3.2 工程地质分析及评价

工程地质分类是工程地质条件分析及评价的基础，是工作的难点和重点，评价结果是否准确合理对项目工程设计具有重要意义。因此，野外勘察工作要尽可能的全面、细致外，还应该以适合各流域实际情况的分类评价方法做指导。常用的工程地质分类方法有以下2种［2，6］。

3.2.1 地层结构分类

堤基地质结构宜根据勘探深度范围内岩石、黏性土、粗粒土和特殊土的分布与组合关系来进行分类，以满足评价地基稳定性范围内的岩性组合特征进行划分，同时划分深度范围又不宜太大，如果地层结构划分深度太大分类容易产生混乱，且使中小河流工程地质、水文地质评价缺乏针对性。综述以上，中小河流及其附属建筑物等沿线地层结构及成因类型特征，分为单层结构、双层二元结构、多层混合结构。

3.2.2 工程地质条件分类

工程地质条件分类主要是针对堤基、岸坡而言。堤基工程地质条件分类应因地制宜，并宜根据沿线现状、工程问题及工程地质条件分为4类：A类：不存在稳定性问题，工程地质条件良好；B类：基本不存在稳定性问题，工程地质条件较好；C类：至少存在一种工程地质问题，工程地质条件较差；D类：至少存在一种工程地质问题，工程地质条件差。岸坡工程地质条件分类在堤基（岸坡）地质结构分类的基础上具体可划分为稳定岸坡、基本稳定岸坡、稳定性较差岸坡、稳定性差岸坡等。

上述堤基（岸坡）分段方法直观、简单、适用，在实际工作中得到了广泛应用。

3.3 主要工程地质问题

3.3.1 基础渗透稳定问题

当基础位于砂壤土、卵砾石层中时，由于其结构松散渗透系数大，存在管涌、流土、接触冲刷等渗透稳定问题。

3.3.2 人工边坡稳定性问题

河道治理工程人工开挖边坡时，覆土多为壤土、砂卵石、淤泥质土时，工程施工开挖过程中易引发失稳垮塌等工程地质问题。

3.3.3 基坑涌水问题

河道治理工程施工段位于地下水位以下且揭露底部地层岩性为壤土、砂卵石、淤泥质土时，开挖基坑易存在涌水问题。

3.3.4 基础抗冲稳定性问题

壤土、砂卵石、淤泥质土等易受洪水掏蚀、冲刷，当河道建筑物或者提防基础选此层作为持力层时，基脚堤基容易失稳。因此应根据堤基土的颗粒组成及洪水流速计算冲刷深度，以此对基脚采取护脚等工程防护措施，且严禁在基脚附近开采砂石。

3.3.5 不均匀变形

不均匀变形产生的地质条件是，基础底部分布有中等压缩性土，或中下部为低压缩性的砂、卵砾石，其中夹有淤泥质土透镜体，以及基础底部存在淤泥质土。此时，地基基础处理不当以及地基土所受的荷载不同将使淤泥质土产生较大的压缩变形。

3.3.6 地基处理措施

当地基为软土持力层时，已建堤防工程已运行多年，软土不利因素对其影响不大，现状已基本趋于稳定；但对于闸、坝或护岸工程来说，地基不均匀沉降或者过度变形，容易使建筑物主体开裂或倾斜进而造成建筑物结构性破坏；在地震基本烈度Ⅶ区当地基为可液化土层时，水工建筑物地基必须采取相应的处理措施；当地基浅层地层为强透水层时，在闸坝地基、堤外低洼地段的堤防易产生渗透性破坏，建议采用黏性土截水槽或其他垂直截渗工程对强透水层进行截渗处理。

3.4 天然建筑材料勘察

中小河流治理工程对天然建材需求量一般不大，对于砂砾料和块石料河道场区无法满足时建议以购买为主。当河道治理工程对土石回填料需求量较大时，要对选定附近的料场进行相应的地质勘探与试验等工作，进而对料场的质量、储量及运距进行调查评价［7］。

3.5 图件规范化

严格按水利水电工程地质内业整理规程的要求进行作图。图件内容和格式要合理，次要内容要简化，突出重点。

4 结语

中小河流治理工程相对水利水电、农田水利等水利工程而言，地质勘察难度不大，但勘察方法和流程具有较大的灵活性，应在学习、理解《指导意见》内容的前提下，针对每一条中小河流治理工程的规模、河道现状、地质条件，编制科学、合理的地质勘察报告及图件，为中小河流治理工程设计及施工提供可靠的地质资料。

［1］水利部.中小河流治理工程初步设计指导意见［Z］.2011.

［2］SL188—2005，堤防工程地质勘察规程［S］.

［3］SL55—2005，中小型水利水电工程地质勘察规范［S］.

［4］贺立新，左重辉.中小河流治理地质勘察与工程设计若干问题思考［J］.湖南水利水电，2011（6）：25-27.

［5］唐志强，龙三，李长杰.重庆山区河流小流域治理工程地质勘察探讨［J］.人民长江，2013，44（6）：42-43.

［6］任焕强，贾占军，刘伟.保定中小河流工程地质勘察工作方法探讨［J］.水科学与工程技术，2013（3）：87-89.

［7］SL251—2000，水利水电工程天然建筑材料勘察规程［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 尧（1985-），男（汉族），山东济宁人，工程师，主要从事地下水环境、工程水文地质等勘察研究工作，（Tel）18605314856。