額敏河干流縣域段防洪堤地質問題及抗凍脹設計

徐 艷

（新疆額敏縣水管總站 新疆 額敏 834600）

1 概況

額敏河發源于塔爾巴哈臺山和吾爾喀夏依山交匯處，向西南流經裕民縣，塔城市，注入哈薩克斯坦的阿拉湖，綿延300多公里，年徑流量16億m3，也是塔城盆地最大的水系。

額敏縣行政隸屬于新疆塔城地區，東經83°24′～85°10′，北緯46°09′～47°03′，東以白楊河為界與和布克賽爾蒙古自治縣相鄰，南以烏雪特河為界與托里縣相連，西以錫伯特河為界與塔城市相接，北與哈薩克斯坦共和國接壤。全縣總面積9531.9km2，下轄有11個鄉，1個鎮，5個農牧場。額敏縣位于額敏河流域中上游北岸，所處城區段年徑流量約為2.2億m3。大的地貌類型屬山間沉積盆地，四周高，中間低。

每年的春末夏初，額敏洪水頻發，而尤以暴雨融雪混合型洪水為主，由于洪水洪量大，而形成災害性洪水，直接對城鎮人民的生命財產形成嚴重威脅，給社會經濟造成巨大損失。為此，當地政府和城鎮居民采取了相應的工程措施，曾先后在額敏河也木勒牧場段、城區段修建了防洪堤以及有一定標準的公路橋，但是干砌石、漿砌石或土堤材料的防護堤在水流淘刷和凍脹破壞下毀損嚴重，目前洪水威脅仍然存在，局部甚至成為險段，防洪工程體系很不完善。

2 地質概況

針對額敏河也木勒牧場段、城區段左右兩岸防洪堤現狀，主要加固內容包括：修建額敏河干流也木勒牧場段0+000～5+200左右岸防洪堤、額敏河干流城區段5+200～6+300左右岸，共計12.6km防洪堤建設工程，并進行必要的河道平整。

2.1 左岸工程地質條件

在勘探深度5m內，地層巖性分為4層：

第①-1層——雜填土：厚度0.8m～1.5m，該層分布不均，只在0+300～1+100段見到；土黃色、灰褐色，稍濕～濕。上部為建筑和生活垃圾，下部以礫石為主，含碎磚塊和有機物等。不能利用，建議清除。

第①-2層——低液限粉土：厚度0.3m～0.5m，該層分布不均，只在1-100～0-800段見到；土黃色，稍濕～濕，稍密～中密，干強度低，手捻有砂粒，無韌性，捻面有光澤。天然含水率13.5%～18.1%，天然密度 1.75～1.80g/cm3，液限 23.6%～25.4%，塑限14.8%～16.3%，塑性指數8.8～9.1，粘粒含量 8.0%～19.0%，滲透系數 2.3×10-4cm/s～4.5×10-4cm/s。該層承載力值110kPa，壓縮模量6.0MPa。無腐蝕性，屬凍脹性土。

第②層——礫石：埋深0.0～1.0m，厚度0.6m～2.0m。青灰色，松散～稍密，濕，天然密度2.01g/cm3～2.14g/cm3，天然含水率1.6%～4.5%。粒徑一般為5mm～20mm，最大為80mm～85mm，母巖成份為凝灰巖、花崗巖、砂礫巖等，呈棱角、次棱角狀。粘聚力0kPa，內摩擦角32°，滲透系數1.5×10-2cm/s～3.1×10-2cm/s，強透水性。承載力值160kPa，變形模量12MPa。

第③層——粉土質礫：埋深1.0m～2.0m，最大揭露厚度4.0m，未揭穿。青灰色，稍密，濕，天然密度 1.95g/cm3～2.10g/cm3，天然含水率6.2%～8.8%。粘聚力5kPa，內摩擦角28°，滲透系數4×10-3cm/s～6×10-3cm/s，中等透水性。承載力值170kPa，變形模量14MPa。

河水深0.3m～0.7m，水面低于河床0.5m～1.0m；地下水位埋深0.1m～1.5m，屬孔隙型潛水，主要受河水與降水影響。河水補給地下水。

2.2 右岸工程地質條件

在勘探深度5m內，地層巖性分為4層：

第①-1層——雜填土：厚度0.7m～1.3m，該層分布不均，只在0+300～0+700段見到；土黃色、灰褐色，稍濕～濕。主要為建筑和生活垃圾，局部以礫石為主，含碎磚塊和有機物等。不能利用，建議清除。

第①-2層——低液限粉土：厚度0.3m～0.5m，該層分布不均，只在1-800～0-400段見到；土黃色，稍濕～濕，稍密～中密，干強度低，手捻有砂粒，無韌性，捻面有光澤。天然含水率12.8%～18.3%，天然密度1.75g/cm3～1.80g/cm3，液限 23.6%～25.4%，塑限 14.8%～16.3%，塑性指數8.8～9.1，粘粒含量8.0%～19.0%，滲透系數 2.3×10-4cm/s～4.5×10-4cm/s。該層承載力值110kPa，壓縮模量6.0MPa。無腐蝕性，屬凍脹性土。

第②層——礫石：埋深0.0～1.3m，厚度0.8m～1.5m。青灰色，松散～稍密，濕，天然密度2.01g/cm3～2.14g/cm3，天然含水率 1.6%～4.5%。粒徑一般為5mm～20mm，最大為110mm，母巖成份為凝灰巖、花崗巖、砂礫巖等，呈棱角、次棱角狀。粘聚力0kPa，內摩擦角 32°，滲透系數 1.5×10-2cm/s～3.1×10-2cm/s，強透水性。承載力值160kPa，變形模量12MPa。

第③層——粉土質礫：埋深約1.2m～2.2m，最大揭露厚度3.8m，未揭穿。青灰色，稍密，濕，天然密度 1.95g/cm3～2.10g/cm3，天然含水率6.2%～8.8%。粘聚力5kPa，內摩擦角 28°，滲透系數 4×10-3cm/s～6×10-3cm/s，中等透水性。承載力值170kPa，變形模量14MPa。

河水深0.3m～0.7m，水面低于河床0.5m～1.0m；該段地下水位埋深0.5m～1.6m，屬孔隙型潛水，主要受河水與降水影響。河水補給地下水。

3 工程地質缺陷分析

3.1 土的腐蝕性

堤基土對混凝土結構、混凝土結構中的鋼筋和鋼結構均無腐蝕性。

3.2 環境水的腐蝕性

環境水對混凝土結構無腐蝕性。

3.3 土的凍脹性

砂卵礫石層堤基為不凍脹土，含腐植粉土質砂層弱凍脹～凍脹土。工程區季節性凍土標準凍深1.46m。

建議對堤側墻后含腐植粉土質砂進行換填砂礫石的防凍脹處理。建議基礎埋置深度不小于1.0m左右。

3.4 滲漏

堤線地層巖性主要為雜填土、低液限粉土、礫石和粉土質礫，低液限粉土的滲透系數2.3×10-4cm/s～4.5×10-4cm/s，弱透水性；礫石滲透系數1.5×10-2cm/s～3.1×10-2cm/s，強透水性；滲透系數4×10-3cm/s～6×10-3cm/s，中等透水性。

3.5 地震液化

堤基無飽和粉土，不存在地震液化問題。

3.6 邊坡穩定性

堤線地層巖性主要為雜填土、低液限粉土、礫石和粉土質礫。礫石，粘聚力0kPa，內摩擦角32°；粉土質礫，粘聚力5kPa，內摩擦角28°。建議未經襯砌的土堤邊坡1∶1.00～1∶1.25，亦可根據當地已有成功經驗適當采用小值。粉土質礫是良好的基礎持力層，雜填土應予以清除。

4 防洪堤的抗凍脹設計

根據工程地質資料分析，該工程抗凍脹主要存在原有堤防及河床上部表層有厚度為0.7m～1.5m厚的雜填土，是地質評價的主要缺陷。依據《水工建筑物抗冰凍設計規范》（SL211—2006），進行如下設計：

4.1 設計凍深

式中，Zd——設計凍深，m；

φd——日照及遮蔭程度影響系數；

φω——地下水修正系數，可按規范中式（B.1.1-3）確定；

Zm——實測歷年最大凍深，m；＝1.46m；

φi——典型斷面（N-S，B/H=1.0，m＝1.5）i的日照及遮蔭程度修正系數，取1.05。詳見《水工建筑物抗冰凍設計規范》SL211—2006；

a——系數，可根據建筑物所在的氣候區（由《水工建筑物抗冰凍設計規范》圖B.1.1－3查得）、建筑物計算斷面的軸線走向、斷面形狀及計算點位置由《水工建筑物抗冰凍設計規范》表B.1.1－1查得；

β——系數，可按《水工建筑物抗冰凍設計規范》表B.1.1－2取得。

4.2 土的凍脹量

式中，Zd——設計凍深，m；

計算點的凍脹量為4.33cm，土的凍脹級別為Ⅲ級。

4.3 凍脹土的處理措施

額敏河干流河道多年平均積雪厚度大于0.3m，最大凍土深度為1.46m，因堤防凍脹級別為Ⅲ級，換填土料的厚度為0.8倍的當地最大凍深，坡面所需回填非凍脹性土的厚度為：

因此堤防迎水側設置0.15m厚的砼面板，因而需置換0.68m厚的非凍脹土。

由于額敏縣地處寒冷區，防洪堤冬季與水接觸較少，水位基本保持在河底處，根據區內已建河道堤防工程經驗，置換厚度多為0.30m，且現狀運行良好，故本次額敏縣額敏河干流防洪工程防洪堤設計置換厚度為0.30m的非凍脹土，以滿足防洪堤凍脹要求。

5 結語

額敏河也木勒牧場段、城區段左右兩岸防洪堤存在的主要工程地質問題為沖刷侵蝕與凍脹問題，經分析及實踐經驗參考，建議基礎埋置深度不小于1.0m左右；另外，砂卵礫石層堤基為不凍脹土，含腐植粉土質砂層弱凍脹～凍脹土，建議對堤側墻后含腐植粉土質砂進行換填砂礫石的防凍脹處理，置換厚度取0.3m。陜西水利