某河流堤防險(xiǎn)段安全加固工程巖土工程勘察

南東梅 何俊照 梁 東

(1．華北水利水電學(xué)院，河南鄭州 450045;2．河南地礦建設(shè)工程(集團(tuán))有限公司，河南 鄭州 450000)

1 概述

增城市某河流堤防險(xiǎn)段安全加固工程位于增城市新塘鎮(zhèn)仙村西福河下游及東江北干流仙村涌的右岸。上游始于新塘鎮(zhèn)沙滘村，下游止于十字海水閘，擬加固堤圍全長(zhǎng)約16．7 km。本工程舊堤興建于二十世紀(jì)五六十年代，后經(jīng)逐漸加高、培厚而成，現(xiàn)階段整條堤段基本連續(xù)完整，堤段范圍內(nèi)基本能通行。根據(jù)有關(guān)資料，舊堤在洪水期來(lái)臨時(shí)曾多次出現(xiàn)險(xiǎn)情，特別是白石洲、竹園、沙灣及牛路涌等堤段尤為嚴(yán)重，曾多次出現(xiàn)過(guò)決堤現(xiàn)象。因此現(xiàn)階段舊堤防及其穿堤建筑物已不能滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求，存在較大的安全隱患，需對(duì)堤防險(xiǎn)段和標(biāo)準(zhǔn)較低的堤段進(jìn)行達(dá)標(biāo)加固，加高、加寬大堤以達(dá)到防洪標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)局部滲透性較大堤段采取防滲處理措施等。

該工程可行性研究階段的巖土工程勘察已完成，本次屬于初步設(shè)計(jì)階段勘察，主要是在前期勘察已取得資料的基礎(chǔ)上重點(diǎn)對(duì)堤防險(xiǎn)段進(jìn)行勘察。

2 場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)本次勘察結(jié)果，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料綜合分析，勘察場(chǎng)地及附近未發(fā)現(xiàn)有影響場(chǎng)地穩(wěn)定性的地質(zhì)構(gòu)造和古河道、暗浜、古沖溝、古塘、決口口門、沙丘、埋藏谷等不良地質(zhì)作用，也沒(méi)有巖溶或土洞塌陷、膨脹土、地裂縫、滑坡體等地質(zhì)災(zāi)害，場(chǎng)地是穩(wěn)定的。但在7+040附近基巖中有地下洞穴，地下洞穴已經(jīng)被淤泥完全填充，上覆巖體為較厚的中風(fēng)化砂巖，對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定影響不大。

根據(jù)GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范及GB 18306-2001中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，勘察場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0．05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值為0．35 s。根據(jù)本次勘察結(jié)果，場(chǎng)地內(nèi)場(chǎng)地土的類型為中軟土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，該場(chǎng)地處于河岸，屬于建筑抗震不利地段，在6度地震力作用下，可不考慮飽和砂土或粉土的液化影響，但淤泥、淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂等土層屬于對(duì)震陷敏感的地層。

3 舊堤堤身工程地質(zhì)特征及評(píng)價(jià)

本工程堤圍達(dá)標(biāo)加固堤段全長(zhǎng)約16．7 km，其中西福河堤段長(zhǎng)約7．85 km，堤內(nèi)主要為耕地，堤外距西福河較近，堤外一般有較窄的外灘分布。堤身斷面呈梯形，堤頂高程約為5．0 m～7．5 m，堤頂高程自北向南逐漸變低;堤頂相對(duì)于堤腳高約3．0 m～6．0 m。堤頂寬多為3．0 m～5．0 m。東江北干堤仙村涌堤段長(zhǎng)約8．41 km，堤內(nèi)主要為耕地，堤外距仙村涌較近，堤外一般有較窄的外灘分布。堤身斷面呈梯形，堤頂高程約為4．5 m～6．0 m;堤頂相對(duì)于堤腳高約2．0m ～4．0m，堤頂寬多為3．0m ～5．0m。本工程整條堤段堤身填筑土層厚約0．40 m～6．70 m，舊堤現(xiàn)階段存在的最大問(wèn)題是堤身單薄，高度不能滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求，在多個(gè)局部地段河流逼近堤腳，嚴(yán)重威脅了堤防的安全，屬舊堤的險(xiǎn)段，達(dá)標(biāo)加固時(shí)應(yīng)重點(diǎn)采取相應(yīng)消險(xiǎn)加固措施。本工程在可行性研究階段對(duì)堤身進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)和室內(nèi)滲透試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)成果見表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)滲透系數(shù)成果統(tǒng)計(jì)表

從表1的堤身現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)成果可以看出，堤身滲透系數(shù)在1．68×10－4cm/s～2．77 ×10－3cm/s之間，平均值為5．0 ×10－4cm/s;在堤身77段注水試驗(yàn)中，除2段為微弱透水外，其余75段均屬中等透水性。

整條堤段堤身物質(zhì)組成以粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土為主，土質(zhì)不甚均勻，表層混雜少量砂土或磚瓦等雜填土成分，總體土質(zhì)粘性一般，呈稍密狀，局部松散，其防滲性能一般，滲透系數(shù)可取5．0×10－4cm/s。但局部地段填土為粉細(xì)砂土，偶見紅磚、爐渣、碎石等物，主要集中在樁號(hào)3+300～4+500堤段以及1+520和5+410樁號(hào)斷面的前后50 m范圍內(nèi)。該幾段的堤身填土多為粉細(xì)砂土，結(jié)構(gòu)松散，呈微膠結(jié)或未膠結(jié)狀，粘性差，水泡易散塌，在鉆探過(guò)程中常出現(xiàn)無(wú)回水現(xiàn)象，漏水嚴(yán)重，說(shuō)明其滲透性較強(qiáng)，防滲性能差，建議其滲透系數(shù)采用5．0×10－3cm/s。整條堤段大部分堤段堤身填土土層表面較干燥，表現(xiàn)為堅(jiān)硬狀，下部呈硬塑～可塑狀。堤身土體壓實(shí)度不均勻，滲透性為中等滲透性。堤身填筑土體自身穩(wěn)定性差，抗沖刷能力弱。

4 堤防地基與岸坡巖土特征及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

1)地基土分布特征。

勘察區(qū)主要分布有堤防填筑土及堤基中第四系全新統(tǒng)沖積層及殘積層等，所揭露堤基地層一般上部為粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、淤泥等細(xì)粒土，中下部為粉細(xì)砂、中砂、粗砂等粗粒土，深部為殘積層及各風(fēng)化帶基巖，地層結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為典型的雙層結(jié)構(gòu)，局部地段表現(xiàn)為含夾層形式的多層結(jié)構(gòu)特征。

2)抗滑移及抗沖刷穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

本工程堤基土層主要由粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、淤泥、粘土、粉細(xì)砂、中砂、粗砂及殘積土等組成。堤基土層中粉質(zhì)粘土、粘土及殘積土層抗滑移、抗沖刷能力較好;堤基土層中淤泥質(zhì)土、淤泥抗滑移、抗沖刷能力較差;堤基中的粉細(xì)砂、中砂、粗砂等砂層抗滑移穩(wěn)定性較好，抗沖刷能力較弱。本工程堤外河流在險(xiǎn)段處逼近堤圍，使得堤基土層暴露于河流沖刷、掏蝕之中，故建議堤圍達(dá)標(biāo)加固設(shè)計(jì)、施工時(shí)應(yīng)充分考慮到堤基中淤泥質(zhì)土等軟弱土層對(duì)堤防安全的不利影響，對(duì)險(xiǎn)段等局部河道逼近堤防地段采取相應(yīng)防滑、防沖刷措施。

3)地基滲漏及滲透變形問(wèn)題評(píng)價(jià)。

本工程堤圍沿線堤基中下部均分布有粉細(xì)砂、中砂、粗砂等砂層，厚度較大，粘粒含量較低，滲透性中等～強(qiáng)透水，分布連續(xù)，局部堤段砂層埋深較小，甚至直接暴露與河水相連，在汛期當(dāng)河水位較高時(shí)，堤基易發(fā)生滲漏。本工程勘察場(chǎng)區(qū)西福河堤段地基表層一般覆蓋有較厚的粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土等滲透性相對(duì)較弱的土層，防滲性能較好，有利于堤基抗?jié)B穩(wěn)定;其下粉細(xì)砂層厚度較大為中等透水層，對(duì)堤基抗?jié)B穩(wěn)定不利。在東江北干堤仙村涌堤段大部分地段堤基表層粉質(zhì)粘土等較弱透水性土層覆蓋相對(duì)較薄，其下一般為較厚的粉細(xì)砂層，為中等透水層，堤內(nèi)外水力聯(lián)系強(qiáng)，當(dāng)汛期內(nèi)外水頭相差較大時(shí)，構(gòu)成了發(fā)生管涌和流土等滲透破壞的不良因素，使得堤基易發(fā)生滲透變形問(wèn)題。本工程在多個(gè)局部堤段由于上覆粉質(zhì)粘土或淤泥質(zhì)土弱透水鋪蓋層較薄或堤身直接與粉細(xì)砂土層接觸，易出現(xiàn)管涌、流土等不良工程地質(zhì)問(wèn)題，屬于堤基防滲薄弱地段，應(yīng)采取相應(yīng)防滲加固處理措施。

4)岸坡穩(wěn)定問(wèn)題評(píng)價(jià)。

本工程堤圍外側(cè)大部分地段分布有窄外灘，局部無(wú)外灘，因堤外河流河道邊坡較陡，河水位在上游來(lái)水、漲潮、汛期等情況下變化幅度較大，組成岸坡的巖土體主要為粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土及粉細(xì)砂等，抗沖刷能力較差，堤防岸坡坡腳受水流沖刷掏蝕，穩(wěn)定性較差。舊堤在多個(gè)局部地段河流逼近堤腳，屬舊堤的險(xiǎn)段，堤基表層主要為淤泥質(zhì)土等軟弱土層，易受河水沖刷掏蝕，河岸坡坍塌逼近堤圍，并有向堤圍不斷發(fā)展的趨勢(shì)。因此本工程除了對(duì)舊堤進(jìn)行加寬、培厚外，還應(yīng)對(duì)險(xiǎn)段等局部地段河道岸坡采取整治措施。

5 舊堤達(dá)標(biāo)加固及穿堤建筑物基礎(chǔ)方案

本工程舊堤堤身單薄，寬度及高度均不能達(dá)到防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求，堤身物質(zhì)組成以粉質(zhì)粘土為主，局部地段表層混雜少量砂層或磚瓦等雜填土成分，壓實(shí)度不均勻，填筑質(zhì)量較差。舊堤達(dá)標(biāo)加固的任務(wù)主要是進(jìn)行加寬、培厚堤身，在局部河道逼近堤防地段采取防沖、抗滑措施等;對(duì)于填土、砌置擋墻等可直接以堤身填土或堤基淺層部位的粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂等土層為地基持力層;對(duì)穿堤建筑物地段若上部荷載不大，可直接以堤基中的粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂等土層為天然地基持力層，若荷載較大，也可選擇樁基礎(chǔ)形式，以堤基中埋藏較深的砂層、殘積土層或基巖為樁端持力層。

［1］韋 港，冀建疆．堤防工程地質(zhì)勘察中的若干問(wèn)題［J］．水利水電技術(shù)，2001，32(3):53-57．

［2］何 淼，田春玲．飲馬河堤防塌岸險(xiǎn)段工程除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)方案［J］．東北水利水電，2010(3):5-7．

［3］GB 50286-98，堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［4］華東水利學(xué)院．水工設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］．北京:水利電力出版社，1984．

［5］中山市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司．增城市仙村大圍安全加固工程巖土工程勘察報(bào)告［R］．2008．