堤基地质结构分类及堤防工程地质评价方法

堤基地质结构分类及堤防工程地质评价方法堤基地质结构分类及堤防工程地质评价方法 摘要以我省堤防工程地质勘察为例， 对堤基地质结构分类进行了探索。 对堤防工程地质问题及评价方法进 行了论述，并对堤防工程地质问题的定量评价进行了归纳和总结。 关键词堤防堤基地质结构工程地质问题评价方法 堤防工程地质条件是堤防设计的基础。堤基地层的结构、组成及其承载性能、抗滑性能、渗 透稳定性能等的评价是堤防工程设计的重要依据，也是堤防工程设计的重要组成部分。因此，全 面准确地发现、 分析工程地质问题并做出相应科学合理的评价， 是堤防工程地质勘察的核心内容。 我省位于黄河及长江的中上游地区，河道众多，堤防线长，如何针对我省河道及堤防地质条件的 特点，对堤防工程地质问题进行有的放矢的研究评价，是地质工作者所面临的课题之一。 1 地基地质结构是堤防工程地质评价的基础 任何工程建筑都离不开它所依托的地质体，堤防工程建筑也不例外。堤防工程设计的一个 重要内容就是根据堤防工程地基地质结构因地制宜地选择堤防工程的基础型式及埋置深度。 相应 的，堤防地基地质结构类型不同，其水文、工程地质条件和存在的工程地质问题也有所不同。因 此，只有查明堤基地质结构类型，才能从本质上把握堤基岩土性状、组合特点、水文地质条件等 各要素的地位和作用，并依据工程性状，合理划分地基地质结构类型，对所暴露出的工程地质问 题进行分析评价，从而提出合理的治理措施和方案。 我省大部分范围属黄河流域，少部分范围属长江流域，还有部分区域为内陆河。河网纵横， 河道变化较大，堤基地质结构较为复杂。但总的特点不外乎为山区堤基地层以基岩为主，而河流 冲洪积盆地、 冲洪积平原及平原地区则以第四系松散层为主。 根据堤基地层结构特点及工程性能、 岩性组合、层位埋深等综合分析，我省堤防地基大体可分为 3 大类，8 个亚类，各类结构特征、 主要分布位置见表 1。 2 堤防工程地质问题及评价方法 堤防工程地质勘察的目的在于从研究工程地质问题的表征出发，分析其原因、性质、形成 和发展过程，找出堤防工程地质问题的控制因素和影响因素，预测其未来的发展趋势，并对所存 在的工程地质问题进行总结、分段、归类，为堤防设计提供地质依据。因此，堤防工程地质勘察 所要解决的主要问题是堤防工程地质问题的分析评价及分段归类问题。 而堤防工程地质问题主要 包括堤基稳定问题、堤防环境工程地质问题及堤身稳定问题。 2.1 堤基稳定问题及评价方法 2.1.1 堤基承载力性能及沉陷变形问题 如表 1 所示，Ⅰ1及Ⅲ类堤基地层或以粘性土为主，或各类松散层呈互层状且极不均质，此 类堤基地层天然含水量高，孔隙比大，天然强度较低，且具弱透水性，软流塑状，固结排水时 间长，且具高压缩性及触变、流变性，在上部载荷作用下，可引起大堤不均匀沉降，导致大堤下 沉、堤身裂缝。因此，应进行适量的现场静力触探和标准贯入试验，结合室内土工试验，查明地 基土的形成年代、 成因类型、 分布范围、 厚度以及上覆下卧层的物理力学性质， 并考虑堤防特点， 最终做出正确评价。 我省各河流堤基地层除Ⅰ1及Ⅲ类为土堤基地层外， 大部分河流堤基地层以砂砾卵石层及基 岩类为主，此类堤基地层的一个主要特征就是其承载性能较好，堤基承载力一般大于 300kPa， 具有较好的地基承载力，能满足防洪堤基础强度要求。堤基地层不存在沉陷变形问题。 另外，对Ⅰ2及Ⅲ类堤基中，还可能存在有厚度较大的粉细砂堤基层，而堤基层均位于堤防 工程之下，为饱水地基。故此类饱和砂土层还有可能发生震动液化而引起堤基失稳，造成大堤下 沉、滑动。对此类地基，应进行液化判别。室内土工试验以颗粒分析为主，现场则以标准贯入试 验为主，同时，还需查明此类土的成因类型及时代、地下水位埋深、工程区地震烈度，必要时还 需进行土的波速试验。对此， 堤防工程设计规范附录 A 及水利水电工程地质勘察规范附 录 N 已有较为详细的介绍，在此不再赘述。 只有查明了饱和砂土的液化可能性，才能对此类堤基提出相应的堤基处理措施。如我省黑 河干流下段堤基地层有部分液化粉细砂层，堤防建设时，将饱和粉细砂及砂土层全部清除，将防 洪堤基础置于下部砂砾石层上，避免了粉细砂地震液化对河堤的破坏。 甘肃省堤基地质结构分类表 表 1 类型 大类亚类 基本结构类型 堤基 岩性 壤土 及砂 壤土 主要分布位置 陇东泾河、袓 厉河及渭河部 分支流。河西 地区部分河 流。 河西地区及省 内大部分河 段。 甘肃中部大部 分河段。 山区河流部分 河段。 省内各河流均 有分布。 甘肃中部山区 河流部分河 段。 山区河流部分 河段。 粘性土亚 类Ⅰ1 单层 结构 类 Ⅰ 堤基地层主要由壤土，砂壤土等组成，抗渗条件较好，工 程地质条件相对简单。所存在的主要问题为塌岸、沉陷及 渗透变形。 堤基地层主要为透水性较强的砂土层、砂砾石层。分布比 较稳定，抗渗条件差。所存在的主要问题为崩岸问题。砂 性土埋深浅时，存在渗透变形。 地基地层为泥质砂岩及泥岩，分布稳定，抗渗条件好，工 程地质条件相对简单。所存在的主要问题为塌岸问题。 地基地层以硬质岩为主，分布稳定，强度较好，抗渗条件 好。所存在的主要问题为塌岸问题。 堆积阶地上部二元结构，上部为冲洪积粉质壤土及砂壤土 层，不均质。下部为冲洪积砂砾卵石土层，一般下部粗粒 层厚度较大，分布稳定，抗渗条件较差。所存在的主要问 题为岸坡稳定问题。砂性土埋深浅时，存在渗透变形。 为基座阶地二元结构，上部为冲洪积壤土及砂砾卵石层。 下部则为泥质砂岩及泥岩，分布稳定，抗渗条件好，工程 地质条件相对简单。所存在的主要问题为塌岸问题。 为基座阶地二元结构，上部所存在的主要问题为冲洪积壤 土及砂砾卵石层。下部则以硬质岩为主，分布稳定，强度 较好，抗渗条件好。所存在的主要问题为塌岸问题。 堤基地层为第四系松散层呈粘性土与砂砾石类、卵石类呈 互层状或透镜体状，锲形体状。所存在的主要问题较为复 杂，有沉陷、塌岸、渗透变形等问题。 砂砾石亚 类Ⅰ2 软岩亚类 Ⅰ3 硬质岩类 Ⅰ4 松散层亚 类Ⅱ1 砂砾 卵石 软岩 硬质 岩 砂砾 卵石 双层 结构 类 Ⅱ 软岩基底 亚类Ⅱ2 硬岩基底 亚类Ⅱ3 软岩 硬质 岩 粘性 土、砂 类土 及砾 卵石 多层 结构 类 Ⅲ 各河流部分河 段。 2.1.2 堤基渗透稳定 渗透稳定及渗漏问题是任何水工建筑物所面临的主要问题之一。渗透稳定问题直接关系到 防洪堤坝的安全，因此，渗透稳定及渗漏问题也是堤防工程设计所要考虑的主要问题。此类问题 主要出现在以松散层为堤基的河段Ⅰ2、Ⅱ1、Ⅲ类堤基。堤基地层透水性较强，当存在堤内外 水头差时， 即会发生堤防的横向渗流。 如果背水侧堤基的渗透比降超过堤基土的临界水力比降时， 堤基土就会产生渗透破坏。 土体的允许水力坡降与土体的颗粒组成及密实度有关，因此，需进行堤基土的允许水力坡 降计算，计算可按水利水电工程地质勘察规范附录 M 所介绍的方法进行。我省大部分河流 堤基允许水力坡降 J 允许大于 0.1，如洮河堤防 J允许0.10.6，湟水河堤防 J允许0.150.55。 2.1.3 堤基冲刷稳定及岸坡稳定问题 堤防