某河道綜合整治工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

關(guān)鍵詞：大沙河；地質(zhì)條件；地質(zhì)評(píng)價(jià)；綜合整治

大沙河是河北省子牙河系滏陽(yáng)河的支流，全長(zhǎng)166km，流經(jīng)內(nèi)丘、邢臺(tái)、沙河、南和、永年、雞澤、任縣7縣（市），流經(jīng)滏陽(yáng)河中游洼地后匯入滏陽(yáng)河。大沙河上游是歷史上有名的暴雨區(qū)，因河道源短坡急，一遇暴雨就會(huì)山洪暴發(fā)，經(jīng)常沖及村莊，淹沒(méi)大片農(nóng)田，給兩岸人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。大沙河堤防雖經(jīng)多次修復(fù)加固，但因多年的自然侵蝕及人為破壞，已損壞嚴(yán)重。自“96.8”洪水以后，大沙河陸續(xù)修建了多處護(hù)岸工程，河勢(shì)已得到基本控制，但由于大部分堤防采用砂質(zhì)土堆筑及粘土包膠，一旦遭遇較大洪水，極易造成潰壩。京廣鐵路橋以上的河道寬闊，雖行洪水深不大，但淹沒(méi)范圍極廣，致使河心島、灘地?zé)o法有效地開發(fā)利用。

此外，穿越大沙河的南水北調(diào)中線工程將把大沙河劃分為南北兩個(gè)行洪主槽，會(huì)使原有的行洪形勢(shì)發(fā)生改變。對(duì)該河段進(jìn)行全面的綜合整治，提高沿岸的防洪能力，促進(jìn)防洪與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)之間的和諧統(tǒng)一是十分必要的。

1地質(zhì)概況

1.1地形地貌

工程區(qū)位于邢臺(tái)市所管轄的沙河市及南河縣境內(nèi)，屬太行山東麓的山前低山丘陵區(qū)及華北沖洪積平原區(qū)，總體地勢(shì)西高東低，地形較為開闊平坦。低山丘陵區(qū)河谷高程一般為125.0～180.0m，兩岸高程200.0～270.0m，相對(duì)高差80～100m；平原區(qū)河谷逐漸開闊平坦，高程35.0～100.0m，比降為0.2％，兩岸高程35.0～110.0m，高出河床1～10m。大沙河屬于滏陽(yáng)河支流，在沙河市境內(nèi)稱為大沙河，下游稱為南澧河。河流途經(jīng)山區(qū)、丘陵及平原，蜿蜒曲折。河道上游呈樹枝狀發(fā)育，喉咽村以上河道較窄，寬度2km，主槽明顯，岸坡較陡。喉咽村以下，河岸呈扇形向下游擴(kuò)散，最大河寬達(dá)10km。喉咽村～高店村段無(wú)明顯主槽和灘地，為游蕩性河床。高店村以下，主槽逐漸明顯但不穩(wěn)定。京廣鐵路以下段河道明顯變窄，最小寬度僅0.6km。

1.2地層巖性

工程區(qū)揭露的地層主要為粘砂多層結(jié)構(gòu)，巖性主要為第四系（Q4）松散沉積地層。

1.2.1人工堆積層（rQ）

為河流兩岸的人工填筑堤防，填筑材料主要為中細(xì)砂及壤土、砂壤土，厚度2～6m。京廣鐵路以上左岸無(wú)堤防，右岸高廟～油村段堤防主要由中砂填筑，厚度5～6m，粘土材料包膠；京廣鐵路以下兩岸多修筑堤防，除右岸三思鄉(xiāng)～豐化莊段主要由粘性土填筑外，其他段由中、細(xì)砂填筑，厚度2～5m，粘土包膠。

1.2.2砂壤土（al+plQ4）

灰黃色為主，稍濕～濕，硬塑～可塑。該層厚度1～5m，主要分布在近河岸位置，分布范圍較小。

1.2.3壤土（al+plQ4）

灰黃、灰褐色，濕，硬塑～可塑。土質(zhì)均勻性較差，局部夾中、細(xì)砂薄層。該層厚度1～15m，工程區(qū)范圍內(nèi)分布較為廣泛。

1.2.4中、細(xì)砂（al+plQ4）

灰黃～灰白色，稍密為主，局部地段中密，分選較好，少含卵礫石，礦物成分主要為石英、長(zhǎng)石。該層厚度1～9m，堤基、河床及河道兩岸皆有分布，范圍較廣。

1.2.5卵石（al+plQ4）

灰白色，中密為主，卵石含量70％～80％，粒徑一般10～15cm，最大粒徑25cm，次圓狀，內(nèi)充填中、粗砂。該層厚度大于10m，主要分布在河心島附近堤基及其上游河道內(nèi)，勘察深度范圍內(nèi)未穿透。

1.3地質(zhì)構(gòu)造與地震工程區(qū)

位于華北斷陷的冀中坳陷與滄州凸起交匯帶。近場(chǎng)區(qū)南段隱伏NNE向邯鄲斷裂，中段隱伏NE向新河斷裂，北段隱伏NE向?qū)帟x斷裂，上述斷裂為晚更新世以來(lái)活動(dòng)斷裂。工程區(qū)大部分被第四系松散沉積物覆蓋，工程地質(zhì)普查未發(fā)現(xiàn)明顯的地質(zhì)構(gòu)造。工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.1g，相當(dāng)于地震基本烈度7°區(qū)，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s。

1.4水文地質(zhì)條件

工程區(qū)所在流域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，春季干旱多風(fēng)，蒸發(fā)量大；夏季降雨集中，易久旱不雨或大雨成災(zāi)；秋季天高氣爽，降雨稀少；冬季多北風(fēng)，少雨雪。多年平均氣溫2010年第3期水科學(xué)與工程技術(shù)山區(qū)為11.7℃，丘陵為12.2℃，月平均最高氣溫24.5℃，月平均最低氣溫山區(qū)-4.0℃，多年平均降雨量600mm左右。平原區(qū)地下水類型主要為第四系孔隙潛水，山區(qū)及丘陵區(qū)主要為基巖裂隙水。平原區(qū)地下水埋深一般10～20m，含水層主要為砂性土，為中等富水的含水層，受大氣降水及上游補(bǔ)水影響，補(bǔ)排條件一般為地表水補(bǔ)充地下水�；鶐r裂隙水埋藏較深，含水量較少。

1.5物理地質(zhì)現(xiàn)象

1.5.1河岸坍塌

京廣線以上地段大部分無(wú)堤防，河岸普遍高出河床2～4m，主要由砂壤土及砂性土（中、細(xì)砂，含土）組成，穩(wěn)定性差，在水流沖蝕及常年風(fēng)吹日曬剝蝕下，易造成河岸失穩(wěn)，形成坍塌。

1.5.2凍土

本區(qū)存在季節(jié)性凍土，冬季凍結(jié)，春季融化，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料記載，凍土最大深度46cm。

2堤防工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

大沙河堤防綜合整治起于朱莊水庫(kù)下游，止于南和縣城奉化莊，長(zhǎng)66km。

2.1堤防工程地質(zhì)條件

（1）京廣鐵路以上段左岸未修筑堤防，河岸高出河床2～4m，右岸高廟段及油村段修筑有兩段堤防，兩岸均為粘砂多層結(jié)構(gòu)，巖性為砂壤土、壤土及中、細(xì)砂（al+plQ4）；山區(qū)丘陵段為土巖多層結(jié)構(gòu)，巖性為太古界（Ar）片麻巖及粘性土，地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。京廣鐵路以下段多修有堤防，地質(zhì)結(jié)構(gòu)為粘砂多層結(jié)構(gòu)，巖性為砂壤土、壤土及中、細(xì)砂（al+plQ4），地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。大沙河現(xiàn)代河床多分布中、細(xì)砂（alQ4），厚度大于3m，砂質(zhì)較純凈，河床內(nèi)分布多個(gè)人工開采砂場(chǎng)，河心島以上段河床分布卵石層（alQ4）。南澧河三思鄉(xiāng)以下段河床砂層下常有粘性土分布，厚度5～10m，有多處磚場(chǎng)在此取土。

（2）大沙河堤防多采用砂土填筑，粘土包膠，筑堤材料為中、細(xì)砂（rQ），分選較好，少含卵礫石，礦物成分為石英及長(zhǎng)石。中、細(xì)砂密實(shí)度多不均一，京廣鐵路以上的高廟段及油村段密實(shí)度較好，多呈中密～密實(shí)狀態(tài)，滲透系數(shù)建議值20m/d；京廣鐵路以下段呈稍密～密實(shí)狀態(tài)，砂質(zhì)較不純凈，含少量卵礫石及粘性土顆粒，滲透系數(shù)建議值30m/d。包膠粘性土多為壤土～砂壤土，土質(zhì)不均勻，多含砂礫，滲透系數(shù)建議值2.5×10-5cm/s。包膠粘性土厚度不均一，堤頂厚度多為0.3～0.5m，局部地段1.0～1.5m；堤坡厚度0.5m左右，局部地段0.5～1.0m。

（3）堤基土多由砂性土組成，分布范圍較廣，左堤107國(guó)道以下段及右堤南水北調(diào)線路～西宋村段，堤基多由中、細(xì)砂（al+plQ4）組成，厚度1～9m，多為稍密狀態(tài)，分選較好，少含卵礫石，滲透系數(shù)建議值25m/d。左堤107國(guó)道～洛陽(yáng)鎮(zhèn)及右堤西宋村～豐化莊段，堤基由粘性土組成，巖性為壤土、砂壤土（al+plQ4），厚度1～15m，土質(zhì)不均，多含砂礫及碎石，局部夾有薄層砂土，滲透系數(shù)建議值7.5×10-6cm/s。

（4）堤基砂性土貫入試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)擊數(shù)20擊，承載力標(biāo)準(zhǔn)值261kPa，根據(jù)地層特點(diǎn)及經(jīng)驗(yàn)值，提出承載力建議值170kPa。堤基粘性土壓縮系數(shù)0.153MPa-1，具中等壓縮性；飽和固結(jié)強(qiáng)度建議值c=23kPa，φ=20°；貫入試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)基數(shù)11.2擊，承載力標(biāo)準(zhǔn)值284kPa，根據(jù)地層特點(diǎn)及經(jīng)驗(yàn)值，提出承載力建議值140kPa。

2.2堤防工程地質(zhì)問(wèn)題

2.2.1堤身填筑質(zhì)量

大沙河多數(shù)堤防采用砂土填筑，粘土包膠，砂土填筑密實(shí)度較低；多處存在松軟、陷空地段，影響堤坊穩(wěn)定性。粘土包膠材料厚度不均，粘性欠佳，抗?jié)B性不足，難以起到良好的防滲固堤作用。

2.2.2堤基砂土液化

堤基多處存在中、細(xì)砂等砂性土，分布范圍廣泛，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)判定，存在砂土液化問(wèn)題。

2.2.3堤基滲透破壞

堤基多處為第四系松散沉積砂層，透水性強(qiáng)，在持續(xù)高水位下，堤基滲透壓力增大，當(dāng)滲透比降超過(guò)土體的抗剪強(qiáng)度時(shí)，易造成堤基的滲透破壞，致使堤基發(fā)生管涌或流土等穩(wěn)定問(wèn)題。

2.2.4堤基沉降穩(wěn)定

堤防施工時(shí)，由于施工質(zhì)量較差，施工期短，堤基未進(jìn)行有效的固結(jié)、壓實(shí)處理，堤防竣工后，堤基土體壓縮強(qiáng)度發(fā)生變化，致使堤基下沉，影響堤防的安全與穩(wěn)定。

2.2.5岸坡穩(wěn)定

岸坡主要由砂性土及砂壤土組成，穩(wěn)定性較差，在水侵或動(dòng)力地質(zhì)作用下，易造成河岸失穩(wěn)，形成坍塌。特別是107國(guó)道以上左岸及部分右岸段，岸坡較陡，河岸高出河床2～4m，洪水來(lái)臨時(shí)，極易造成塌岸或滑坡，淤塞河道，影響行洪。

2.3堤防工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

2.3.1堤防質(zhì)量

（1）大沙河的堤防應(yīng)屬于四級(jí)堤防，但建設(shè)之初并未考慮建設(shè)等級(jí)，堤防建設(shè)等級(jí)偏低，現(xiàn)狀設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)難以滿足設(shè)計(jì)及防洪要求。除右岸三思鄉(xiāng)～豐化莊段主要由粘性土填筑外，其他段由中、細(xì)砂填筑，粘土包膠。由于砂土填筑密實(shí)度較低，洪水來(lái)侵時(shí)，極易造成潰堤。粘土包膠材料不滿足設(shè)計(jì)要求，厚度不均，抗?jié)B性不足，多處已經(jīng)出現(xiàn)剝蝕脫離，難以起到良好的防滲固堤作用；部分險(xiǎn)工段進(jìn)行了干砌石護(hù)坡，對(duì)堤壩能起到較好的加固作用，但干砌石護(hù)坡段相對(duì)較短，僅對(duì)局部地段防洪安全發(fā)揮效用，難以對(duì)大沙河流域整體防洪體系起到明顯改善作用。

（2）現(xiàn)有堤防堤頂寬度及堤防高度不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，坡比較陡，特別是南澧河段，堤身單薄，毀損嚴(yán)重，多處存在缺口、塌滑、虧土地段，險(xiǎn)工段多，嚴(yán)重影響防洪，急需全面加高加固。

（3）京廣鐵路以上河道灘地寬闊，行洪期間淹沒(méi)范圍廣泛，左側(cè)河岸坍塌嚴(yán)重，致使土地?fù)p失，灘地?zé)o法合理開發(fā)利用，應(yīng)在此段建設(shè)相應(yīng)規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)的堤防，提高防洪標(biāo)準(zhǔn)及安全等級(jí)。

2.3.2堤基砂土液化

本區(qū)抗震設(shè)防烈度為7°，堤基分布中細(xì)、砂層，根據(jù)GB50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中N63.5＜Ncr，通過(guò)判斷，堤基分布的中、細(xì)砂多數(shù)貫入擊數(shù)（N63.5）小于臨界值（Ncr），判定該層具液化潛勢(shì)。

2.3.3堤基滲透破壞

評(píng)價(jià)大沙河堤基多處為第四系松散沉積砂層，特別是左堤107國(guó)道以下段及右堤南水北調(diào)線路～西宋村段，堤身大部分坐落在砂層上，砂層厚度1～9m，分布范圍較廣，該地質(zhì)結(jié)構(gòu)易形成內(nèi)水外滲的滲透破壞。砂層滲透系數(shù)建議值25m/d，屬?gòu)?qiáng)透水層，在持續(xù)高水位下，堤基滲透壓力增大，易造成河水滲漏外溢，致使堤基發(fā)生管涌、流土及接觸沖刷等穩(wěn)定問(wèn)題，影響堤壩及防洪安全。“96.8”洪水在沙河市的南陽(yáng)村～郭莊村決口2000m，“2000.7”洪水造成南裴莊、瓦固村、南韓村及西宋村多處堤防沖毀，除堤防不夠堅(jiān)固外，還與堤基砂性土在洪水來(lái)臨時(shí)發(fā)生的滲透破壞有直接關(guān)系。根據(jù)地層分布特點(diǎn)及防滲要求，建議在強(qiáng)滲漏堤基段進(jìn)行水平鋪蓋或垂直防滲，截?cái)嗌皩訚B漏通道，防止堤基的滲透破壞，保障堤防安全。

2.3.4堤基沉降穩(wěn)定

大沙河現(xiàn)狀堤防基本都建在第四系全新統(tǒng)沖洪積（al+plQ4）地層上，施工時(shí)，堤基未進(jìn)行有效的清理、壓實(shí)，施工質(zhì)量較差�？⒐ず螅�堤基土經(jīng)過(guò)多年沉積，壓縮強(qiáng)度發(fā)生變化，致使堤基下沉，造成堤身沉降變形，引起塌陷、裂縫等問(wèn)題，影響堤防的安全與穩(wěn)定。“96.8”及“2000.7”洪水造成堤壩多處潰堤，其中堤基不均勻沉降影響堤身穩(wěn)定也是重要原因之一。建議對(duì)新建堤防的堤基進(jìn)行加固處理，對(duì)已有堤防南裴莊段、瓦固段及南和縣城東關(guān)橋以下段進(jìn)行加固處理。

2.3.5堤基力學(xué)特性

堤基巖性多為中、細(xì)砂及壤土、砂壤土，中、細(xì)砂承載力建議值200kPa，強(qiáng)度較高，性質(zhì)較穩(wěn)定。壤土、砂壤土承載力建議值180kPa，壓縮模量建議值7.5MPa，具中等壓縮性，強(qiáng)度較高，性質(zhì)穩(wěn)定。中、細(xì)砂及壤土、砂壤土做為堤防基礎(chǔ)持力層，強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，做為新建堤防，施工時(shí)建議對(duì)表層進(jìn)行清基，清除表層不穩(wěn)定浮層，清除厚度0.5～1.0m。

2.3.6岸坡穩(wěn)定性

大沙河岸坡穩(wěn)定性較差，特別是左岸107國(guó)道以上至洛陽(yáng)鎮(zhèn)及部分右岸段，岸坡較陡，部分地段岸坡幾近垂直，河岸普遍高出河床2～4m，洪水來(lái)臨時(shí)，極易造成塌岸或滑坡。建議對(duì)岸坡進(jìn)行護(hù)坡、放緩等措施。新堤施工時(shí)，應(yīng)控制岸坡的穩(wěn)定性，特別是107國(guó)道以上段應(yīng)注意對(duì)岸坡的防護(hù)，避免強(qiáng)沖、超挖或堆載過(guò)大，還應(yīng)避開塌滑區(qū)、沖溝口及沖淤劇烈變化地段。洛陽(yáng)鎮(zhèn)南岸坡現(xiàn)堆積大量工業(yè)棄渣，沿河岸堆積長(zhǎng)度近1km，為不穩(wěn)定岸坡體，新建堤防應(yīng)避開或?qū)ζ淝宄��?/div>