查理乡防洪堤工程地质.docx
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查理乡防洪堤工程地质
1工程地质
1.1工程概况
阿坝县查理乡防洪堤位于日阿曲查理乡塔哇村附近,共分3段,沿河流方向依次为1#、2#、3#防洪堤。
1.2区域地质概况
1.2.1地形地貌
工程区位于阿坝藏族羌族自治州阿坝县查理乡境内,阿坝县处于青藏高原末稍、巴颜喀拉山槽区,川西北高原,长江黄河水系支流分水岭河源地带,属构造侵蚀高原地貌;由于地形复杂,地貌各异;有高山、丘状高原,盆地,盆地中有河漫滩及Ⅰ级阶地等地貌单元。
1.2.2区域地质构造
工作区在大地构造上位于松潘~甘孜褶皱系巴颜喀拉冒地槽褶皱带的马尔康向斜北部或阿坝~红原弧形褶断带西部,主体构造带主要生成于印支期,在燕山期、喜山期得以继承和加强。
区域内构造以褶皱最为发育,为一系列的复式背斜和向斜,断裂主要为压扭性断裂与张扭性断裂。
以贾诺~龙日坝一线为界,西部构造展布主要为北西向;东部主要为北东向(见图2“区域构造展布示意图”)。
现将区内主要构造叙述如下:
(1)褶皱
①道班复背斜:
位于阿坝盆地北侧,轴向展布为NW~SE向,核部及两翼地层分别为:
杂谷脑组、侏倭组和新都桥组,两翼岩层产状变化大,常倒转,倾角一般50°~60°,该背斜向北西倾伏消失。
②下阿坝复向斜:
位于阿坝盆地南侧,轴向展布为NW~SE向,枢纽波状起伏,沿阿柯河分布的三叠系上统杂谷脑组厚层状变质砂岩,构成了复向斜的核部,翼部地层由扎尕山群组成,该向斜向北西仰起消失。
(2)断裂
①麦尔玛断裂:
位于阿坝盆地东部,呈近南北向展布,延伸长度约25km,断面倾向西,倾角约70度,属张扭性断裂,平面上表现为顺扭位移,错位可达1000m,切割两侧褶皱和断裂,该断层挽近时期活动强烈。
②下阿坝断裂:
位于阿坝盆地北侧,呈北西向展布的压扭性断裂,与区域褶皱展布方向一致。
其北西、南东盘分别被近南北向的龙尕沟断裂和麦尔玛断裂切割、错断,延伸长度约185km,断面倾向北东,倾角60~80度,破碎带宽数十米至数百米,带内糜棱岩化常见,并有石英脉侵入。
该断裂属压扭性断裂,平面上表现为反扭,其卫星照片影像特征明显,说明断裂挽近时期活动强烈。
该区岩浆活动较强烈,主要出露有燕山期的中酸性岩浆侵入岩及少量岩浆喷出岩,它主要分布在盆地的西侧和南东侧,围岩为三叠系扎尕山群、杂谷脑组和侏倭组地层。
图1-1区域构造展布示意图
1.2.3区域气象、水文特征
(1)气象
阿坝县属高原寒温带半湿润季风气候无明显四季之分。
长冬无夏,春秋相连,日照与昼夜温差大,冷暖季节分明,霜冻时期漫长,干雨季节分明。
年内各月均有出现灾害性天气的可能,3月、4月北方冷空气南下,易造成寒潮连阴雪天气过程;5月、6月和9月、10月冷暖空气交锋,降雹频繁;7月、8月霜冻危害严重。
全年可分干湿两季。
干季(11月至次年4月)主要受大陆内部干冷气团控制及北方冷空气南下的影响,气候干燥寒冷,多大风、风沙、浮尘,降水量仅占全年的10.5%;湿季(5月至10月),主要受印度洋东北上的西南暖气流和西太平洋副热带高压影响,气候凉爽,光照较强,空气湿润,降水量占全年的89.6%,形成对农、牧、林生产有利的水热同季气候.。
阿坝县地处高原,白天太阳辐射强,气温高,夜间地面长波辐射强,气温低,以至昼夜温差大。
多年平均日温差15.4℃,其中一月份平均气温-8℃,七月份平均气温16.7℃,多年极端最高气温达28℃,多年极端最低气温达零下-33.9℃,多年平均气温3.3℃;多年平均蒸发量达775.3mm,11月至次年5月蒸发量均达大于降水量。
霜冻期从每年十月至次年四月,最大冻土深度为1.2m~1.5m,次年4月初解冻。
阿坝县气象特征见表1-1。
表1-1阿坝县气候特征表(多年平均值)
项目月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
降水量(mm)
5.6
7.7
16.2
42.7
88.4
120.4
135.0
111.0
125.9
57.3
8.8
3.5
711.7
蒸发量(mm)
25.6
36.7
63.2
85.3
99.8
93.6
105.4
99.0
68.4
49.6
29.7
19.2
775.5
干燥度K=ET/R(%)
4.57
4.83
3.83
2.16
1.15
0.76
0.78
0.88
0.55
0.86
3.38
5.82
1.09
气温(°C)
-7.9
-4.8
0.1
4.7
8.2
10.4
12.5
11.7
9.0
4.2
-2.0
-7.0
3.3
日照数(小时)
204.3
181.2
214.7
211.5
199.7
169.9
191.9
195.4
163.4
184.7
213.5
222.8
2351.8
辐射量千卡·小时/cm2
9.48
9.78
12.56
13.88
14.40
13.02
14.37
14.13
11.13
10.58
9.72
9.03
142.08
注:
每年11月至次年3月降水以雪为主,表中降水量与雪间融水量
阿坝县降水量稳定、可靠,年降水量多年平均711.7毫米,最多年是1983年,达868.9毫米,最少年是1972年,仅为574.9毫米,最多年与最少年相差294毫米。
一年中,月平均降水量最多是7月,为135.1毫米,12月最少,仅3.3毫米。
累计一日最大降水量达67.80毫米,出现在1968年7月12日。
县内每年5月至9月为雨和冰雹,11月至次年3月,降水以雪为主。
累计一日最大积雪深度18厘米,出现在1975年4月15日。
每年平均降雪65.9天,最多98天,最少31天;平均初日为9月18日,最早7月9日,最晚10月18日;平均终日为6月3日,最早5月12日,最晚7月1日;平均初、终相间日数259.2天,最长329天,最短214天。
由于山上不停的积雪和不停的慢慢融化,持续时间长达4个月,1日最大雪深达18cm,水量为3.5~16.2mm,若按雪密度为0.10g/cm3计算,水量小,强度小,但历时长,融雪给透水性良好的坡体提供了丰富的地下水来源,也是促使坡体土软化和抗剪强度降低的直接原因。
(2)水文
阿坝县境内河流分属长江、黄河两大水系。
黄河水系流域面积3622.37平方公里,流域面积在50平方公里以上的支流14条,100平方公里以上的支流11条。
水流平稳,多弯道。
长江水系流域面积为6730.03平方公里,流域面积在50平方公里以上的支流20条,100平方公里以上支流16条。
河床狭窄,水量充沛,落差大且集中,具有良好的水力发电条件。
日阿曲为长江水系的次级(阿柯河—麻尔曲—脚木足河—大金川—大渡河—岷江—长江)支沟。
(补充日阿曲水文)。
据访问日阿曲水流具易涨易落的特点,在雨季,尤其暴雨后,沟水流量涨幅可达200~400%,其间沟水常混浊,并携带泥沙。
连续小雨时,沟水流量涨幅较小,多以清水流动为主。
1.3堤防工程地质条件及评价
由于工程区内河道两侧大部分地段已修建有防洪堤,为对河道两侧进行全面防护,本阶段设计拟定上、中、下3条堤线,从上之下分别为:
1#防洪堤长234.21m、2#防洪堤长90.20m、3#防洪堤长120.51m,总长444.92m。
1.3.1基本地质条件
1.3.1.1地形地貌
拟建场地位于阿坝县查理乡塔哇村日阿曲干流河段,该地段属于中低山峡谷地貌,两岸山体雄厚,植被发育,塔哇村位于河道两侧分布的Ⅰ、Ⅱ级阶地上,其中河道右侧阶地发育,宽约30~80m,地面高程3267m~3309m;河道左侧紧靠山体,局部位置分布Ⅰ级阶地,宽约20m,地面高程3270m~3285m。
1.3.1.2工程地质条件
根据区内出露分布的岩土工程地质性质及其组合特征,可将其分为如下三类岩组:
1、砂砾石为主的松散岩组
分布于河漫滩及Ⅰ、Ⅱ级阶地,冲积物由灰白色砂砾石堆积层,岩性为砾石、角砾、细砂。
砾石磨圆度较差,分选较差,砾径一般4~20cm。
据坑、槽探和天然露头揭示,结构密实度为上部1~2m松散,中部3~5m稍密,下部中密~密实。
厚度大于20m,主要分布于现代河床及两岸阶地。
2、块碎石为主的松散岩组
主要为崩坡积层及残坡积层,分布于工程区周围山地斜坡中下部,坡积物一般下部为块碎石土,块碎石无磨圆,分选亦差,局部夹砂层,上部一般为粉质粘土、少含块碎石。
结构稍密为主,局部密实状,透水性好。
3、半坚硬岩石类岩组
主要为中生界三叠系中统扎尕山群(T2zg)深灰色薄—中层状长英质细砂岩,褐红色钙质长石细砂岩。
夹深灰色薄层状微晶灰岩,深灰色千枚状板岩。
岩体坚固系数2~8,含裂隙水,透水性较弱。
1.3.1.3水文地质条件
拟建场地位于日阿曲干流河谷两岸岸坡坡脚。
拟建场址区主要为Ⅰ级阶地及漫滩,地形平坦、开阔,平均地形坡度约3~5°;工程区周围为Ⅱ级阶地,地形条件有利于地表、地下水的自然排泄。
区内地下水类型主要为基岩风化带网状裂隙水及松散岩类孔隙水,现分述于下:
1、风化带网状裂隙水
在海拔较高的高原区,由于年平均气温低、昼夜温差大、结冰时间长,因此,寒冻风化作用普遍较发育,加之地形平缓,风化产物不易剥蚀搬运,所以,地表普遍覆盖一层空隙性强的风化壳,厚度变化在5~50m之间,以5~20m为最多。
寒冻风化带发育特决定了高原区分布风化带网状裂隙水,其泉的流量较均匀。
由于风化带发育不深,(相对山体大小而言),虽然表层普遍覆盖有风化物,但其发育和分布随地形起伏而变化,因此,整个表层风化带成统一含水体而被地形分割成许多小单元,地下水主要沿坡向运动而不是沿地层走向运动,一个小山凹就构成了一个完整的补给径流排泄的单元。
以上情况决定了风化带网状裂隙水具有就近补给、就近排泄、径流途径很短、泉水动态变化大、矿化度低的特点。
2、孔隙潜水
(1)、冲洪积砂砾石孔隙水
地下水赋存于冲洪积砂砾石孔隙中,补给来源包括大气降雨入渗、日阿曲河水、沟谷两侧基岩斜坡地下水以及少量居民生活废水。
由于地形较平坦且砂砾石间孔隙大,利于地下水的补给、富集,因而水量丰富。
(2)、残坡积、崩坡积块碎石土孔隙水
地下水赋存于残坡积、崩坡积块石土、碎石土孔隙中,地下水主要接受大气降水的入渗补给,由于地形坡度大、块石间孔隙大,地下水具就地补给、就近排泄的特点,地下水贫乏。
1.3.1.4物理地质现象
工区内主要物理地质现象为河岸坍塌和崩塌。
(1)岸坡及堤身坍塌:
区内沿河两岸及河床均由松散砂砾石及粘质粘土构成,当地村民自建简易防洪堤直接坐落于漫滩砂砾石上,堤段为重力式干砌块石堤,由于雨季河水流量大,流速快,河水冲刷岸坡较为严重,造成未修堤段Ⅰ级阶地或漫滩陡坎前缘的岸坡坍塌及防洪堤堤身垮塌现象十分普遍。
尤其是防洪堤,由于直接坐落于漫滩中,局部地段甚至被冲毁。
(2)崩塌:
崩塌现象多见于岩体裂隙发育,构造破碎强烈区,往往在坡脚处形成由块石堆迭之倒石堆。
1.3.2防洪堤主要工程地质问题及评价
1.3.2.1建基面的选择
河床、漫滩上部的砂砾石沉积年代较新,埋藏较浅且厚度不大,其结构较疏松,属松散层,强度较低,不宜作为堤基持力层。
其下为稍密~密实状态冲积砂砾石堆积层,其承载能力满足基础的承载和变形要求,可作堤基持力层,建议将堤基置于中密~密实砂砾石层中。
但是该层局部含块碎石土层透镜体,有不均匀变形的可能性,对挡墙基础的稳定有一定影响。
在基础开挖过程中,如遇到上述现象,应对含块碎石土层透镜体进行清除、置换或者进行处理。
1.3.2.2渗漏及渗透变形评价
根据抽水试验成果,砂卵砾石层渗透系数K=1.57×10-3~5.79×10-2cm/s,属中等~强透水层;本阶段野外现场试验坑注水试验得出其K值为4.3×10-3cm/s,属中等~强透水层。
判定河床砂卵石层的渗透变形类型为管涌型,允许渗透水力坡降J允=0.10~0.15。
河床砂卵砾石层透水性强,存在渗漏和渗透变形问题。
在开挖边坡和基坑时存在涌水问题,均要采取相应的工程处理措施。
1.3.2.3堤基抗冲刷问题
防洪堤所经地段,河床上部及岸坡均由松散砂砾石组成,抗冲刷能力弱,加之河床坡降大,水流快,河水侧蚀及底蚀作用强烈,极易引起河岸坍塌。
在无堤防地段,河水侧蚀作用,引起松散岸坡塌岸,导致岸坡坍塌后退,农田被毁,河床变宽,河流左右摇摆不定。
鉴于河床上部覆盖层为松散砂砾石、砂土和粉土,存在抗冲刷问题,建议在防洪堤临水一侧设置抗冲设施。
1.4场地和地基土地震效应评价
1.4.1场地地震基本烈度
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)(2008版)及国家标准《GB18306-2001<中国地震动参数区划图>第1号修改单(国标委服务函[2008]57号)》有关规定,勘察区属阿坝县,抗震设防烈度为Ⅵ度,设计地震分组为第三组,地震加速度值为0.05g。
1.4.2场地土的液化评价
根据本次钻探揭露,拟建场地未见饱和粉土和砂土,且抗震设防烈度为Ⅵ度,可不考虑场地土的液化影响。
1.5岩土物理力学指标
根据工程区堤基岩土工程地质特征及工程地质经验类比,提出地基岩土物理力学指标如表3.4。
表3.4土体物理力学指标建议数据表
土类及层位
土样天然指标
物理力学指标
含水量
密度
孔隙比
比重
渗透系数
压缩系数
压缩模量
内摩擦角
凝聚
力
允许承载力
不冲刷流速
渗透坡降
湿
干
ω
ρ
ρd
e
Gs
K
a1-2
Es1-2
φ
C
M
i
(%)
(g/cm3)
-
-
cm/s
MPa-1
MPa
°
KPa
KPa
m/s
砂夹砾石
1.98
2.71
4×10-3~6×10-2
0.35
5.5
28
0
260
0.5
0.1~0.15
粉土
15~18
1.96
1.53
0.89
2.70
8.5×10-5
0.45
4.3
16
3~5
185
0.30
0.3
砂砾石
2.01
2.73
4×10-3
0.30
6.5
35
0
300
0.55
0.1~0.15
1.6工程处理措施建议
针对防洪堤堤基存在的不良水文、工程地质问题及本工程的特殊性,提出如下工程处理措施建议:
①为防止河水冲刷,建议将防洪堤基础伸入砂砾石层1.0~2m或嵌入河流最大冲刷线以下,并在迎水面采取防护措施。
同时在河床内适当设置堰坎,降低水头差,减少河水流速,减缓河水对堤防的冲刷。
②对堤基渗漏地段,建议采用清挖河道的砂卵砾石进行回填铺盖,增加地面高程,减缓地基渗漏及地基渗透变形。
③在邻近冲沟段及坡降较大河段的堤防,建议加强防冲刷措施,适当加深堤基埋深,加强堤身强度。
1.7天然建筑材料
本工程设计需要砂卵砾石料约1000m3,块石料4500m3。
1.7.1砂卵砾石料
沿河漫滩分布有大面积之含泥质砂砾石混块石,其厚度大,储量丰富,经分选可得到不同级配的粗骨料。
砂为细砂~中砂,含泥量10~15%,质量稍差,冲洗后可供使用。
开采运输方便,可就地取材。
1.7.2块石料
工程区附近那亚沟采石点,岩性为中层状长英质细砂岩,岩性坚硬,质量较好,岩石多呈弱风化状,开采运输方便,储量、质量能满足设计要求,运距3km。
1.8结论及建议
1.8.1结论
①工程区属阿坝县,根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)(2008版)及国家标准《GB18306-2001<中国地震动参数区划图>第1号修改单(国标委服务函[2008]57号)》有关规定,抗震设防烈度为Ⅵ度,设计地震分组为第三组,地震加速度值为0.05g。
②防洪堤所经地段,河床上部及岸坡均由松散砂砾石及砂土组成,抗冲刷能力弱,加之河床坡降大,水流快,河水侧蚀及底蚀作用强烈,极易引起河岸坍塌。
鉴于河床上部覆盖层为松散卵砾石、砂土和粉土,存在抗冲刷问题,建议在防洪堤临水一侧设置抗冲设施。
③本区存在的主要水文、工程地质问题有:
A、沿河岸及堤身抗冲刷稳定问题;
B、沿线堤基渗透及渗透变形问题;
1.8.2建议
①为防止河水冲刷,建议将防洪堤基础伸入砂卵砾石层1.0~2.0m或嵌入河流最大冲刷线以下,并在迎水面采取防护措施。
同时在河床内适当设置堰坎,降低水头差,减少河水流速,减缓河水对堤防的冲刷。
②对堤基渗漏地段,建议采用清挖河道的砂卵砾石进行回填铺盖,增加地面高程,减缓地基渗漏及地基渗透变形。
③邻近冲沟段及坡降较大河段的堤防,建议加强防冲刷措施,适当加深堤基埋深,加强堤身强度。
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