米脂县堤防工程地质勘察分析

姬保雄

(米脂县水利水保工作队，陕西 榆林 18199)

1 工程概况

规划的米脂县堤防工程总长2.85 km，其中左岸规划长2.16 km，右岸工程0.69 km，护岸工程建成可恢复建设用地约9.9 hm2，保护人口8万多人[1]。工程上游左岸有榆林沟、庙沟的汇入，且庙沟以上现状210国道低于设计30 a一遇设计洪水位，已成工程难以形成封闭的防洪体系[2]，按照防洪要求，需要修建堤防及防浪墙，以保障下游防洪安全。

2 工程现状地质条件

2.1 地形地貌与不良地质作用

工程区位于米脂县县城西南侧。地形总体趋势表现为两侧黄土粱峁区较高，中部河谷区低。河流及两岸均被第四系松散层覆盖，河流轻微蛇曲，河床宽浅、平缓。近几十年来，受河流两岸人类活动约束，侧蚀、下蚀作用微弱，以轻微淤积为主。主河槽两侧多为人工填筑垃圾，人为改造原始地貌幅度较大，地面标高介于860.88～863.95 m。两岸靠近黄土梁峁附近发育一级阶地，左岸阶地前缘多被人工填筑土覆盖；右岸阶地多呈台阶状缓坡，前缘附近人工改造幅度较大，地面标高介于862.96～869.26 m，前缘陡坎高度一般为2.2～8.7 m。

根据区域地质构造资料、工程地质测绘、野外调查及钻探资料，工程段不良地质作用主要为河槽两侧堆积大量垃圾，使河槽变窄，影响汛期泄洪。

2.2 地层岩性

根据钻探揭露，结合野外调查，工程区地层主要由人工填土、第四系全新统冲洪积含细粒土砂和级配不良砾、三叠系上统瓦窑堡组砂岩构成，具体岩性描述如下：

①杂填土，以砂土及建筑垃圾为主。稍湿，松散。主要分布在左岸210国道旁。

①-1素填土，主要由含细粒土砂构成。松散，稍湿。主要为人工采砂堆积物。

②含细粒土砂(SF)，以粉细砂颗粒为主，含泥量约为8%～10%，级配不良，局部夹粉土透镜体。松散，稍湿～饱和。本层厚度为0.6～4.1 m，层底埋深为2.0～7.1 m，层底标高为856.34～859.54 m。主要分布在河槽、河漫滩区段。

③级配不良砾(GP)，充填物以中细砂为主，含少量粉、黏粒。稍密，稍湿～饱和。本层厚度为1.3～3.6 m，层底埋深为3.3～9.3 m，层底标高为853.94～856.79 m。主要分布在河槽、河漫滩下部。

④强风化砂岩T3W：青灰色，矿物成分主要为长石、石英，可见云母及暗色矿物。岩芯呈土状～碎块状，岩体破碎。属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ类,饱和,本层厚度为0.2～1.0 m，层底埋深为3.5～10.2 m，层底标高为852.94～855.89 m。工区内普遍分布。

⑤弱风化砂岩T3W：矿物成分主要为长石、石英，属较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅲ类,饱和,本层普遍分布，揭露厚度为2.3～3.6 m，相应标高为849.34～853.59 m。

2.3 水文地质条件

工程区地下水属孔隙潜水类型。含水层主要为冲洪积含细粒土砂、级配不良砾层，透水性强，含水性较好，水量丰富。工程区地下水主要由大气降水、地下径流及地表水补给，以自然蒸发和地下径流方式排泄[3]。本次勘察共采取2组水样，并进行了水质简分析，其试验结果见表1。按《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008)，地下水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构均具弱腐蚀性；地表水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构均无腐蚀性[4]。

表1 环境水对混凝土的腐蚀性评价

2.4 岩土物理力学指标

根据本次勘察以及室内外试验成果，结合附近地区工程地质勘察成果综合分析类比，提供了各层土的物理力学性质试验结果：②含细粒土砂颗分曲线如图1，不均匀系数为3.32，曲率系数为0.79，为含细粒土砂，渗透系数为2.0×10-3cm/s，具中等透水性。③级配不良砾颗分曲线如图2，不均匀系数为22.28，曲率系数为0.78，为级配不良砾，渗透系数为9.0×10-2cm/s，具强透水性。

图1 ②含细粒土砂综合颗粒级配曲线

图2 ③级配不良砾综合颗粒级配曲线

3 拟建护岸工程地质问题及评价

3.1 堤岸和堤基工程地质类别

拟建护岸1+707～2+660m附近堤岸主要由抗冲刷能力差的全新统冲洪积含细粒土砂构成，地形平缓，河床宽浅、平缓，侧蚀、下蚀作用微弱，根据钻探和地质调查结果，上部堤基土由①杂填土、②含细粒土砂和③级配不良砾构成，抗冲刷能力差；下伏强风化砂岩和弱风化砂岩工程性能相对较好，抗冲刷能力较强，相对隔水。按《堤防工程地质勘察规程》(SL 188—2005)，堤基地质结构属双层结构类型。当基础置于强风化砂岩或弱风化砂岩层时，基本不存在渗透变形问题，工程地质条件类别属较好(B类)。

3.2 岸坡稳定性评价

拟建护岸均处在河漫滩上，1+707～2+660m段地形平缓；0+000～1+007m、1+337～1+707m附近堤防处在人工堆积的杂填土陡坎前缘，地形起伏较大，相对高差约为3.4～7.0 m。上覆地层主要由①杂填土、②含细粒土砂构成，稍湿，松散，抗冲刷能力较弱，工程性能较差。岸坡前缘较陡，在干燥、无水流冲刷条件下处于基本稳定状态。在地表水冲刷、溶蚀作用下易发生局部垮塌现象。建议堤防工程采取固脚防冲护岸措施，基础应埋置于河床最大冲刷深度以下。

3.3 冲刷深度与堤基土的允许不冲刷流速

根据调查，该河段平顺区和顶冲区冲刷深度分别可按1.6 m和2.5 m考虑。冲刷深度计算所需②含细粒土砂的平均粒径值可采用d50=0.202 mm，③级配不良砾可采用d50=4.279 mm。

拟建护岸段分布的②含细粒土砂和③级配不良砾，结构疏松，抗冲刷能力很差。按《水利水电工程地质手册》宽浅渠道考虑，砂土不冲刷流速为0.35～0.60 m/s；级配不良砾不冲刷流速为0.60～0.80 m/s。当水深按2 m考虑时，可不考虑下伏强风化砂岩冲刷问题。

3.4 堤基渗透稳定问题

拟建护岸段位于河漫滩，下伏基岩层位平缓。当堤基置于风化基岩时，堤基可按隔水层考虑，可以满足堤基渗透要求。

根据堤基土的物理力学性质指标和渗透性，②含细粒土砂属不均匀系数≤5的粗粒土，渗透变形属流土类型；③级配不良砾属不连续级配土,25%≤Pc(34%)<35%，渗透变形属过渡型。

根据工程经验，建议含细粒土砂允许水力坡降为0.35，级配不良和含细粒土砾允许水力坡降为0.25。

3.5 堤基承载力

根据野外鉴别、原位测试和室内试验结果，结合工程经验综合分析，各层地基岩土的承载力特征值建议采用如下数值：②含细粒土砂,fak=140 kPa；③级配良好砾，fak=300 kPa；④强风化砂岩，fak=400 kPa；⑤弱风化砂岩，fa=1500 kPa。

3.6 堤基工程地质分段评价

设计堤线处在无定河漫滩区段，河槽较宽浅、平缓，为天然岸坡，无堤防设施，故按新建堤岸进行地质勘察。

(1)0+000～1+007m、1+337～1+707m处在河流高漫滩上的人工填土陡坎前缘，堤基上部为①杂填土，主要是人工堆积杂填土或素填土，堆积期短，以垃圾为主，工程性能差，建议全部挖除；②含细粒土砂，分布连续，一般厚度为0.6～4.1 m，稍湿～饱和，松散，渗透系数2.0×10-3cm/s，允许水力比降0.35，承载力特征值fak=140 kPa，建议全部挖除该层；③级配不良砾，分布连续，一般厚度为1.3～3.6 m，稍湿～饱和，稍密。渗透系数9.0×10-2cm/s，允许水力比降0.25，承载力特征值fak=300 kPa，可考虑作为堤基使用。下伏基岩为④强风化砂岩和⑤弱风化砂岩，承载力特征值分别为fak=400 kPa和fa=1500 kPa，抗冲刷能力较强，建议优先考虑作为堤基使用。施工临时开挖时，水位之上土层放坡坡率(高宽比)建议采用1∶1.00～1∶1.25；水位之下建议采用1∶1.25～1∶1.50。

(2)1+707～2+660 m处在河流漫滩上，地势平缓，②含细粒土砂，分布连续，一般厚度为0.8～2.9 m，稍湿～饱和，松散，渗透系数2.0×10-3cm/s，允许水力比降0.35，承载力特征值fak=140 kPa，建议全部挖除该层。③级配不良砾，分布连续，一般厚度为2.3～3.3 m，稍湿～饱和，稍密。渗透系数9.0×10-2cm/s，允许水力比降0.25，承载力特征值fak=300 kPa，可考虑作为堤基使用。下伏基岩为④强风化砂岩和⑤弱风化砂岩，承载力特征值分别为fak=400 kPa和fa=1500 kPa，抗冲刷能力较强，建议优先考虑作为堤基使用。施工临时开挖时，水位之上土层放坡坡率(高宽比)建议采用1∶1.00～1∶1.25；水位之下建议采用1∶1.25～1∶1.50。

4 结 论

(1)拟建护岸处在河漫滩上，属基本稳定岸坡。其余地段堤岸主要由抗冲刷能力差的人工填土构成，属稳定性差岸坡。

(2)根据钻探和地质调查结果，两岸上部堤基土由厚层①杂填土、②含细粒土砂和③级配不良砾构成，抗冲刷能力差；下伏强风化砂岩和弱风化砂岩工程性能相对较好，抗冲刷能力较强，相对隔水。堤基地质结构属双层结构类型，基本不存在渗透变形问题，工程地质条件类别属较好(B类)。

(3)根据堤基土的物理力学性质指标和渗透性，②含细粒土砂属不均匀系数子≤5的粗粒土，渗透变形属流土类型；③级配不良砾属不连续级配土,25%≤Pc(34%)<35%，渗透变形属过渡型。根据工程经验，建议含细粒土砂允许水力坡降为0.35，级配不良和含细粒土砾允许水力坡降为0.25。

(4)工程区地下水属潜水类型。地下水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构均具弱腐蚀性；地表水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构均无腐蚀性。