某地河漫滩堤防工程勘察中堤防护根深度的确定

李丽，张浩，冯琳

(1.陕西工程勘察研究院，西安　710068；2.中国地质装备集团有限公司，北京　100102)



某地河漫滩堤防工程勘察中堤防护根深度的确定

李丽1，张浩1，冯琳2

(1.陕西工程勘察研究院，西安710068；2.中国地质装备集团有限公司，北京100102)

本文针对在砂卵石河漫滩修建堤防工程，如何确定堤防护根深度等问题，通过分析拟建场地地貌、地层结构、构造以及各主要岩土层物理力学参数、水力学参数等，经过工程地质评价、抗冲刷计算、渗透稳定分析，确定了堤防护根深度,解决了渗透稳定等问题。

堤坝；工程地质；勘察；渗透

1　前言

汉江勉县平川段及其上游控制流域面积大，降雨时空分布极为不均，夏季降雨集中、强度大，河流比降大，集流历时短，往往在干流洪水叠加，极易造成洪灾，给两岸人民生命财产带来严重损失。当地政府高度重视，拟对汉江堰河口至黄沙河口段开展综合治理。

本段治理工程拟改造河道约8 km左右，采用浆砌石或砼护坡形式整治，包括新建、加固、护岸等。本次初步设计确定汉江干流勉县段左岸堰河口～柳丰村(城防段)工程等别为Ⅲ等，防洪标准为50年一遇；汉江干流勉县段左岸柳丰村～黄沙河口(农防段)工程等别为Ⅳ等，防洪标准为20年一遇。受当地政府委托，我院于2013年6月承担了防洪工程地质勘察任务，解决了堤防护根深度、堤基处理等问题，提供了工程地质初步勘察资料。

2　勘察成果

2.1地形地貌、区域构造

工程区位于汉中盆地西部勉县县城以东汉江河谷。勘察区汉江河段长约8 km，河谷底部宽800～1 000 m，河流的高低漫滩和一级阶地比较发育，河流基本呈S形发育，设计堤线位于河流漫滩后部，高漫滩前部。

该段河床漫滩一般宽度300 m，较开阔平缓，滩面高程为523～534 m。堆积层以砂和砂砾石为主。

高漫滩呈带状沿河平缓分布，宽200～500 m，滩面高于低漫滩2～3 m，高程530～539 m。表层一般有一层约0.5 m的粉土，其下为砂、圆砾或卵石层交错分布。高漫滩外侧多为平缓的一级阶地，或者为冲洪积扇、山体。

工程区位于扬子准地台(Ⅲ)龙门-大巴台缘隆褶皱带(Ⅲ1)宁强褶皱束(Ⅲ11)北部边缘地带，西北以宽川铺大断裂(F26)与摩天岭加里东褶皱带(Ⅱ6)为界，北以阳平关—洋县活动断裂(F27)与康县—略阳华里西褶皱带(Ⅱ5)相隔，东南以大竹坝—新集断裂与汉南—米仓台拱比邻。对工程区构造稳定影响较大的活动断裂为阳平关—洋县深断裂(F27)。

宁强褶皱束呈NEE向延伸，基底为上元古刘家坪组，构造地层主要由震旦系、寒武系及志留系碎屑岩、碳酸岩组成。阳平关—洋县断裂带在勉县以西显露清楚，勉县以东被第四系覆盖，该断层破碎带宽约600～700 m，工程区内倾向NW，倾角60°～80°，断裂带中元古代已有活动，新生代多次活动，断裂带切割震旦纪～第四纪地层，沿断裂带历史和现今地震不断。本区有历史记载的最大震级为1635年洋县发生的5.5级地震。

2.2岩土层工程特性

2.2.1岩土层结构

勘探测绘范围内地层主要为第四系松散堆积，其埋藏与组合关系见图1。按由新至老依次为：①填土/②中砂/③粗砂/④粉土/⑤砾砂/⑥圆砾/⑦卵石。

图1　工程地质剖面图

2.2.2粗粒土颗粒粒组分析

颗粒分析统计表见表1。

2.2.3砾卵石层密实度

为了评价砂、砾卵石层密实度，本次勘察在各层分别进行了标准贯入试验和重型动力触探试验，统计结果和密实度评价见表2和表3。

2.2.4岩土层渗透性

堤基附近的粉土水平渗透系数试验值约为1.2×10-4～9.6×10-5cm/s。

根据工程地质勘探、测绘结果以及收集附近场地资料，结合地区经验，堤防区主要堤基土层渗透系数可按以下采用：

表1　颗粒分析试验结果统计表

表2　标准贯入试验成果统计表

表3　重型动力触探试验成果统计表

②中砂，分布于老堤防中下游堤基位置，渗透系数k可取10～30 m/d；

③-1细砂，分布于老堤防中游堤基位置，渗透系数k可取10～20 m/d；

③粗砂，分布于老堤防上游堤基位置，渗透系数k可取20～30 m/d；

④粉土，分布于老堤防上游、下游段堤基位置，渗透系数k可取0.1～1 m/d；

⑤砾砂，分布于老堤防下游(黄沙河段)堤基位置，渗透系数k可取10～40 m/d；

⑥圆砾，堤基下广泛分布，渗透系数k可取30～80 m/d；

⑦卵石，堤基下广泛分布，渗透系数k可取40～100 m/d；

堤基土以中粗砂、卵石为主，均属强～中等透水层，在勘探深度15 m内未见可靠的隔水层。

(5)各岩土层承载力特征值、摩擦系数建议值

根据勘探测试及试验成果，结合地区经验提出各岩土层承载力特征值和岩土摩擦系数建议值见表4。

表4　坝基岩土承载力特征值和摩擦系数建议值

2.3工程区水文地质特征

工程区地下水类型主要为第四系松散层孔隙潜水，含水层以砂卵石层为主。地下水主要受大气降水补给，并有阶地及山坡地下潜流侧向径流补给。堤防区地下水主要向汉江渗流排泄。勘察期间地下水水位为年丰期水位，堤线高漫滩区地下水水位埋深一般6.2～8.9 m，地下水储量丰富，水位变幅1～3 m。根据水样测试结果，按GB50487—2008规范附录L判定：工程区地下水、河水对混凝土无腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。

3　工程主要问题分析

3.1河流冲刷深度分析

河流冲刷深度确定通过工程地质调查和理论计算综合确定。勘察中工程地质调查对河床及漫滩范围内自然冲坑进行了测量与统计分析，结果反映该段河道最大冲刷深度约为2.5 m。

按照《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30—2002)提出针对非黏性土或黏性土对桥下的河床一般冲刷的计算公式，在计算河流冲刷的实际应用中，通过对计算公式进行分析比较，选用对冲刷不利的穿越地段作为计算断面，估算河流对河床的冲刷深度。该地段河床主要为非黏性土河床即砂卵石河床。

非黏性土河床冲刷的计算公式如下：

式中hp——冲刷后水深，m；

Q——河床通过的设计流量，计算时取河流最大洪水流量值1600 m3/s；

A——单宽流量集中系数，A=(B11/2/H)0.15，B1、H为设计流量时的河槽过水净宽和河槽平均水深，变迁、游荡、宽滩河段当A>1.80时，A值可采用1.80；

μ——水流侧面压缩系数，取1.0；

B——河槽过水净宽，取值300 m；

hcm——设计流量时的河槽最大水深，取值3.0 m；

hcq——设计流量时的河槽平均水深，取值2.0 m；

E——与汛期含沙量有关系数，计算ρ取值18.5 kg/m3，E取值0.86；

(注：当水流含沙量ρ<1.0 kg/m3时，取0.46，当1≤ρ≤10 kg/m3，取0.66，当ρ>10 kg/m3时，取0.86；含沙量ρ采用历年汛期月最大含沙量平均值。)

根据上述计算公式，计算得出河床最大冲刷深度为2.46 m，与实地调查较吻合。

3.2堤防护根深度确定

堤基在河流长期冲蚀、淘蚀下能否稳定是堤防工程安全稳定的关键因素，勘察场地左岸堤防基本远离直接冲刷岸，右岸部分冲刷岸堤防已因基础被冲蚀坏而坍塌，因此在充分考虑河流最大冲刷深度和堤基各岩土层性能的条件下，确定堤基埋深宜大于河流最大冲刷深度。

从勘探资料来看，治理段河堤堤基土层分为两层，上部持力层一般为粉土、中细砂、粗砂，层厚1.2～3.0 m，下部为圆砾、卵石，局部为砾砂，厚度大于3 m，粉土允许不冲流速V=0.65～0.70 m/s，砂层允许不冲流速V=0.60～0.75 m/s，圆砾、砾砂允许不冲流速V=1.0～1.5 m/s，卵石允许不冲流速V=1.5～2.0 m/s。据调查该段河流凹岸的冲刷深度一般为2.0～2.5 m，最大不超过3.0 m，建议凹岸(冲刷岸)堤脚护根基础埋深≥3.0 m，凸岸堤脚护根基础埋深≥2.0 m。

3.3渗透稳定分析

从勘探试验资料来看，堤基土层以粗粒土为主，渗透系数k大于15 m/d，属强透水层，允许水力坡降i=0.10～0.15，堤防高度按5～6 m考虑，堤基宽度按15～20 m，堤内行洪时内外水位差一般不大于2 m，堤基砂、砾砂、圆砾存在渗透破坏的可能，但当堤脚护根基础埋深≥2.0 m时，堤基产生渗透破坏的可能性很小。

4　结束语

确定了堤防护根深度，堤基持力层便得到确定，根据持力层承载力特征值、均匀性等勘察成果，进行堤基强度验算，确定选用天然地基或者进行换填碾压处理，并考虑确定开挖基坑边坡参数。至此，堤防工程地质资料基本齐备。堤防护根深度的确定是砂卵石较厚的河漫滩堤防建设工程勘察中的重点问题，抓住了主要问题该工程地质勘察任务方可有效完成。

2015-12-24

李丽(1971-)，女，陕西工程勘察研究院高级工程师，1997年毕业于长春科技大学勘察工程专业，西安碑林区含光路中段19号，Tel：18710351979，E-mail：735623091@qq.com。

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