王河堤防工程地質查勘及堤基工程地質特征探析

于思洋

（遼寧航遠建筑工程有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 概述

王河發源于遼寧省沈陽市法庫縣慈恩寺白石砬子山區，流經法庫、鐵嶺的調兵山市和鐵嶺縣，在鐵嶺縣鎮西堡鄉大臺山下匯入遼河，屬遼河一級支流。河流總長50.8 km，河道平均比降0.73‰。柏家溝河發源于曲大溝村流經柏家溝鎮匯入王河，流域面積24.6 km2，河長16.7 km，河道比降5.1‰。

2 區域地質概況

2.1 地形地貌

區域地貌類型屬剝蝕堆積地形和侵蝕堆積地形，兩岸為渾園頂狀低丘、丘邊坡地及沖洪積平坦寬谷。地勢呈西北高東南低。

2.2 地層巖性

區域內分布地層主要有：元古界、中生界、新生界和和侵入巖。元古界地層主要為變粒巖及片麻巖等。中生界地層主要為九佛堂組頁巖等，分布范圍小。新生界地層主要為第四系沖洪積砂土、粉土及粘性土土層，分布于王河河谷；第四系坡洪積粉質粘土、粉土及含碎石粘土等，分布于本區南北兩側的丘前平原，分布范圍較大。侵入巖主要為燕山期侵入的二長花崗巖，分布于區域北部丘陵區。

2.3 地質構造

區域所處大地構造單元一級為中朝準地臺（Ⅰ）；所處二級構造單元分別為膠遼臺隆（Ⅰ1）、華北斷坳（Ⅰ3）；所處三級構造單元為下遼河斷陷（Ⅰ31）；所處四級構造單元為法庫斷凸（Ⅰ31-1）。對工程區影響較大的區域斷裂主要為凌源—北票—沙河巖石圈斷裂，以赤開斷裂為分界線，開原北部為東北地震帶，南部為華北地震帶。

2.4 區域構造穩定性及地震

區域主要位于王河河谷，根據《中國地震動參數區劃圖》，本區地震動峰值加速度為0.05 g，動反應譜特征周期0.35 s，對應的地震基本烈度為Ⅵ度，屬構造相對穩定區域[1]。

2.5 水文地質條件

區域地下水類型主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要分布于王河及其支流的河谷內。主要含水層為沖洪積和坡洪積的粘性土層、砂土層。受季節影響，地下水位變化較大。主要受大氣降水補給，其次為地表徑流補給，以地下徑流方式向下游排泄[2]。基巖裂隙水主要分布于兩岸山體的風化裂隙、卸荷裂隙中，主要接受大氣降水補給，以淺層地下徑流或泉的形式向河谷區排泄[3]。

3 堤防工程地質條件

3.1 地質概況

3.1.1 地形地貌

區域地貌為王河兩岸沖洪積高漫灘及階地。總體地勢呈西北高東南低，地面高程69.0～74.0 m。區域共有3座跨河橋，即S105公路橋、鐵大公路橋和鐵路橋；左岸有支流1條，寬約50 m；右岸有排水溝2條，寬度 15～35 m。

3.1.2 地層巖性

依據鉆孔揭露的地層巖性，分左、右岸按自上而下的順序描述如下：

（1）左岸：雜填土層，為堤身填筑土，由粉質粘土、碎石等組成，多呈稍密狀態，層底埋深2.7～3.5 m，層厚2.7～3.5 m。該段堤身上部均有分布。

素填土層，為堤身填筑土，呈可塑狀態，多具中等壓縮性，主要由粉質粘土組成，局部夾有碎石；層底埋深5.9～7.2 m，層厚約3.1～3.8 m。該段堤身下部均有分布。

粉質粘土層，為堤基土，黃褐色或灰色，呈可塑狀態，多具中等壓縮性，局部層間夾粉土、粉砂薄層或透鏡體。本次勘察未揭穿此層，鉆孔揭露的最大厚度為6.1 m。整個場地均有分布。

（2）右岸：雜填土層，為堤身填筑土，由粉質粘土、碎石等組成，多呈稍密狀態，層底埋深2.5～3.8 m，層厚2.5～3.8 m。該段堤身上部均有分布。

素填土層，為堤身填筑土，呈可塑狀態，多具中等壓縮性，主要由粉質粘土組成，局部夾有少量碎石；層底埋深4.7～6.8 m，層厚約2.0～3.8 m。該段堤身下部均有分布。

粉質粘土層，為堤基土，黃褐色或灰色，呈可塑狀態，多具中等壓縮性，局部層間夾粉土、粉砂薄層或透鏡體。本次勘察未揭穿此層，鉆孔揭露的最大厚度為7.3 m。整個場地均有分布。

（3）支流回水堤：雜填土層，為堤身填筑土，由粉質粘土、碎石等組成，多呈稍密狀態，層底埋深3.5 m，層厚3.5 m。僅分布于該段回水堤左岸A-B段 0～0+100處。

素填土層，為堤身填筑土，呈可塑狀態，多具中等壓縮性，主要由粉質粘土組成，局部夾有碎石；左岸層底埋深5.5～7.2 m，層厚約3.7～5.5 m。右岸層底埋深4.0～6.0 m，層厚約4.0～6.0 m。該段堤身均有分布。

粉質粘土層，為堤基土，黃褐色或灰色，呈可塑狀態，多具中等壓縮性，局部層間夾粉土、粉砂薄層或透鏡體。本次勘察未揭穿此層，鉆孔揭露的最大厚度為8.0 m。整個場地均有分布。

3.1.3 水文地質條件

區域內地下水主要類型為第四系孔隙潛水，廣泛分布于整個工程區，以下部粉砂層為主要含水層，一般較厚。地下水位埋藏一般較淺，主要受大氣降水補給，并與河水關系密切[4-5]。豐枯水期地下水位變化較大。

勘察期間左岸鉆孔揭露的地下水埋深5.8～7.2 m，水位高程63.8～70.5 m；右岸鉆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 堤防現狀

區域勘察的兩岸堤防均為現有堤防，堤高5 m左右，堤頂寬約2～4 m。現狀堤身的填筑材料為粉質粘土和碎石的混合料，多呈稍密狀態，一般為弱透水。

現狀堤防高度基本達標，但存在堤頂大多較窄，堤坡較陡等問題，需按防洪標準重新進行放坡加固處理[6-7]。

3.3 堤基工程地質特征

3.3.1 堤基地質結構

根據鉆孔揭露的地層情況，按《堤防工程地質勘察規程》，各堤段堤基的地質結構均為單一結構（Ⅰ類），由細粒土組成。

3.3.2 物理力學性質指標

由于區域內的堤身填筑土分布較穩定，各層的物理力學性質差異不大，因此根據本次勘察的室內試驗成果及地區經驗，給出了堤身填筑土層（角礫）水上、水下坡角的建議值分別為：35°和30°。

3.3.3 滲透性

根據《水利水電工程地質勘察規范》，依據室內試驗成果和公式法計算，并結合區域工程經驗，綜合確定工程區內各巖土層滲透系數建議值。

（1）試驗法

堤身雜填土層（角礫）未進行滲透試驗。據室內試驗結果，兩岸堤基粉質粘土層滲透系數為1.2×10-5～1.5×10-5cm/s，為弱透水。堤身素填土層（粉質粘土）滲透系數建議值為3.0×10-5cm/s，弱透水。

（2）公式法

粉質粘土層滲透系數按公式（1）計算，雜填土（角礫）層的滲透系數按公式（2）計算確定。

式中：K—滲透系數，cm/s；

Cu—不均勻系數；

d20—占總土重20%的土粒粒徑，mm；

式中：K—滲透系數，m/d；

C—系數，本次計算，角礫取1 000；

d10—占總土重10%的土粒粒徑，mm；

t—水溫，℃，本次計算取10。

依據室內試驗成果和公式計算結果，綜合確定各土層滲透系數建議值，詳見表1。

表1 王河兩岸堤基土層滲透系數

3.3.4 地基承載力

（1）原位測試指標統計

區域勘察堤基土層的原位測試主要采用了標準貫入試驗[7]，局部進行了少量的重型動力觸探試驗，標貫錘擊數（N）與觸探錘擊數（N63.5）均經桿長校正后，左右岸各堤段按地層進行統計分析，并給出建議值。詳見表2。

表2 兩岸堤身土和堤基土原位測試錘擊數統計表

（2）承載力

根據室內物理力學性質試驗成果及原位測試錘擊數綜合確定了左、右岸堤基土層的承載力特征值，詳見表3。

表3 兩岸堤基土承載力特征值統計表

3.4 主要工程地質

3.4.1 滲透變形

根據室內試驗成果，按《堤防工程地質勘察規程》，左、右岸堤基粉質粘土層的滲透變形類型為流土型[8]。其臨界水力比降按下式計算：

式中：Jcr—臨界水力比降；

Gs—土粒比重；

n—孔隙率。

根據公式計算的Jcr值，考慮2.0倍的安全系數，給出各堤段堤基各土層的允許水力比降建議值。詳見表4。

表4 堤基土滲透變形判別及計算

3.4.2 穩定

兩岸堤基土均為單一結構，層位及其厚度較穩定，層間未見軟弱夾層。總體上堤基穩定性良好。目前尚未發現影響堤基穩定的滑動問題和影響堤基穩定的隱患[9-11]。

3.4.3 沉降變形

堤基粉質粘土層較厚，分布較穩定，其多為中等壓縮性，承載力滿足設計要求[12-13]，該層層間未見軟弱夾層。因此一般不會發生不均勻沉降問題。

4 結語

區域地貌屬丘間沖洪積谷地，主要為王河漫灘及階地。兩岸堤基及支流回水堤的地質結構均為單一結構，即均為粉質粘土層。該層呈可塑狀態，多為弱透水，可能發生流土型滲透變形。粉質粘土層透水性較弱，對堤基滲透穩定有利，工程地質條件較好。