丹江商南段堤防潛壩工程地質探析

蘇全軍

（陜西省商南縣城關街道辦農業綜合服務站，陜西 商南 726000）

0 引言

丹江商南段位于中低山區，河谷呈“串珠狀”發育，為了確保當地安全，規劃建設堤防5.1 km，設計堤線長4967.3 m（護岸264.8 m，堤防4702.5 m）、加固段長842.3 m，新修固床潛壩6 座。工程區保護人口1893 人、耕地1172 畝。丹江秦嶺段地質狀況復雜，河勢較險，為了確保項目安全建設，需對其地質情況進行探析。

1 工程區基本地質條件

1.1 地形地貌

該區域寬谷與峽谷相間分布，河谷寬度100 m～600 m，兩岸發育有一級階地，河床漫灘寬約10 m～200 m，灘面高程在579 m～590 m，一級階地與河流漫灘為陡坎接觸，坎高1.0 m～3.0 m，一級階地階面寬50 m～600 m，階地堆積物二元結構清晰，上部砂壤土，下部砂礫石。設計堤線大多位于河流高漫灘前緣，局部位于一級階地前部。堤基土層以砂礫石為主。

1.2 地質構造及地層巖性

工程地質調查沒有發現斷層等大的地質構造，巖體表面強風化帶厚度1.0 m～1.5 m。根據調查及勘探資料，工程區可分為5 個工程地質單元，分別為第四系全新統人工堆積（Q4s）填土、統沖積層（Q42al）砂礫石、統沖積層（Q41al）砂壤土、統沖積層（Q41al）砂礫石、礫巖。礫石粒徑1 cm～3 cm，成份為石英、花崗巖，巖體表面強風化厚度1.0 m～1.5 m。

1.3 水文地質

工程區地下水為第四系孔隙潛水，含水層為卵石層。勘察期地下水埋深0.3 m～8.2 m，水位略高于河水，兩岸地下水補給河水。本次勘察共取水樣2 組，其中地下水1 組，地表水1 組，分別進行室內分析試驗，地表水水化學類型為HCO3--SO42-Ca2+-Mg2+型水，地下水水化學類型為HCO3--Ca2+型水。按照《水利水電工程地質勘察規范》（GB 50487-2008）[1]腐蝕性評價，工程區地表水及地下水對砼無腐蝕性。

1.4 工程地質分析

工程區地形平緩、開闊，根據調查，無不良物理地質現象。局部傍山段有崩塌發生，對工程無大的影響。粗粒土的野外密度試驗成果匯總見表1，相對密度試驗匯總見表2。根據顆分試驗資料，可知漫灘（Q42al）②卵石不沖粒徑d15=0.80 mm，中間粒徑d50=14.8 mm，沖刷粒徑d85=79.8 mm。

表1 野外密度試驗成果匯總表

表2 相對密度試驗成果匯總表

2 堤防工程地質條件評價

2.1 梁家灣段

梁家灣段左岸設計樁號Z0+000～Z0+114 m，右岸設計樁號Y0-050 m～Y0+056 m，堤線位于一級階地。上部砂壤土壓縮模量Es=3.5 MPa～4.0 MPa，滲透系數K=8×10-4cm/s，J允許=0.30，承載力標準值fak=100 kPa；堤基位于砂礫石中，砂礫石干密度ρd=1.97 g/cm3，相對密度Dr=0.53，中密，滲透系數K=5.0×10-1cm/s，J允許=0.13，承載力fak=280 k Pa，變形模量E0=18 MPa～20 MPa。堤防基礎與卵石摩擦系數f=0.53。建議砂壤土開挖坡比1∶1，砂礫石水上1∶1.2～1∶1.5，水下1∶1.5～1∶1.75。放坡高度2.5 m，寬度3.8 m，平臺寬2 m，采用理正軟件計算出放坡穩定安全系數為1.391，大于規范系數1.3，滿足要求。

2.2 寺灣段

寺灣段堤線地層結構，根據勘察資料分析堤基工程地質條件按地層結構分為一類一段，分析評價如下。設計樁號支0+000～支0+097 m，堤線位于河漫灘。堤基上部②砂礫石，下部⑤礫巖。②砂礫石干密度ρd=1.91 g/cm3，相對密度Dr=0.40，滲透系數K=7.0×10-1cm/s，J允許=0.12，承載力fak=260 kPa，變形模量E0=16 MPa～18 MPa，堤防基礎與②砂礫石摩擦系數f=0.50；⑤礫巖強風化承載力fak=400 kPa，弱風化礫巖承載力fak=700 kPa。堤防基礎與②層砂礫巖摩擦系數f=0.50，與⑤礫巖摩擦系數f=0.55。建議開挖坡比②砂礫石水上1∶1.2～1∶1.5，水下1∶1.5～1∶1.75，⑤礫巖1∶0.3～0.5。

2.3 柳樹灣段

柳樹灣段堤線地層結構，根據勘察資料分析堤基工程地質條件按地層結構分為一類一段，分析評價如下。設計樁號支0+000～支0+100 m，堤線位于河漫灘。堤基位于②層砂礫石中。②砂礫石干密度ρd=1.91 g/cm3，相對密度Dr=0.40，中密，滲透系數K=7.0×10-1cm/s，J允許=0.12，承載力fak=260 kPa，變形模量E0=16 MPa～18 MPa。堤防基礎與②層砂礫石摩擦系數f=0.50，建議②砂礫石開挖坡比水上1∶1.2～1∶1.5，水下1∶1.5～1∶1.75。

3 堤基主要工程地質問題評價

3.1 沖刷及堤基埋深

治理河段屬沖刷型平衡性河道，設計堤線一般位于河流漫灘后部或一級階地前緣，河流漫灘和一級階地堆積層以礫石為主，層厚＞6.0 m。一級階地表層砂壤土覆蓋層厚一般≤2.0 m。砂壤土不沖刷流速為0.4 m/s～0.5 m/s，砂礫石不沖刷流速為1.2 m/s～1.5 m/s，礫巖允許不沖刷流速為2.0 m/s～2.5 m/s。野外調查丹江最大沖刷深度1.8 m～2.3 m，洪水期易形成沖刷河槽，建議堤基埋深≥2.5 m。

3.2 堤基穩定性評價

根據勘探試驗資料分析，治理河段堤防基礎埋深按≥2.5 m考慮，堤基結構河漫灘為單層結構，一級階地為二層結構。堤基一般位于砂礫石，堤基砂礫石層厚度＞6.0 m，局部位于第三系砂礫巖中。堤基范圍內無軟土等不良地層土分布，地基強度高，抗滑穩定條件較好。

3.3 滲透穩定性評價

根據顆分試驗成果，堤基為級配良好礫石。滲透系數K=（5.0～8.0）×10-1cm/s，強透水。允許水力坡降J=0.12～0.13，滲透破壞類型屬管涌型。由于堤基礫石層厚≥6.0 m，堤外未見切割含水層的洼地、水塘，當基礎埋深≥2.5 m 時堤防內外水位升降基本同步、差值較小，形成的水力比降小于0.12，不會發生滲透破壞，亦不會發生環境地質問題。

4 潛壩工程地質條件評價

4.1 1# 潛壩工程地質條件

1#潛壩位于河道中心樁號45+012 m 處，河床寬度約35 m左右，漫灘寬度約10 m～60 m，河床及漫灘高程590.0 m～595.0 m，巖性為②砂礫石。左右岸一級階階面寬度70 m～100 m，高程597.0 m～599.0 m，地表覆蓋③砂壤土，下部④砂礫石。壩基水平距離32.2 m～185.9 m，地貌單元河漫灘。②砂礫石厚度＞10.0 m，干密度ρd=1.91 g/cm3，相對密度Dr=0.40，中密，滲透系數K=7.0×10-1cm/s，J允許=0.12，變形模量E0=16 MPa～18 MPa，承載力fak=260 kPa，允許不沖刷流速V=1.2 m/s～1.5 m/s。建議堤防基礎與②砂礫石摩擦系數f=0.50，②砂礫石開挖坡比水上1∶1.2～1∶1.5，水下1∶1.5～1∶1.75。放坡高度3 m，寬度4.5 m，平臺寬2 m，采用理正軟件計算出放坡穩定安全系數為1.321，大于規范系數1.3，滿足要求。

4.2 2# 潛壩工程地質條件

2#潛壩位于河道中心樁號45+325 m 處，河床寬度約25 m左右，漫灘寬度約15 m～75 m，河床及漫灘高程586.0 m～590.0 m，巖性為②砂礫石。左右岸一級階階面寬度大于100 m，高程594.0 m～596.0 m，地表覆蓋③砂壤土，下部④砂礫石。壩基水平距離25.0 m～170.4 m，地貌單元河漫灘。②砂礫石條件及建議同上。

4.3 3# 潛壩工程地質條件

3#潛壩位于河道中心樁號45+688 m 處，河床寬度約30 m左右，漫灘寬度大于50 m，河床及漫灘高程585.0 m～588.0 m，上部覆蓋①填土，下部為②砂礫石。右岸一級階階面寬度約30 m左右，高程606 m 左右，地表覆蓋③砂壤土，下部④砂礫石。壩基水平距離28.5 m～167.6 m，地貌單元河漫灘。②砂礫石厚度＞8.0 m，其它條件及建議同上。

4.4 4# 潛壩工程地質條件

4#潛壩位于南溝～西溝段右岸樁號Y0+136.1 m 處，河床寬度約26 m左右，漫灘寬度大于80 m，河床及漫灘高程584.0 m～590.0 m，上部覆蓋①填土，下部為②砂礫石。右岸一級階階面寬度約25 m 左右，高程592.0 m～593.0 m，地表覆蓋③砂壤土，中部④砂礫石，下部⑤礫巖。壩基水平距離50.0 m～158.5 m，地貌單元河漫灘。②砂礫石厚度＞5.0 m，其它條件及建議同上。基底為⑤礫巖。

4.5 5# 潛壩工程地質條件

5#潛壩位于南溝～西溝段右岸樁號Y0+848.7 m 處，河床寬度約30 m 左右，漫灘寬度115 m 左右，河床及漫灘高程583.0 m～587.0 m，巖性為②砂礫石。左右岸一級階階面寬度大于45 m，高程589.0 m～592.0 m，地表覆蓋①填土及③砂壤土，中部④砂礫石，下部⑤礫巖。壩基水平距離29.0 m～145.0 m，地貌單元河漫灘。②砂礫石厚度＞8.0 m，其它條件及建議同上。基底為⑤礫巖。

4.6 6# 潛壩工程地質條件

6#潛壩位于河道中心樁號51+451 m 處，河床寬度約33 m左右，漫灘寬度170 m 左右，河床及漫灘高程570.0 m～573.0 m，巖性為②砂礫石。左右岸一級階階面寬度大于50 m，高程575.0 m～577.0 m，地表覆蓋①填土及③砂壤土，下部④砂礫石。壩基水平距離40.9 m～157.7 m，地貌單元河漫灘。②砂礫石條件及建議同上。

5 結論

工程區位于秦嶺東段南麓的中低山區，設計堤線大部分位于一級階地前緣或漫灘后緣，堤基巖性以砂礫石為主。地下水為基巖裂隙水及第四系孔隙潛水，地下水略高與河水，地基穩定性較好。洪水期河水對岸坡沖刷較強，建議迎水坡進行漿砌石砌護，堤基置于最大沖刷深度以下，堤基基礎埋深≥2.5 m，基巖≥0.5 m，并采用鉛絲籠石基礎護腳。潛壩壩基巖性以砂礫石為主，建議壩基埋深≥2.5 m。砂礫石滲透破環形式為管涌型，無滲透破壞，建議施工時對堤基砂礫石壓密處理。