漫滩路堤的设计探讨

文/黄金国，四川省林业勘察设计研究院

我国地域辽阔，河流众多，在平原、平坝区河流两岸河漫滩、阶地发育。河漫滩和一级阶地上，地层变化无序，洪水季节受到河水的侵蚀，如果要在河漫滩和一级阶地上修建公路等工程建筑物，必须具备一定的条件。本文以宝珠寺水电站对外公路宝轮镇路堤段为例，对在河漫滩及一级阶地上，修建公路工程有关问题进行探讨。

宝珠寺水电站位于川、陕、甘三省边界附近的白龙江上，是以发电为主，兼有灌溉、防洪等综合作用的大型工程。青水河属宝珠寺电站下游白龙江上的一支流，在宝轮镇附近青水河左右岸，以前由于当地不适当的修建了河堤,人为的大量压缩河床，致使1981年洪水冲垮了河堤，将现设防洪堤处一带冲刷成低凹河槽，形成宽约20 0米的分洪道，河水在洪峰时节沿分洪道流入Ⅰ级阶地后缘，进入晏家河，进而威胁宝轮镇的安全。所以宝珠寺电站对外公路宝轮镇水电五局转运站至飞鸿鹅峡段，在经过宝轮镇时，当地政府强烈要求从宝轮镇外侧清水河左岸河漫滩和一级阶地上通过，兼做防洪堤使用。

1 宝轮镇段公路路堤工程地质条件

由于河漫滩和一级阶地上常受到洪水的侵蚀，地层变化无序，要在上面进行公路等工程建筑，必须进行勘察，取得详细的地勘资料，以确保路堤的安全，为此，我们在拟建路堤区进行了全面勘察，在路堤段布设了15个钻孔，进行了8个探坑编录，现场取样进行了筛分实验，动探试验等测试工作。现分述如下：

1.1 河谷地形地貌

清水河在此处为蛇曲形河道，在路堤的对岸（右岸），由于河流受凤凰山的制约和水流侧向侵蚀作用，河漫滩，阶地均不发育，岸坡陡峻，在凤凰山的上下游有开阔的河漫滩。而路堤侧（左岸），河流沉积作用显著，河漫滩，阶地发育。其中河漫滩开阔平缓，宽一般350~500m，最宽处达600余米，其高程从西向东为470~465 m，河漫滩后缘紧接I级阶地，阶地在ZK9孔附近边缘较完整，往东侧不明显，向高河漫滩过度。阶地阶面平坦，宽数百米，阶面高层为471~474m，较清水河常年年水位高程高3~5m，阶地后缘为晏家河，往东与四合子汇合连成一体，经郭家渡与清水河分洪道连成一体。在路堤段阶地后缘被晏家河切割冲刷成常年积水的河槽。

1.2 地层

为查清路基地层特征，在路堤段布设了十五个钻孔，并进行8个探坑编录，钻进情况见表1

1.2.1 工程建筑区西侧

该区晏家河及分洪道布设7个钻孔，钻孔资料表明，此区地层为：

（1）砂土：除分洪道内ZK3，ZK4号孔外，地表有0.4~0.6米厚的砂土。

（2）砂卵砾石层：砂土下部为砂卵石层，卵石主要成分为沉积岩、火成岩。卵石粒径一般4~6m。

（3）泥岩：砂卵砾石层下部为浅紫色、红色泥岩，埋深为3.9~5.9m。

1.2.2 Ⅰ级阶地

在Ⅰ级阶地上布设3钻孔，分别为ZK7、ZK9、ZK10，钻孔资料表明，Ⅰ级阶地上地层为：（1）砂土 ： 厚0.8~2.2m粘性好，可塑。（2）砂卵砾石层 ： 此区砂卵砾石层较厚，未见底，卵砾石分以沉积岩，火成岩为主，卵石粒径一般4~6cm;处于中密状态。

从ZK7空中可知，砂卵砾石层中含有砂层透镜体，其埋深为3.8m，厚1.5m，砂以中细砂为主，成分为石英，长石。

1.2.3 高河漫滩

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在高河漫滩上布设了3个钻孔，分别为ZK8，ZK12，ZK13、钻孔资料表明，此区地层为：

（1）砂土：厚约0.5m，粘性弱，不可塑。（2）砂卵砾石层：未见底，卵砾石成分以沉积岩，火成岩为主，卵石粒径一般4~6cm。

1.2.4 建筑区东侧

为四合子段，在此布设2个钻孔，分别为ZK14，ZK15，钻孔资料表明此区地层为：

（1）亚粘土：地表为亚粘土，厚约1米，以粘土为主含部分砂质，粘性强，可塑。

（2）砂卵砾石层：未见底，卵砾石以沉积岩，火成岩为主，卵石粒径一般4~6m，约占30%，砾石粒径一般1~2m，约占50%，松散—中密。

1.3 水文地质概况

区内地下水含水层主要为砂卵砾石层，沿河谷呈条带状分布，组成河漫滩和一级阶地，在宝轮镇砂卵砾石厚约几十米，属潜水含水层，水量丰富，单井涌水量可达968.45吨/日。

据钻孔资料，地下水埋深0.8~5.4m水位高程分别为469.3~466.7 m，表明地下水流向与地表河流流向一致，其水力坡度为0.0026，从ZK8、ZK9、ZK10可知，在横向上，地下水流向为从北至南，水利坡度为0.008。

另外据水文调查资料，晏家河和清水河水位高程分别为469.5~470m。468.9~469.6m（1984年11月），高于相应处的地下水位，河水补给地下水，洪水季节，地下水随洪水位的上涨而升高，随洪水位的降低而缓慢下降。

1.4 河谷水流动态特征

在此处由于河床开阔，在河口又受到白龙江河水阻截，清水河流量仅相当于白龙江同等流量的15%和4.8%，受到白龙江河水顶托的影响，造成河床淤积，致使河床比降进一步减小，水流流速慢，搬运力低，表现为以沉积为主，在这种水动力条件下，河流侵蚀作用小，河床随时间的推移，其比降将减小，河床升高。

2 公路路堤设计中的有关问题

在河漫滩和Ⅰ级阶地上进行公路路堤工程建筑应具备的必要前提条件，本文认为应满足以下几条。

2.1 河床的过水断面和泄洪能力

此处河漫滩宽缓。过水断面大，路堤建成后，尚有几百米宽的河漫滩作为过水断面。为准确测算该区河流的泄洪能力，在路堤段从西向东依次做了3个河床断面，并对各断面处的流量、流速、过水断面面积按50年一遇洪水位进行推算：

Ⅰ断面：50年一遇设计流量为8307m3/s；

过水断面面积为3364m2

平均流速为2.47m/s

Ⅱ断面：50年一遇设计流量为8331m3/s

过水断面面积为2606m2

平均流速为3.2m/s

Ⅲ断面：50年一遇设计流量为8368m3/s；

过水断面面积为1732m2

平均流速为4.83m/s

计算结果表明，路堤建成后，河床断面足以排泄洪水，泄洪能力满足设计要求。

2.2 有良好的路基持力层

以上可知，河漫滩和Ⅰ级阶地上，地层以砂卵砾石为主，我们在现场取样进行了颗分试验，取样深度为0.5~2.0m。试验结果表明，卵石粒径一般2~6cm,约占47.26%；砾石粒径一般0.5~1cm，约占35.35%；含少量漂石，约占8%；砂泥约占9.39%。按d60与d10的比率计算不均匀系数Cu=2.7。另外我们在现场进行了N120动探试验。

从表2可知，砂卵砾石层，地基承载力在3×105Pa以上，弹模在1.8×107Pa以上。砂卵砾石层处于中密状态。据研究资料，由于砂卵砾石层中砂、卵石、砾石之间嵌合力强，又具有较高的承载力，与实际相符，所以砂卵砾石层是良好的基础持力层。

2.3 地下水作用对基础的影响

据水质分析试验资料，水中H+与侵蚀性CO2含量少，矿化度为304.24毫升/升，地下水为自然界广泛存在的HCO3~Ca型水，对混凝土无侵蚀作用。

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据前述资料，此区地下水动力条件弱，纵向上从西向东，水力坡度仅为0.0026，横向上从北至南，水力坡度仅为0.008.地下水主要补给源为地表水，雨季虽然地下水位随洪水位的升降而变化，但变化幅度小，动水压力弱，不会导致流砂等不良作用，地下水基本上无潜蚀作用，对基础影响微弱。

2.4 路堤的设计高度和基础设置

2.4.1 从距河滩路堤25公里远的上寺水文站搜集到宝轮镇即川峡公路329公里处的最大洪水位资料，在上述3个断面处，用经验和理论频率曲线适线法推算50年一遇洪水设计流量和100年一遇洪水校核流量，根据一般城镇防洪要求，推算出3个断面上的50年一遇和100年一遇洪水流量，按断面、河床比降、糙率、试求水深、考虑波浪高度和波浪侵袭高度等确定了各断面处路堤设标高。

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2.4.2 基础设置在砂卵砾石层上，设计时对其防护进行了冲刷计算，按冲刷深度确定基础的埋置深度，确保基础安全。

（1）路基直接防护 估计河槽自然变形及一般冲刷，自然变形考虑坡脚可能发生最大的河槽水深，一般冲刷按坡脚可能发生最大的河槽水深，一般冲刷按坡脚设计水深计算冲刷深度，如Ⅱ断面处冲刷深度为0.69m。

（2）斜冲刷根据路堤与水流流向交角，计算斜向冲刷所引起的局部冲刷，用较大值作为冲刷深度，如Ⅱ断面上斜冲刷深度为0.73 m。

因此在Ⅱ断面处基础设置深度大于0.73m，其它地段依次类推。

2.5 对其它建筑的影响

从宝轮镇到昭化，在郭家渡横跨清水河，当地设置一个渡口称为解放渡口，路堤建成后，既有利于宝轮镇布局规划，又有利于路堤下部解放渡口的引渡，对渡口今后的改造建设无不良影响。约700余亩，河滩地600余亩，为农田建设创造了有利条件。

3.3 有利于城镇建设和规划，能充分发挥线路的功能作用，具有较好的经济效益。

3.4 由于清水河河水受白龙江回水的顶托，水流流速慢，河床淤积严重，致使河床抬高，影响泄洪能力，为解决这个问题，除设计上按该区洪水位高程提高路基设计标高外，建议筑路材料及当地进行工程建筑所需砂卵石料在路堤下游开采，尽量降低河床，疏通河道。

3.5 据《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2015)，该区地震基本烈度Ⅵ度，因此可以不考虑砂土液化问题。

本文是在实际工作的基础上，对河谷区公路路堤工程建筑的前提条件进行了论证和探讨，可供城镇公路规划参考。

3 结束语

3.1 路堤选择在地势开阔的高河漫滩和Ⅰ级阶地上，满足河谷区进行公路路堤工程建筑的前提条件和各项技术标准。

3.2 场地开阔，施工方便，占用农地少，公路建成后可保护农地

[1]工程地质手册编写组。《工程地质手册》（第四版2009）。中国建筑工业出版社.

[2]北京大学等合编《地貌学》高等教育出版社。1985.4.

[3]《公路路线设计规范》JTG D20-2006.

[4]《公路工程地质勘察规范》JTG C20-2011.