2013年塔里木河防洪堤工程防洪堤工程地质勘察报告.doc

塔里木河防洪堤工程地质勘察报告（1、2号塔里木大桥间塔里木大道至河岸范围）塔里木大学水利与建筑工程学院二一三年九月目 录1 引言11.1 工程概况11.2 勘察任务11.3 勘察技术要求11.4 勘察方法21.5 完成工作量22 区域地质概况32.1 地形地貌32.2 地层岩性32.3 气象特征及水文地质条件32.4 地质构造、地震及稳定性评价43 堤防地基的工程地质条件53.1 基本地质条件征53.2 土体的物理力学特征63.3 土的物理力学参数建议值83.4 堤防地基工程地质条件及评价83.5 堤防主要工程地质问题及评价114 天然建筑材料124.1 砂砾石料料场地概况134.2 堤身填筑料及质量评价154.3 第一湾块石料场151 引言1.1 工程概况设计为塔里木河的一级河流，工程区位于塔里木河上游阿拉尔市左岸。工程区有塔里木大道、滨河大道公路相通，交通较为方便。工程区全长近7km。初拟堤型为护坡式堤工程设计，洪水标准为20年一遇，堤防工程级别为级。我院于2013年10月中旬进场开展地勘、试验工作，11月上旬完成地勘外业工作，2013年11月完成内业整编工作1.2 勘察任务（1）查明堤基地质结构，特殊土层、粗粒土层及腐植土层等的分布、厚度及性状。（2）查明地下水与地表水的水质及其对砼的腐蚀性。（3）基本查明堤线附近埋藏的古河道、古冲沟、渊、潭、塘等的性状、位置、分布范围，分析其对堤基渗漏、稳定的影响。（4）确定堤基各岩、土层的物理力学性质和渗透性参数。（5）对堤基的渗漏、渗透稳定、抗滑稳定等问题进行评价，并对堤线进行工程地质分段及评价，提出处理措施的建议。（6）进行天然建筑材料勘察。1.3 勘察技术要求根据现行国家标准、行业标准、地方标准等有关规程规范及设计意图，本次勘察的主要技术依据是：（1）堤防工程地质勘察规范（SL188-2005）（2）岩土工程勘察规范（SL188-2005）（3）土工试验工程（SL237-1999）（4）中小型水利水电工程地质勘察规范（SL55-93）（5）水利水电钻探规程（SL291-2003）（6）水利水电工程天然建筑材料勘察规程（SL251-2000）（7）本次勘察沿设计拟定的堤防轴线布置勘探线和勘探点。1.4 勘察方法（1）工程地质测绘测绘漫滩宽度及岸坡的形态、坡高、坡度等微地貌特征，查明土层分布范围及工程地质特性；透水层及相对隔水层的分布特征及埋藏条件，应特别注意细粒土层中砂土夹层的类型、厚度、性状等。（2）勘探及试验钻探。查明地基岩性、结构及其分布特性、透水特征。坑探。采取挖坑及剥槽的方法查明浅部覆盖层特征，保证取土质量。原位测试。对卵砾石夹砂层进行N63.5重型动力触探原位测试和标准贯入试验，评价砂层、土层的结构特征、变形参数、地基承载力等。室内试验。对地基岩、土层进行天然含水量、天然容重的测定，并测其级配以及物理力学试验。（3）测量采取全站仪测定钻孔位置、孔口高程和进行平、剖面地质测绘。坐标系统为北京坐标系、高程系统为1956黄海高程系。1.5 完成工作量勘察期间，对堤防工程进行了平、剖面工程地质测绘，并布置了适量的取芯钻探和动力触探、标准贯入试验、坑探以及取样试验工作，本阶段完成主要地勘、试验工作量见表1.5-1。表1.5-1 主要地勘、试验工作量表项 目工 作 内 容单 位数 量地质测绘区域地质调查与复核（1/200000）km2321.4防洪堤平面地质测绘（1/1000）km21.78防洪堤剖面地质测绘（1/5001/1000）km /条4.17/8勘探坑探M3/个18.0/6机动取芯钻探m/孔134.6/4试验标贯试验组4N63.5重型动力触探原位测试m/孔171.3/15孔内注水试验段9地基砂砾料常规试验组6水化试验组3天然建材砂砾料详查平面地质测绘（1/2000）km20.2料场剖面地质测绘1/20001/200km /条1.2/11/500km /条1.2/6勘 探坑探m/个35.81/10填筑用砂砾料常规试验组6砼骨料常规试验组62 区域地质概况2.1 地形地貌塔里木河谷底宽缓，宽约4002000m，河流叉沟多，两岸为一级阶地阶面缓轻现在河床偏下游，阶面一般高出枯期水位约25m，河床中分布心滩、边滩，牛轭湖发育，蛇曲明显，具游荡性河谷地貌特征，谷坡较缓，坡角1020。2.2 地层岩性黄灰色砂土及灰、灰黑色岩土、等构成，厚度大于142.60m，除浑园状土丘外，未见基岩直接裸露，被第四系沼泽草甸覆盖；河谷谷底地势平坦，分布第四系全新统冲、洪积堆积物。其两侧一级阶地表层分布厚0.42.1m的泥炭土及草甸土，有机质及腐植质含量高。2.3 气象特征及水文地质条件2.3.1 气象特征工区内属典型的干旱型气候，垂直分带明显，气候差异显著。汛期510月，而123月几乎无降水量。多年平均气温0.7，极端最高气温35.5，极端最低气温29.9，多年平均年降水量55.9mm，多年平均蒸发量8461.7mm，多年平均相对湿度15，多年平均风速3.8ms，多年平均日照天数360日，日照百分比85，最大冻土深度101cm。日照充沛，日温差较大，干季大风日多。综上气候条件，存在以下工程地质问题：（1）工程区范围存在季节性冻土，实测最大冻土深度101cm。（2）工程所在地区气候寒冷、寒冻期较一般地区长，将使裸露的砼构筑物常年处于强烈的寒冻盐碱风化作用之中，建议在设计时采取适当措施予以防治。在砼施工时也应考虑冬节施工情况。2.3.2 水文地质条件区内水文地质条件简单，按地下水的埋藏条件及含水层空隙的性质把地下水类型分为孔隙潜水及滞留水两大类：（1）地下滞留水分布受地形貌、地层土性、风化卸荷等因素的影响，分布于土体内的裂隙中，地下水较贫乏且水量受季节变化较大，连通性差，主要受大气降水补给。以下降泉或间歇性下降泉排泄于沟谷或河中。（2）孔隙潜水孔隙潜水主要分布于河两岸阶地、古河道、漫滩及河床，主要含水层为第四系松散堆积层中；其含水层厚度较厚且变化较大，沿两岸呈带状分布，地下水水位受季节变化，变幅明显受河水控制。总体来讲地下水在上游接受河水和降水补给并向下游河床排泄。2.4 地质构造、地震及稳定性评价地震活动主要表现为边界断裂及其以外的活动断裂地震对本区的波及影响。地块边界断裂及其以外的活动断裂所发地震震级66.9级11次，大于7级有6次。根据中国地震动参数区划图（1：400万GB18306-2001）及其第1、2号修改单资料：工程区地震动峰值加速度为0.05g，对应的地震基本烈度为度，区域构造稳定性好。3 堤防地基的工程地质条件3.1 基本地质条件征（1）地形地貌工区内第四系松散堆积层深厚，分布广泛。工区河段河曲明显，河谷谷底宽缓，漫滩和阶地发育，河谷覆盖层深厚，枯水期河水宽200471m，河谷谷底开阔。两岸为一级阶地，阶面宽缓平坦，缓倾河床及下游，阶地前缘以小坎与河床相接，在河水冲淘下局部垮塌较严重，岸坡形态不规则。河床位于谷底中央偏左，河水深0.41.8m，河床沿线见边滩及心滩分布，时有叉沟出现，河床形态不规则。（2）地层岩性堤基沿线地层岩性简单，除公路及桥梁附近分布少量的人工堆积物外，均为第四系冲、洪积堆积物，厚度大。冲、洪积又可由新到老为以下几层：第四系全新统现代河流冲积、洪积堆积层，主要成分为砂，层厚0.22.5m。该层为松散稍密结构。第四系全新统近代河流冲积洪积堆积层，该层厚度大，根据现场地质勘探成果由上至下又可分为如下几层：草甸土层：该层分布于现代河床两岸阶地，层厚0.52.1m。纯砂层：据钻孔揭示，该层为粉细沙，厚3.78.3m。砂砾层：该层结构较为松散，厚大于20m。（3）水文地质条件工程区内水文地质条件较为简单，地下水按含水层性质及埋藏条件，主要为第四系松散地层中的孔隙潜水。主要赋存于阶地及河漫滩等松散堆积层孔隙中，其中以级阶地和河漫滩含水较丰富，地下水位一般埋深25m。孔隙潜水主要受大气降水、地表水补给，水量随季节性变幅较大，排泄于河流中。为了查明工区水腐蚀性情况，在工区取水样进行水质与腐蚀分析，试验成果见表3.1-1。表3.1-1 水质分析成果及评价表水类型HCO3含量/（mmol/l）侵蚀性CO2含量/（mg/l）SO4含量/（mg/l）Na含量/（mg/l）PH值水的化学类型腐蚀性评 价地表水（SY1）12.310.0137.4624.137.3HCO3Ca（Na+K）腐蚀性地下水（SY2）11.8110.9151.4023.526.6HCO3SO4Ca（Na+K）地表水（SY3）12.280.0138.3424.567.3HCO3Ca（Na+K）环境水对砼无腐蚀性判断标准11.0715250（普通水泥）6.5水质分析成果表明：区内河水水化学类型分别为重碳酸硫酸钙钾钠型水，据水利水电工程地质勘察规范环境水对混凝土腐蚀性评价标准判定，对任何水泥拌制的混凝土无腐蚀性。（5）物理地质现象区内广泛分布第四系松散堆积层，未见大的滑坡、崩塌等不利的物理地质现象；仅在河水冲刷下存在小规模塌岸。3.2 土体的物理力学特征工区主要存在以下土层：（1）第四系全新统现代河流冲积洪积堆积层该层全为松散堆积之砂层，厚度03.2m不等。该层结构松散，承载力低，不宜作为堤基持力层，建议清除。（2）第四系全新统近代河流冲积洪积堆积层该层可细分为以下几层草甸土。草甸土层由粉土与植物系须相（或腐植物）拌后而成，其干密度低，孔隙率高，孔隙比大，遇水易软化泥化，压缩性高，变形大，抗剪强度低，受气温变化存在冻融问题。纯砂层。据现场地质测绘和钻孔资料表明，该层厚度3.78.3m，该层局部含有厚0.030.1m的灰色粉土粉砂透镜体。根据重型动力触探原位测试资料，该层重型动力触探锤击数N63.5在59击/10cm间，属稍密中密层。其物理指标见试验成果汇总表。砂夹砾石层。根据钻孔资料，该层厚度大于20m，大部为砂夹砾石，砾石粒径一般13cm，根据实验资料，砾石含量约为21%。局部可达50%以上，根据重型动力触探原位测试资料，该层重型动力触探锤击数N63.5在大于8击/10cm，属中密层密实层。（1）土体的物理力学特性鉴于堤线位于级阶地和漫滩上，为了查明覆盖层物理力学性质，对覆盖层进行了N63.5重型动力触探原位测试、标准贯入试验和室内试验。（2）全新统现代冲积洪积堆积层该层为砂层，厚度03.2m不等，该层结构较为松散，经N63.5重型动力触探原位测试，该层锤击数一般在15击/10cm之间，属松散堆积层，不宜作为堤基持力层，建议清除。（3）全新统近代冲积洪积堆积层表层草甸土。其干密度低，孔隙率高，孔隙比大，遇水易软化泥化，压缩性高，变形大，抗剪强度低，受气温变化存在冻融问题。且该层厚度薄，建议清除。砂层、砂夹砾石层。为了查明该层的物理力学特征，对该层做了标准贯入试验和重型动力触探试验，其试验成果列于别3.2-1和表3.2-2。表3.2-1 标准贯入试验成果统计表试验位置实测击数/N标准贯入击数/N承载力标准值fk/kPa孔号深度ZK15.22118.0316ZK23.71816.5302ZK34.31917.0325ZK42.61111243.7备注承载力采用经验公式fk=-212+222N0.3表3.2-2 N63.5重型动力触探试验成果统计表层位项目频数范围值平均值标准差变异系数统计修正系数标准值承载力标准值fk变形模量E0/击/10cm/击/10cmkPaMPaQ42al+pl砂75155.980.3820.500.8045.3220010Q41al+pl砂层342597.140.2910.680.9017.0928016砂夹砾石29891811.320.2840.690.90211.4845028备注在统计中剔出了部分异常值（4）土体的渗透特征对覆盖层进行现场注水试验，渗透系数K=9.8210-41.0310-2cm/s，属中强透水层。3.3 土的物理力学参数建议值土的物理力学参数建议值的确定以现场和室内试验成果为依据，结合工程类比，并经综合分析后，提出各类岩、土物理力学参数建议值，见表3.3-1。表3.3-1 土体物理力学指标建议数据表地层及岩性天然密度干密度抗剪强度变形强度允许坡降允许承载力边坡比抗剪强度压缩模量变形模量临时永久内摩擦角凝聚力g/cm3MPaMPaMPaMPa草甸土1.301.401.1534.50.030.04230.050.081:1.51:1.751:1.751:2.00砂夹砾石2.021.6728310222525270.200.250.260.32水上1:1水下1:1.5水上1:1水下1:1.5砂1.911.5524260161913150.250.300.200.26水上1:1水下1:1.5水上1:1水下1:1.53.4 堤防地基工程地质条件及评价防洪堤起于1号大桥止于2号大桥上游侧，堤线走向东西顺直，堤长6675m。防洪堤堤线位于I级阶地前缘和漫滩上。据勘探及测绘，堤基单一结构。据堤基地质结构、堤线沿线的微地貌形态、存在的主要工程地质问题，地基土体的物理力学性质等综合考虑，堤基工程地质条件较差，属C类。按沿线工程地质条件把防洪堤分为十二个工程地质段，下面以1号大桥设计桩号0点为堤线桩号K0+000，向上游为正，分段将其工程地质条件叙述如下：第一段、第三段、第五段、第七段、第九段、第十一段（桩号分别为K0+000K0+718.69，K1+822.88K2+17.41，K3+119.5K4+198.9，K4+318.11K4+868.76，K4+957.23K5+234.25，K6+281.32K6+622.25）：地貌上为级阶地前缘，岸坡坡度3254。该几段由上至下依次为草甸土、砂层、砂夹砾石层。表层大部为草甸土，草甸土厚0.52.1m（局部可达3M以上），孔隙比大，干密度低，含水量高，压缩性特高，有机质含量高，抗剪强度极低，易受河水浸泡软化泥化、冲、淘；加之本区处于高原丘陵区，海拔高程高，气候寒冷，土体易受冻胀破坏，作堤基边坡坡体稳定性差，作堤基基础存在变形大，冻胀、融沉等问题，承载力低，不宜作堤基基础，建议用清除处理。下部砂层为级阶地砂层，黄褐色，厚度6.112.7m，据原位测试资料可知，该层除上部局部0.31.2m范围内重型动力触探击数小于5击/10cm，为松散外，其余击数都在59击/10cm之间，为稍密中密，标准贯入击数在1118之间，具有一定承载力和抗剪强度，但厚度大，透水性强，抗渗性差，抗冲性差，存在的渗漏及渗透变形、抗冲差等工程地质问题，采取一定的工程措施之后可作为堤基持力层，且应将堤基至于最大冲刷深度和最大冻土深度以下。工程区地震动峰值加速度为0.05g，对应的地震基本烈度为度，可不考虑地震液化对工程的影响。第二段、第四段、第六段、第八段、第十段（桩号分别为K0+718.69K1+822.88，K2+17.41K3+119.5，K4+198.9K4+318.11，K4+868.76K4+957.23，K5+234.25K6+281.32）：地貌上为级阶地前缘坡脚和河漫滩结合处，该段由上至下依次为现代河流冲积洪积之松散砂层，近代河流冲积、洪积之稍密中密砂层以及近代河流冲积洪积之砂夹砾石层，根据勘探揭示：表层松散堆积砂层厚度0.23.3m，该层结构松散，重型动力触探N63.5击数多在14击/10cm之间，承载力低，变形模量低，透水性强，抗冲性差，不宜作为堤基持力层，建议清楚，其下部的稍密中密砂层以及砂夹砾石层厚度大，根据原位测试资料，稍密中密砂层重型动力触探N63.5击数多在59击/10cm之间，砂夹砾石重型动力触探N63.5击数大多8击/10cm，为中密密实层，均具有一定的承载力和抗剪强度，但其渗透性强，抗冲性差，存在渗透变形等问题，采取一定的工程处理措施后可作为堤基基础；且将基础至于最大冲刷深度和最大冻土深度以下。工程区地震动峰值加速度为0.05g，对应的地震基本烈度为度，可不考虑地震液化对工程的影响。第十二段（桩号K6+622.25K6+675.00）：为提防尾部和2号大桥街头段，该段位于级阶地前缘，表层为建筑垃圾、生活垃圾组成的杂填土，杂填土下为阶地表层的草甸土，草甸土下为砂层，砂层下为砂夹砾石层，如前所述，草甸土和杂填土工程性能差，建议清楚处理，其下的稍密中密砂层以及中密密实砂夹砾石层具有一定的承载力和抗剪强度，但存在渗透变形和抗冲刷等问题，建议采取适当的工程处理措施后将稍密中密砂层或中密密实砂夹砾石层作为堤基基础，且将基础置于最大冲刷深度和最大冻土深度以下。工程区地震动峰值加速度为0.05g，对应的地震基本烈度为度，可不考虑地震液化对工程的影响。综上所述：总的来说，堤基存在渗漏及渗透稳定问题，建议将趾板嵌入稍密中密砂层、砂夹砾石层中一定深度，并置于最大冲刷深度以下。面板进行抗冲刷防渗衬砌处理，堤内侧坡脚设置排水沟，漫滩段由于地下水位较高，施工中加强排水措施。3.5 堤防主要工程地质问题及评价（1）堤基持力层的选择河床、漫滩上部的砂层沉积年代较新，埋藏较浅，其结构较疏松，强度较低，且不宜作为堤基持力层，建议清除。级阶地表层草甸干密度低，孔隙率高，孔隙比大，遇水易软化泥化，压缩性高，变形大，抗剪强度低，受气温变化存在冻融问题。建议清除，其下部砂层除局部为松散外，其余都为稍密中密层，具有一定的承载力和抗剪强度，但存在渗透变形和抗冲刷等问题，建议进行适当的工程处理措施之后将稍密中密砂层或者中密密实砂夹砾石层作为堤基持力层，趾板置于最大冲刷深度和最大冻土深度以下，并置于稍密中密砂层或砂夹砾石层中。（2）堤基抗滑稳定问题堤基抗滑稳定主要取决于趾板基础砼与周围土层接触的强度，建议设计根据基础砼与砂（砂夹砾石层）接触面的抗剪强度建议值进行稳定性验算，并根据验算结果采取相应的处理措施。（3）渗漏及渗透变形问题根据试验资料，堤基砂层细颗粒含量Pc=27.9%，据堤防工程地质勘察规程（SL1882005）附录D条文说明，渗透变形类型为过渡型。允许渗透比降0.250.30。砂夹砾石细颗粒含量Pc=24.3%，据堤防工程地质勘察规程（SL1882005）附录D条文说明，渗透变形类型为管涌。允许渗透比降为0.200.25。堤基土体渗水性强，堤基基面位于水下时，应加强排水。（4）抗冲刷稳定问题岸坡全为砂层和草甸土层，抗冲性差，在河水长期冲刷下，堤基易掏空，造成堤身失稳而垮塌。存在抗冲刷稳定问题。因此，采取抗冲刷处理措施是必要的。（5）不均匀变形由于堤基为砂层和砂夹砾石层，厚度不均，堤基存在一定的不均匀变形问题，建议采取相应的工程措施。（6）开挖基坑涌水和开挖边坡稳定问题根据现场水文试验资料，堤基土层渗透系数为K=9.8210-41.0310-2cm/s，为强透水层，开挖后大部分为土质边坡，存在基坑涌水问题和开挖边坡稳定问题，建议设计采取相应的工程措施。（7）地基土体液化问题工程区地震动峰值加速度为0.05g，对应的地震基本烈度为度，可不考虑地震液化对工程的影响。4 天然建筑材料本工程所需天然建筑材料为混凝土粗、细骨料、砂砾石填筑料及防洪堤堤身护坡用块石。塔里木河段未见符合粗骨料要求的料场，经调查，本次天然建筑材料勘察选用大漩水作为砂砾石料场，设计需用量为35806m3，大漩水料场按骨料及填筑料共用进行勘察，勘察精度为详查。其料场勘察储量和概况分别见表4.0-1和表4.0-2。表4.0-1 天然建筑材料勘察储量一览表勘察级别材 料 类 别设计需用量/m3完成勘察储量/（104m3）勘察储量倍比详查混凝土粗骨料3880624.106.2混凝土细骨料砂砾石填筑料块石料975510.5410.8表4.0-2 天然建筑材料各料场概况一览表材料名称料场名称分布位置距工程区距离/km平均厚度/m有用层储量/（104m3）剥离层体积/（104m3）有用层剥离层水上水下水上水下合计砂砾石料大漩水黄河左岸9.521无16.078.0324.100防洪堤漫滩及开挖料110.5无1.030.511.540块石料第一湾第一湾黄河右岸11.7136.510.545.27从表4.0-1和表4.0-2中看出大漩水砂砾石料料场的勘察储量为设计需用量的6.2倍，第一湾块石料料场的勘察储量是设计需用量的10.8，能够满足工程需用。4.1 砂砾石料料场地概况大漩水砂砾石料料场位于左岸，距防洪堤约109.5Km。砂砾石料场地貌上属漫滩，料场长372m，宽216m，高出河水面04.5m。汛期洪水局部淹没。有用层为第四系全新统河流冲积层之砂卵砾石，根据勘探资料有用层平均计算厚度为3.0m，对应储量为24.10104m3；砂砾石中含砾率一般为86.491.8%。砾石成分主要为花岗岩、变质砂岩、白云岩、闪长岩等，质地坚硬、强度高，磨圆度较好，分选性差；砂充填于卵砾石空隙中，砂的矿物成分主要为石英、长石及岩屑和少量云母。有碎石公路通向各工程区，交通方便。（1）大漩水砂砾石料作为砼骨料的储量及质量评价料场粗骨料、细骨料及砾石分级储量见表4.1-1。表4.1-1 混凝土粗骨料分级储量表料场名称天然储量净砾石储量净砂储量含砂率砾石分级（mm）储量/含砾率/%砂砾石水上水下合计1501508080404020205104m3%104m3大漩水16.078.0324.1023.864.3812.310.003.124.2512.487.16料场调查砼骨料总储量24.10104m3，砂砾石中含砂率一般为8.213.6%，净砂（层中砂）储量为4.38104m3；净砾石储量为23.86104m3。料场砼粗、细骨料取样进行了试验。粗、细骨料主要试验指标与质量技术要求对比分别见表4.1-2和表4.1-3。表4.1-2 混凝土粗骨料试验指标与质量技术要求指标对比表试验项目质量技术指标试验指标评 价大漩水表观密度/（g/cm3）2.602.71符合要求堆积密度/（g/cm3）1.61.81符合要求孔隙率/%4533.21符合要求吸水率/%2.50.26符合要求软弱颗粒含量/%51.