王河堤防工程地质查勘及堤基工程地质特征探析

于思洋

（辽宁航远建筑工程有限公司，辽宁 沈阳 110000）

1 概述

王河发源于辽宁省沈阳市法库县慈恩寺白石砬子山区，流经法库、铁岭的调兵山市和铁岭县，在铁岭县镇西堡乡大台山下汇入辽河，属辽河一级支流。河流总长50.8 km，河道平均比降0.73‰。柏家沟河发源于曲大沟村流经柏家沟镇汇入王河，流域面积24.6 km2，河长16.7 km，河道比降5.1‰。

2 区域地质概况

2.1 地形地貌

区域地貌类型属剥蚀堆积地形和侵蚀堆积地形，两岸为浑园顶状低丘、丘边坡地及冲洪积平坦宽谷。地势呈西北高东南低。

2.2 地层岩性

区域内分布地层主要有：元古界、中生界、新生界和和侵入岩。元古界地层主要为变粒岩及片麻岩等。中生界地层主要为九佛堂组页岩等，分布范围小。新生界地层主要为第四系冲洪积砂土、粉土及粘性土土层，分布于王河河谷；第四系坡洪积粉质粘土、粉土及含碎石粘土等，分布于本区南北两侧的丘前平原，分布范围较大。侵入岩主要为燕山期侵入的二长花岗岩，分布于区域北部丘陵区。

2.3 地质构造

区域所处大地构造单元一级为中朝准地台（Ⅰ）；所处二级构造单元分别为胶辽台隆（Ⅰ1）、华北断坳（Ⅰ3）；所处三级构造单元为下辽河断陷（Ⅰ31）；所处四级构造单元为法库断凸（Ⅰ31-1）。对工程区影响较大的区域断裂主要为凌源—北票—沙河岩石圈断裂，以赤开断裂为分界线，开原北部为东北地震带，南部为华北地震带。

2.4 区域构造稳定性及地震

区域主要位于王河河谷，根据《中国地震动参数区划图》，本区地震动峰值加速度为0.05 g，动反应谱特征周期0.35 s，对应的地震基本烈度为Ⅵ度，属构造相对稳定区域[1]。

2.5 水文地质条件

区域地下水类型主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要分布于王河及其支流的河谷内。主要含水层为冲洪积和坡洪积的粘性土层、砂土层。受季节影响，地下水位变化较大。主要受大气降水补给，其次为地表径流补给，以地下径流方式向下游排泄[2]。基岩裂隙水主要分布于两岸山体的风化裂隙、卸荷裂隙中，主要接受大气降水补给，以浅层地下径流或泉的形式向河谷区排泄[3]。

3 堤防工程地质条件

3.1 地质概况

3.1.1 地形地貌

区域地貌为王河两岸冲洪积高漫滩及阶地。总体地势呈西北高东南低，地面高程69.0～74.0 m。区域共有3座跨河桥，即S105公路桥、铁大公路桥和铁路桥；左岸有支流1条，宽约50 m；右岸有排水沟2条，宽度 15～35 m。

3.1.2 地层岩性

依据钻孔揭露的地层岩性，分左、右岸按自上而下的顺序描述如下：

（1）左岸：杂填土层，为堤身填筑土，由粉质粘土、碎石等组成，多呈稍密状态，层底埋深2.7～3.5 m，层厚2.7～3.5 m。该段堤身上部均有分布。

素填土层，为堤身填筑土，呈可塑状态，多具中等压缩性，主要由粉质粘土组成，局部夹有碎石；层底埋深5.9～7.2 m，层厚约3.1～3.8 m。该段堤身下部均有分布。

粉质粘土层，为堤基土，黄褐色或灰色，呈可塑状态，多具中等压缩性，局部层间夹粉土、粉砂薄层或透镜体。本次勘察未揭穿此层，钻孔揭露的最大厚度为6.1 m。整个场地均有分布。

（2）右岸：杂填土层，为堤身填筑土，由粉质粘土、碎石等组成，多呈稍密状态，层底埋深2.5～3.8 m，层厚2.5～3.8 m。该段堤身上部均有分布。

素填土层，为堤身填筑土，呈可塑状态，多具中等压缩性，主要由粉质粘土组成，局部夹有少量碎石；层底埋深4.7～6.8 m，层厚约2.0～3.8 m。该段堤身下部均有分布。

粉质粘土层，为堤基土，黄褐色或灰色，呈可塑状态，多具中等压缩性，局部层间夹粉土、粉砂薄层或透镜体。本次勘察未揭穿此层，钻孔揭露的最大厚度为7.3 m。整个场地均有分布。

（3）支流回水堤：杂填土层，为堤身填筑土，由粉质粘土、碎石等组成，多呈稍密状态，层底埋深3.5 m，层厚3.5 m。仅分布于该段回水堤左岸A-B段 0～0+100处。

素填土层，为堤身填筑土，呈可塑状态，多具中等压缩性，主要由粉质粘土组成，局部夹有碎石；左岸层底埋深5.5～7.2 m，层厚约3.7～5.5 m。右岸层底埋深4.0～6.0 m，层厚约4.0～6.0 m。该段堤身均有分布。

粉质粘土层，为堤基土，黄褐色或灰色，呈可塑状态，多具中等压缩性，局部层间夹粉土、粉砂薄层或透镜体。本次勘察未揭穿此层，钻孔揭露的最大厚度为8.0 m。整个场地均有分布。

3.1.3 水文地质条件

区域内地下水主要类型为第四系孔隙潜水，广泛分布于整个工程区，以下部粉砂层为主要含水层，一般较厚。地下水位埋藏一般较浅，主要受大气降水补给，并与河水关系密切[4-5]。丰枯水期地下水位变化较大。

勘察期间左岸钻孔揭露的地下水埋深5.8～7.2 m，水位高程63.8～70.5 m；右岸钻孔揭露的地下水埋深5.5～7.9 m，水位高程 65.8～68.3 m。

3.2 堤防现状

区域勘察的两岸堤防均为现有堤防，堤高5 m左右，堤顶宽约2～4 m。现状堤身的填筑材料为粉质粘土和碎石的混合料，多呈稍密状态，一般为弱透水。

现状堤防高度基本达标，但存在堤顶大多较窄，堤坡较陡等问题，需按防洪标准重新进行放坡加固处理[6-7]。

3.3 堤基工程地质特征

3.3.1 堤基地质结构

根据钻孔揭露的地层情况，按《堤防工程地质勘察规程》，各堤段堤基的地质结构均为单一结构（Ⅰ类），由细粒土组成。

3.3.2 物理力学性质指标

由于区域内的堤身填筑土分布较稳定，各层的物理力学性质差异不大，因此根据本次勘察的室内试验成果及地区经验，给出了堤身填筑土层（角砾）水上、水下坡角的建议值分别为：35°和30°。

3.3.3 渗透性

根据《水利水电工程地质勘察规范》，依据室内试验成果和公式法计算，并结合区域工程经验，综合确定工程区内各岩土层渗透系数建议值。

（1）试验法

堤身杂填土层（角砾）未进行渗透试验。据室内试验结果，两岸堤基粉质粘土层渗透系数为1.2×10-5～1.5×10-5cm/s，为弱透水。堤身素填土层（粉质粘土）渗透系数建议值为3.0×10-5cm/s，弱透水。

（2）公式法

粉质粘土层渗透系数按公式（1）计算，杂填土（角砾）层的渗透系数按公式（2）计算确定。

式中：K—渗透系数，cm/s；

Cu—不均匀系数；

d20—占总土重20%的土粒粒径，mm；

式中：K—渗透系数，m/d；

C—系数，本次计算，角砾取1 000；

d10—占总土重10%的土粒粒径，mm；

t—水温，℃，本次计算取10。

依据室内试验成果和公式计算结果，综合确定各土层渗透系数建议值，详见表1。

表1 王河两岸堤基土层渗透系数

3.3.4 地基承载力

（1）原位测试指标统计

区域勘察堤基土层的原位测试主要采用了标准贯入试验[7]，局部进行了少量的重型动力触探试验，标贯锤击数（N）与触探锤击数（N63.5）均经杆长校正后，左右岸各堤段按地层进行统计分析，并给出建议值。详见表2。

表2 两岸堤身土和堤基土原位测试锤击数统计表

（2）承载力

根据室内物理力学性质试验成果及原位测试锤击数综合确定了左、右岸堤基土层的承载力特征值，详见表3。

表3 两岸堤基土承载力特征值统计表

3.4 主要工程地质

3.4.1 渗透变形

根据室内试验成果，按《堤防工程地质勘察规程》，左、右岸堤基粉质粘土层的渗透变形类型为流土型[8]。其临界水力比降按下式计算：

式中：Jcr—临界水力比降；

Gs—土粒比重；

n—孔隙率。

根据公式计算的Jcr值，考虑2.0倍的安全系数，给出各堤段堤基各土层的允许水力比降建议值。详见表4。

表4 堤基土渗透变形判别及计算

3.4.2 稳定

两岸堤基土均为单一结构，层位及其厚度较稳定，层间未见软弱夹层。总体上堤基稳定性良好。目前尚未发现影响堤基稳定的滑动问题和影响堤基稳定的隐患[9-11]。

3.4.3 沉降变形

堤基粉质粘土层较厚，分布较稳定，其多为中等压缩性，承载力满足设计要求[12-13]，该层层间未见软弱夹层。因此一般不会发生不均匀沉降问题。

4 结语

区域地貌属丘间冲洪积谷地，主要为王河漫滩及阶地。两岸堤基及支流回水堤的地质结构均为单一结构，即均为粉质粘土层。该层呈可塑状态，多为弱透水，可能发生流土型渗透变形。粉质粘土层透水性较弱，对堤基渗透稳定有利，工程地质条件较好。