九龍江堤防工程地質(zhì)勘察與評(píng)價(jià)

黃俊勇

(漳州市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，福建 漳州 363000)

0 引言

通過(guò)工程地質(zhì)勘察，對(duì)堤段工程地質(zhì)條件進(jìn)行全面的綜合評(píng)價(jià)，進(jìn)而分析險(xiǎn)情發(fā)生的原因，是堤防加固設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。堤身質(zhì)量和堤基地質(zhì)條件評(píng)價(jià)是防滲加固的基礎(chǔ)，明確堤身材料物理參數(shù)和堤基地質(zhì)構(gòu)造才能合理確定加固范圍和方法，使得設(shè)計(jì)方案做到因地制宜。九龍江防洪堤防洪標(biāo)準(zhǔn)低、堤身單薄、堤身質(zhì)量差，存在堤基漏水、堤腳沖刷等現(xiàn)象，對(duì)堤基堤身抗滑穩(wěn)定、沉降變形、滲透變形和抗沖能力等工程地質(zhì)問(wèn)題分段分析，綜合研判評(píng)價(jià)各堤段地質(zhì)條件，提出相應(yīng)處理措施的建議，為后續(xù)除險(xiǎn)設(shè)計(jì)提供合理建議。

1 工程概況

福建省九龍江防洪工程由于大部分堤防未進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，現(xiàn)有堤防堤身普遍較為單薄，穿堤建筑物多已老化。工程區(qū)內(nèi)各堤段主要存在以下主要問(wèn)題：

(1)防洪標(biāo)準(zhǔn)低，難于抵御較大洪水侵襲。

(2)堤身單薄、填筑質(zhì)量差，堤身填土大部分由砂質(zhì)土填筑而成，受施工條件所限，堤防砂土相對(duì)密度偏小，洪水時(shí)堤身易發(fā)管涌滲透破壞險(xiǎn)情。

(3)堤防在筑堤時(shí)未清基或清基不徹底，堤基淺部透水層、軟弱地層未進(jìn)行處理，汛期高水位時(shí)堤身與堤基的接合部分、上部堤基易發(fā)生散浸掉腳險(xiǎn)情。

(4)歷史上河道采砂引起河床下切，造成迎流頂沖段河岸崩塌，威脅堤防的安全。

為此，擬完成10.5 km的防洪堤除險(xiǎn)加固工程，包括天寶堤段7.0 km和前山堤段3.5 km。工程級(jí)別為2級(jí)，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)按10 a一遇最大24 h暴雨遭遇外江同頻率洪水不漫溢。

2 地質(zhì)勘察預(yù)評(píng)價(jià)

2.1 堤身評(píng)價(jià)

工程區(qū)堤防大部分堤身斷面未達(dá)到設(shè)計(jì)斷面要求，堤身較為單薄，難以抵御大洪水的侵襲，建議對(duì)堤身單薄處應(yīng)以加高培厚堤身為主，對(duì)堤前灘地盜、挖砂所形成的砂坑進(jìn)行回填加固。

鉆孔注水試驗(yàn)具備野外特定的邊界條件，能夠較為準(zhǔn)確的反應(yīng)堤身填土的實(shí)際滲透系數(shù)，為了查明堤身填土的滲透性，勘探期間在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了大量的鉆孔注水試驗(yàn)，試驗(yàn)成果見表1。

表1 各堤段堤身土室內(nèi)、外滲透試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

由表1可知，堤身土滲透系數(shù)多具弱透水性，僅局部堤身透水性較強(qiáng)，堤身近幾年經(jīng)過(guò)多次灌漿后防滲性能較好，局部堤身土滲透性較強(qiáng)，充分反應(yīng)筑堤時(shí)填土碾壓不均勻，灌漿效果不一。

河道兩側(cè)沉積有大量的沖洪積物，以粉細(xì)砂、中粗砂為主，粘性土相對(duì)較少，現(xiàn)有堤防堤身填土多為就近取土，堤身填土以粉砂性土和粉土為主。可對(duì)堤身填土進(jìn)行劈裂灌漿，通過(guò)壓力灌漿設(shè)備向鉆孔中灌注粘性土泥漿，壓入砂性土縫隙或松散的顆粒之間，析出水份后使粘性土填塞砂性土空隙，可增強(qiáng)堤身的防滲性能。

2.2 堤基工程地質(zhì)特征

2.2.1 堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類

對(duì)堤防穩(wěn)定影響較大的堤基地層主要為地面以下1.5倍～2.0倍堤身高度的深度范圍或河道深泓線以上的地層。根據(jù)九龍江堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，初步確定堤基結(jié)構(gòu)劃分的深度范圍為地面以下10 m～15 m左右；劃分依據(jù)為堤基土層的物質(zhì)組成、分布、滲透特性及其組合關(guān)系。將堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)分為單一、雙層、多層等3個(gè)大類型和5個(gè)亞類，鉆探表明堤身厚度一般為5 m～6 m，粘性土臨界厚度取堤高的1/2，臨界厚度取3 m，見表2。

表2 堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類

本工程設(shè)計(jì)堤線總長(zhǎng)10.45 km，堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)中Ⅰ2類、Ⅱ1類，長(zhǎng)約3.12 km，占堤線總長(zhǎng)的29.86%，這類堤基上部粘性土單薄或堤基分布單一砂性土，堤基工程地質(zhì)條件差；Ⅰ1類與Ⅱ2類堤基長(zhǎng)約5.321 m，占50.92%，為單一粘性土或有一定厚度的粘性土，堤基具較好的防滲性能；多層結(jié)構(gòu)堤基地質(zhì)條件復(fù)雜，工程區(qū)內(nèi)分布較少，該類堤基淺部多分布砂性土或淺部粘性土較薄，抗?jié)B性能較差，存在滲透破壞或不均勻沉降等問(wèn)題。

2.2.2 堤段地質(zhì)條件分類

以堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)和存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題為分段依據(jù)，結(jié)合擬建堤線內(nèi)外滲流邊界條件，充分考慮堤外灘地寬度、堤內(nèi)外取土區(qū)和溝塘的分布等影響堤防安全的地質(zhì)因素，將堤防分為工程地質(zhì)條件較好(B)、較差(C)和差(D)三類，各類堤段特征如下：

B類堤段，堤基上部為粘性土，堤基結(jié)構(gòu)以Ⅱ2類為主，部分Ⅰ1、Ⅱ1類；外灘地一般較寬，堤外有少量的溝塘，一般無(wú)滲透破壞險(xiǎn)情，或者局部有少量隱患。

C類堤段，堤基土質(zhì)較差，或上部粘性土厚度較小，堤基結(jié)構(gòu)以Ⅱ1類為主，部分Ⅱ2、Ⅲ類，外灘地一般較窄或無(wú)外灘，堤段外灘地盜、挖砂，發(fā)生過(guò)較嚴(yán)重堤基滲透破壞險(xiǎn)情或存在較明顯的安全隱患。

D類堤段，堤基土質(zhì)差，以砂性土為主，堤基結(jié)構(gòu)以Ⅰ2類，一般外灘地較窄或無(wú)外灘，已發(fā)生過(guò)嚴(yán)重的破壞險(xiǎn)情或存在明顯的安全隱患。

2.3 堤防主要地質(zhì)問(wèn)題評(píng)價(jià)

2.3.1 滲透變形問(wèn)題

防洪堤堤身主要為砂性土，土的滲透變形類屬管涌，其臨界水力比降值較低，當(dāng)外江水漲高時(shí)，堤身土體容易產(chǎn)生滲透變形破壞。工程區(qū)Ⅰ1類、Ⅱ2類地質(zhì)結(jié)構(gòu)的堤基，堤基表層有粘性土，且有一定的厚度，抗?jié)B和防沖性能均較好，上述地質(zhì)結(jié)構(gòu)的堤基汛期一般不會(huì)發(fā)生堤基險(xiǎn)情。Ⅰ2類堤基，一般堤基由粉細(xì)砂、中粗砂或卵石組成，砂性土層有一定的厚度，其防滲性能差，工程區(qū)該類地質(zhì)結(jié)構(gòu)的堤基分布較廣泛，每逢汛期，砂性土堤基時(shí)有險(xiǎn)情發(fā)生，如發(fā)生管涌、流土和堤腳沖刷后滑塌等險(xiǎn)情。

Ⅱ1類地質(zhì)結(jié)構(gòu)的堤基表層均分布有薄層粉質(zhì)粘土，屬弱透水性，具一定的防滲性能，若堤內(nèi)側(cè)粘性土較薄的部位被溝塘切割或直接揭穿下部砂性土?xí)r，該處就可能在高水位時(shí)，發(fā)生滲透破壞。工程區(qū)Ⅲ類地質(zhì)結(jié)構(gòu)的堤基主要由粘性土、砂性土或淤泥組成復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，其防滲和抗沖性能主要取決于砂性土厚薄、空間分布與多種地層的組合情況，汛期發(fā)生險(xiǎn)情的地質(zhì)原因亦較為復(fù)雜。

2.3.2 堤基沉降問(wèn)題和抗滑穩(wěn)定問(wèn)題

根據(jù)勘察天寶、前山部分堤段堤基斷續(xù)的分布軟土，呈流塑～軟塑狀，具高壓縮性，軟土堤基可引起過(guò)大的沉降或不均勻沉降，使堤身或穿堤建筑物發(fā)生開裂，對(duì)堤防構(gòu)成威脅。

防洪堤雖已建成多年，堤基土層已有固結(jié)，沉降已趨穩(wěn)定，但因軟土存在孔隙比高的問(wèn)題，當(dāng)汛期河水水位長(zhǎng)期處于高水位，堤基軟土工程性能迅速變差，容易導(dǎo)致堤基沉降量較大，會(huì)引起堤頂欠高，汛期堤頂漫水，堤后亦會(huì)出現(xiàn)局部塌坡險(xiǎn)情。

2.4 評(píng)價(jià)及建議

勘察擬加固堤防工程堤線總長(zhǎng)約10.50 km，其中工程地質(zhì)條件較好(B)的堤線長(zhǎng)約4.82 km，占堤線總長(zhǎng)約46.12%，這類堤段堤基上部以粘性土為主，具有較好防滲抗沖性能，一般不存在安全隱患，汛期亦不易發(fā)生險(xiǎn)情，堤防設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)該以堤身為主，即加高培厚堤身，以達(dá)到防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

工程區(qū)地質(zhì)條件較差(C)、差(D)的堤段長(zhǎng)約5.63 km，占堤線總長(zhǎng)約53.88%，這類堤段堤基一般由粉細(xì)砂、中粗砂、礫砂和砂卵石組成，局部砂層中部夾有薄層粘性土，一般堤外灘地較窄或無(wú)，局部堤段歷史上曾發(fā)生過(guò)管涌滲透破壞險(xiǎn)情，堤基防滲、抗滑穩(wěn)定性能差，存在滲透破、不均勻沉降等安全隱患，亦是汛期險(xiǎn)情易發(fā)地段。堤防設(shè)計(jì)的不僅要對(duì)堤身進(jìn)行加高培厚，達(dá)到防滲設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)需視情況對(duì)堤基需進(jìn)行防滲處理，建議對(duì)堤基下部有相對(duì)隔水層的堤段進(jìn)行垂直截滲，對(duì)厚層砂性土堤基可采取懸掛式截滲、堤前鋪蓋等防滲處理措施。

3 結(jié)論

通過(guò)地質(zhì)勘察，對(duì)擬加固除險(xiǎn)全段工程地質(zhì)條件從堤身和堤基兩個(gè)層面分析險(xiǎn)情發(fā)生原因，并進(jìn)行了全面綜合評(píng)價(jià)，這是堤防加固設(shè)計(jì)的前提。九龍江防洪堤堤身填土以粉細(xì)砂和中粗砂堆填為主，防滲性能普遍較差，現(xiàn)有堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，大部分堤身斷面未達(dá)到設(shè)計(jì)斷面要求，難以抵御大洪水的侵襲，建議加高培厚堤身，填塘固基。單一粘性土或有一定厚度的粘性土堤基具較好的防滲性能，多層結(jié)構(gòu)堤基地質(zhì)條件復(fù)雜，工程區(qū)內(nèi)分布較少，該類堤基淺部多分布砂性土或淺部粘性土較薄，抗?jié)B性能較差，存在滲透破壞或不均勻沉降等問(wèn)題，后續(xù)處理中應(yīng)格外注意。