漫灘路堤的設計探討

文/黃金國，四川省林業勘察設計研究院

我國地域遼闊，河流眾多，在平原、平壩區河流兩岸河漫灘、階地發育。河漫灘和一級階地上，地層變化無序，洪水季節受到河水的侵蝕，如果要在河漫灘和一級階地上修建公路等工程建筑物，必須具備一定的條件。本文以寶珠寺水電站對外公路寶輪鎮路堤段為例，對在河漫灘及一級階地上，修建公路工程有關問題進行探討。

寶珠寺水電站位于川、陜、甘三省邊界附近的白龍江上，是以發電為主，兼有灌溉、防洪等綜合作用的大型工程。青水河屬寶珠寺電站下游白龍江上的一支流，在寶輪鎮附近青水河左右岸，以前由于當地不適當的修建了河堤,人為的大量壓縮河床，致使1981年洪水沖垮了河堤，將現設防洪堤處一帶沖刷成低凹河槽，形成寬約20 0米的分洪道，河水在洪峰時節沿分洪道流入Ⅰ級階地后緣，進入晏家河，進而威脅寶輪鎮的安全。所以寶珠寺電站對外公路寶輪鎮水電五局轉運站至飛鴻鵝峽段，在經過寶輪鎮時，當地政府強烈要求從寶輪鎮外側清水河左岸河漫灘和一級階地上通過，兼做防洪堤使用。

1 寶輪鎮段公路路堤工程地質條件

由于河漫灘和一級階地上常受到洪水的侵蝕，地層變化無序，要在上面進行公路等工程建筑，必須進行勘察，取得詳細的地勘資料，以確保路堤的安全，為此，我們在擬建路堤區進行了全面勘察，在路堤段布設了15個鉆孔，進行了8個探坑編錄，現場取樣進行了篩分實驗，動探試驗等測試工作。現分述如下：

1.1 河谷地形地貌

清水河在此處為蛇曲形河道，在路堤的對岸（右岸），由于河流受鳳凰山的制約和水流側向侵蝕作用，河漫灘，階地均不發育，岸坡陡峻，在鳳凰山的上下游有開闊的河漫灘。而路堤側（左岸），河流沉積作用顯著，河漫灘，階地發育。其中河漫灘開闊平緩，寬一般350~500m，最寬處達600余米，其高程從西向東為470~465 m，河漫灘后緣緊接I級階地，階地在ZK9孔附近邊緣較完整，往東側不明顯，向高河漫灘過度。階地階面平坦，寬數百米，階面高層為471~474m，較清水河常年年水位高程高3~5m，階地后緣為晏家河，往東與四合子匯合連成一體，經郭家渡與清水河分洪道連成一體。在路堤段階地后緣被晏家河切割沖刷成常年積水的河槽。

1.2 地層

為查清路基地層特征，在路堤段布設了十五個鉆孔，并進行8個探坑編錄，鉆進情況見表1

1.2.1 工程建筑區西側

該區晏家河及分洪道布設7個鉆孔，鉆孔資料表明，此區地層為：

（1）砂土：除分洪道內ZK3，ZK4號孔外，地表有0.4~0.6米厚的砂土。

（2）砂卵礫石層：砂土下部為砂卵石層，卵石主要成分為沉積巖、火成巖。卵石粒徑一般4~6m。

（3）泥巖：砂卵礫石層下部為淺紫色、紅色泥巖，埋深為3.9~5.9m。

1.2.2 Ⅰ級階地

在Ⅰ級階地上布設3鉆孔，分別為ZK7、ZK9、ZK10，鉆孔資料表明，Ⅰ級階地上地層為：（1）砂土 ： 厚0.8~2.2m粘性好，可塑。（2）砂卵礫石層 ： 此區砂卵礫石層較厚，未見底，卵礫石分以沉積巖，火成巖為主，卵石粒徑一般4~6cm;處于中密狀態。

從ZK7空中可知，砂卵礫石層中含有砂層透鏡體，其埋深為3.8m，厚1.5m，砂以中細砂為主，成分為石英，長石。

1.2.3 高河漫灘

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在高河漫灘上布設了3個鉆孔，分別為ZK8，ZK12，ZK13、鉆孔資料表明，此區地層為：

（1）砂土：厚約0.5m，粘性弱，不可塑。（2）砂卵礫石層：未見底，卵礫石成分以沉積巖，火成巖為主，卵石粒徑一般4~6cm。

1.2.4 建筑區東側

為四合子段，在此布設2個鉆孔，分別為ZK14，ZK15，鉆孔資料表明此區地層為：

（1）亞粘土：地表為亞粘土，厚約1米，以粘土為主含部分砂質，粘性強，可塑。

（2）砂卵礫石層：未見底，卵礫石以沉積巖，火成巖為主，卵石粒徑一般4~6m，約占30%，礫石粒徑一般1~2m，約占50%，松散—中密。

1.3 水文地質概況

區內地下水含水層主要為砂卵礫石層，沿河谷呈條帶狀分布，組成河漫灘和一級階地，在寶輪鎮砂卵礫石厚約幾十米，屬潛水含水層，水量豐富，單井涌水量可達968.45噸/日。

據鉆孔資料，地下水埋深0.8~5.4m水位高程分別為469.3~466.7 m，表明地下水流向與地表河流流向一致，其水力坡度為0.0026，從ZK8、ZK9、ZK10可知，在橫向上，地下水流向為從北至南，水利坡度為0.008。

另外據水文調查資料，晏家河和清水河水位高程分別為469.5~470m。468.9~469.6m（1984年11月），高于相應處的地下水位，河水補給地下水，洪水季節，地下水隨洪水位的上漲而升高，隨洪水位的降低而緩慢下降。

1.4 河谷水流動態特征

在此處由于河床開闊，在河口又受到白龍江河水阻截，清水河流量僅相當于白龍江同等流量的15%和4.8%，受到白龍江河水頂托的影響，造成河床淤積，致使河床比降進一步減小，水流流速慢，搬運力低，表現為以沉積為主，在這種水動力條件下，河流侵蝕作用小，河床隨時間的推移，其比降將減小，河床升高。

2 公路路堤設計中的有關問題

在河漫灘和Ⅰ級階地上進行公路路堤工程建筑應具備的必要前提條件，本文認為應滿足以下幾條。

2.1 河床的過水斷面和泄洪能力

此處河漫灘寬緩。過水斷面大，路堤建成后，尚有幾百米寬的河漫灘作為過水斷面。為準確測算該區河流的泄洪能力，在路堤段從西向東依次做了3個河床斷面，并對各斷面處的流量、流速、過水斷面面積按50年一遇洪水位進行推算：

Ⅰ斷面：50年一遇設計流量為8307m3/s；

過水斷面面積為3364m2

平均流速為2.47m/s

Ⅱ斷面：50年一遇設計流量為8331m3/s

過水斷面面積為2606m2

平均流速為3.2m/s

Ⅲ斷面：50年一遇設計流量為8368m3/s；

過水斷面面積為1732m2

平均流速為4.83m/s

計算結果表明，路堤建成后，河床斷面足以排泄洪水，泄洪能力滿足設計要求。

2.2 有良好的路基持力層

以上可知，河漫灘和Ⅰ級階地上，地層以砂卵礫石為主，我們在現場取樣進行了顆分試驗，取樣深度為0.5~2.0m。試驗結果表明，卵石粒徑一般2~6cm,約占47.26%；礫石粒徑一般0.5~1cm，約占35.35%；含少量漂石，約占8%；砂泥約占9.39%。按d60與d10的比率計算不均勻系數Cu=2.7。另外我們在現場進行了N120動探試驗。

從表2可知，砂卵礫石層，地基承載力在3×105Pa以上，彈模在1.8×107Pa以上。砂卵礫石層處于中密狀態。據研究資料，由于砂卵礫石層中砂、卵石、礫石之間嵌合力強，又具有較高的承載力，與實際相符，所以砂卵礫石層是良好的基礎持力層。

2.3 地下水作用對基礎的影響

據水質分析試驗資料，水中H+與侵蝕性CO2含量少，礦化度為304.24毫升/升，地下水為自然界廣泛存在的HCO3~Ca型水，對混凝土無侵蝕作用。

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據前述資料，此區地下水動力條件弱，縱向上從西向東，水力坡度僅為0.0026，橫向上從北至南，水力坡度僅為0.008.地下水主要補給源為地表水，雨季雖然地下水位隨洪水位的升降而變化，但變化幅度小，動水壓力弱，不會導致流砂等不良作用，地下水基本上無潛蝕作用，對基礎影響微弱。

2.4 路堤的設計高度和基礎設置

2.4.1 從距河灘路堤25公里遠的上寺水文站搜集到寶輪鎮即川峽公路329公里處的最大洪水位資料，在上述3個斷面處，用經驗和理論頻率曲線適線法推算50年一遇洪水設計流量和100年一遇洪水校核流量，根據一般城鎮防洪要求，推算出3個斷面上的50年一遇和100年一遇洪水流量，按斷面、河床比降、糙率、試求水深、考慮波浪高度和波浪侵襲高度等確定了各斷面處路堤設標高。

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2.4.2 基礎設置在砂卵礫石層上，設計時對其防護進行了沖刷計算，按沖刷深度確定基礎的埋置深度，確保基礎安全。

（1）路基直接防護 估計河槽自然變形及一般沖刷，自然變形考慮坡腳可能發生最大的河槽水深，一般沖刷按坡腳可能發生最大的河槽水深，一般沖刷按坡腳設計水深計算沖刷深度，如Ⅱ斷面處沖刷深度為0.69m。

（2）斜沖刷根據路堤與水流流向交角，計算斜向沖刷所引起的局部沖刷，用較大值作為沖刷深度，如Ⅱ斷面上斜沖刷深度為0.73 m。

因此在Ⅱ斷面處基礎設置深度大于0.73m，其它地段依次類推。

2.5 對其它建筑的影響

從寶輪鎮到昭化，在郭家渡橫跨清水河，當地設置一個渡口稱為解放渡口，路堤建成后，既有利于寶輪鎮布局規劃，又有利于路堤下部解放渡口的引渡，對渡口今后的改造建設無不良影響。約700余畝，河灘地600余畝，為農田建設創造了有利條件。

3.3 有利于城鎮建設和規劃，能充分發揮線路的功能作用，具有較好的經濟效益。

3.4 由于清水河河水受白龍江回水的頂托，水流流速慢，河床淤積嚴重，致使河床抬高，影響泄洪能力，為解決這個問題，除設計上按該區洪水位高程提高路基設計標高外，建議筑路材料及當地進行工程建筑所需砂卵石料在路堤下游開采，盡量降低河床，疏通河道。

3.5 據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306-2015)，該區地震基本烈度Ⅵ度，因此可以不考慮砂土液化問題。

本文是在實際工作的基礎上，對河谷區公路路堤工程建筑的前提條件進行了論證和探討，可供城鎮公路規劃參考。

3 結束語

3.1 路堤選擇在地勢開闊的高河漫灘和Ⅰ級階地上，滿足河谷區進行公路路堤工程建筑的前提條件和各項技術標準。

3.2 場地開闊，施工方便，占用農地少，公路建成后可保護農地

[1]工程地質手冊編寫組。《工程地質手冊》（第四版2009）。中國建筑工業出版社.

[2]北京大學等合編《地貌學》高等教育出版社。1985.4.

[3]《公路路線設計規范》JTG D20-2006.

[4]《公路工程地質勘察規范》JTG C20-2011.