堤防除險加固工程地質勘察質量評價應用研究

王石鋒

(九江市水利電力規劃設計院，江西九江332000)

0 引言

除險加固工程地質勘察是在大壩安全鑒定的基礎上進行的以查明工程病害問題、確定工程處理措施的地質工作[1]。水利工程除險加固設計中地質勘察工作往往得不到應有重視，但地質勘察工作是診斷病險的重要手段，在前期階段極為重要。江新洲大堤根據歷史險情記錄與勘察資料分析得知主要工程地質問題為堤身滲漏穩定、堤基滲透穩定和岸坡穩定等。針對各堤基分段開展地質條件評價，根據評價結果提出相應的加固措施，使得加固方案更加經濟、合理、可靠。

1 工程概況及加固任務

長江江新洲位于江西、湖北、安徽三省交界處，保護著柴桑區江州鎮5.7萬畝耕地和4.2萬人口。江新洲大堤堤頂中心線實測總長計41.012 km。圩堤在長期運行過程中，部分堤頂寬度和堤身坡度已達不到設計要求，大部分堤段堤身迎水面護坡破損嚴重，抗沖刷能力差，堤身填筑質量欠佳，堤身滲漏嚴重，危及圩堤安全。

江新洲大堤除險加固工程主要建設內容包括：

(1)土堤加高加固16.95 km，新建防浪墻41.012 km，新建現澆砼護坡17.05 km.新建生態砼護坡4.31 km，新建干砌塊石護坡12.752 km；

(2)水泥攪拌樁防滲墻30.852 km；填塘壓浸7.774 km；

(3)拆除重建2座自排閘和8座抗旱閘箱涵，完善必要的工程管理設施。

2 地質勘察質量評價及加固措施

2.1 堤基工程質地特性

采用XY-100型油壓鉆機，于2019年3月2日進場鉆孔作業。江新洲大堤部分堤段基礎的鉆孔布置見圖1。

圖1 江新洲大堤部分堤段及鉆孔平面布置圖

選取典型斷面0+000和5+000鉆孔地質剖面，其堤基地質分布概況見圖2、圖3。

圖2 斷面0+000地質剖面圖

圖3 斷面5+000地質剖面

堤基主要由第四系全新統沖積層組成，下伏基巖為第三系新余群(E1+2XN)粉砂巖、砂礫巖。根據勘探深度范圍內粘性土、粗粒土的分布關系，堤基地質結構類型主要為單一結構(Ⅰ)、雙層結構(Ⅱ類)和多層結構(Ⅲ類)三大類。

單一結構堤基主要由粗粒土組成(Ⅰ2亞類)；雙層結構(Ⅱ類)按其組成可分為：由上厚層粘性土(≥3.0 m)下粗粒土組成的雙層結構(Ⅱ2亞類)；多層結構(Ⅲ類)堤基主要由砂壤土、淤泥質粘土和粗粒土組成的多層結構(Ⅲ1亞類)。

2.2 工程地質問題

(1)堤基滲透穩定問題

按照地層巖性差異，堤基地質結構分為三種類型，三亞類。其中單一結構的Ⅰ2亞類堤段，由于堤基土由砂壤土和砂夾淤泥等粗粒土組成，表層基本上無粘性土分布，當長江(河)水水位明顯高于堤內地面且持續一定時間時，堤基可能產生滲漏甚至滲透變形。

多層結構Ⅲ1亞類：上部為砂壤土(≥3.0 m)，中部為淤泥質粘土，下部為砂夾淤泥。由于上部砂壤土具強透水性，在持續高水位條件下，江(河)水易沿滲流途徑較短處產生透破壞。

(2)堤基抗滑穩定及沉降變形問題

江新州大堤樁號0+000～17+000堤基分布淤泥質粘土，但均位于上部粘性土層之下，埋藏較深且因多年堤身荷載壓實固結，力學性質有一定改善，存在堤基抗滑穩定及沉降變形的可能很小。

(3)岸坡穩定問題

由第四系全新統沖積層組成的岸坡抗沖刷能力較差，尤以砂類土為甚，當處迎流頂沖段而下部砂性土頂面高程又接近或高于外河枯水位時，砂性土處于最大流速帶附近，極易被沖刷，導致上部粘性土坡腳臨空失穩，因此枯水期下部砂性土被快速掏蝕是形成崩岸的主要因素。

江州圩堤部分堤段主流逼近堤腳，凹岸迎流頂沖，且堤外外灘灘地較窄，江水直接逼近堤腳，坡腳掏蝕速度相對較快，崩岸塌坡易發育。樁號1+200、2+100、17+200段發生頂沖崩岸險情。

2.3 堤基地質分類

根據堤基地質結構，結合堤內、外滲流邊界條件及分布險情，對堤基進行工程地質分段。擬加固堤基可分為兩種工程地質類別：工程地質條件較好(B)、工程地質條件較差(C)。堤基工程地質分類標準見表1。

表1 堤基工程地質分類表

2.4 各堤段工程地質條件及評價

(1)樁號0+000～1+000、3+000～3+300、3+350～5+400、6+200～8+000

堤段總長為5.15 km，堤基為Ⅱ2類地質結構。堤基上部為粉質粘土、淤泥質粘土，揭露層厚6.5 m～7.5 m，層厚較厚，為較好的天然防滲鋪蓋，下部為砂夾淤泥。

堤基上部粘性土較厚，分布連續，堤基防滲性較強，工程地質性狀良好。堤基一般不存在滲漏或滲透變形等主要工程地質問題。該堤段堤基工程地質條件較好(B類)。

(2)樁號34+560～36+100

該段圩堤長1.54 km，堤基為Ⅱ2類地質結構。堤基上部為粉質粘土和淤泥質粘土，揭露層厚6.8 m～7.5 m，層厚較厚，為較好的天然防滲鋪蓋，下部為砂夾淤泥層。

該堤段堤基工程地質條件較好(B類)。堤外近堤腳處筑堤時挖去大部分粘土使堤前產生連續分布的淵塘，建議對堤外近堤腳處淵塘進行填塘固基。

(3)樁號37+400～41+018

堤段總長為3.618 km，堤基為Ⅱ2類地質結構。堤基上部為粉質粘土，揭露層厚4.2 m～5.5 m，層厚較厚，為較好的天然防滲鋪蓋，下部為砂夾淤泥層。

堤基上部粘性土厚度較大，分布連續，工程地質性狀較好，堤基防滲性較強，河岸距堤腳80 m～120 m，距離較遠，堤基一般不存在滲漏或滲透變形等主要工程地質問題。堤基工程地質條件較好(B類)。

(4)樁號1+000～3+000、3+300～3+350、5+400～6+200、8+000～13+000

堤段總長為7.85 km，堤基為Ⅱ2類地質結構。堤基上部為粉質粘土和淤泥質粘土，揭露層厚6.7 m～7.5 m，層厚較厚，為較好的天然防滲鋪蓋，下部為砂夾淤泥層。

堤基雖然粘性土層較厚，但堤內近堤腳處人工建房基礎開挖挖去大部分粘土及堤后分布大量的淵塘，致使堤內粘性土蓋層有效厚度變薄，在持續高水位條件下，江(河)水易沿滲流途徑較短、蓋層較薄弱處產生滲透破壞，存在滲漏問題，常年出現泡泉等險情。

該堤段堤基工程地質條件較差(C類)。建議對堤內近堤腳處淵塘進行填塘固基，對粘性土變薄堤段進行壓浸處理。

(5)樁號13+000～16+000

該段圩堤長3.0 km，堤基為Ⅲ1類多層結構。上部由砂壤土組成，厚2.6 m～4.9 m，中部為淤泥質粘土組成，厚4.0 m～5.0 m；下部為砂夾淤泥、粉細砂，揭露層厚3.1 m～3.5 m。

該堤段堤基工程地質條件較差(C類)，堤基上部為砂壤土，厚度一般，其透水性較強，為防滲性較差堤基，存在發生泡泉的可能。建議對該堤段堤基進行防滲處理。

(6)樁號16+000～34+560

該段圩堤長18.56 km，堤基為Ⅰ2類單一結構。堤基土由砂壤土和砂夾淤泥等粗粒土組成，厚8.2 m～12.7 m。

堤基土為粗粒土，透水性較強，防滲性較差。表部并有生物孔洞發育，且堤內近堤腳處由于取土筑堤，致使堤內粘性土蓋層有效厚度變薄，在持續高水位條件下，江(河)水易沿滲流途徑較短、蓋層較薄弱處產生滲透破壞。該堤段堤基工程地質條件較差(C類)。建議對該堤段堤基進行防滲處理。

(7)樁號36+100～37+400

該段圩堤長1.3 km，堤基為Ⅱ2類地質結構。堤基上部為粉質粘土，揭露層厚6.2 m～7.0 m，層厚較厚，為較好的天然防滲鋪蓋，下部為砂夾淤泥層。

堤基雖然粘性土層較厚，但堤內近堤腳處筑堤挖去大部分粘土致使堤內粘性土蓋層有效厚度變薄，在持續高水位條件下，江(河)水易沿滲流途徑較短、蓋層較薄弱處產生滲透破壞，存在滲漏問題，歷史上曾出現泡泉等險情。建議對堤基工程地質條件較差(C類)堤段進行防滲處理，如樁號16+000～34+560，該段堤基為單一結構粗粒土組成，其透水性較強，防滲性較差。對堤內近堤腳處淵塘未進行填塘的堤段進行填塘固基，對粘性土變薄堤段進行壓浸處理。

3 結論

通過對江新洲大堤除險加固工程開展地質勘察和質量評價，查明堤防病害原因，為除險加固工程設計提供地質建議與依據。地質勘察的主要任務是查明堤址地基的地層巖性、物質組成和物理力學性質，重點查明巖土層的分布范圍和工程特性，評價存在的主要工程地質問題，以便有針對性地提出加固設計方案。文章以江新洲堤防為例，查明了區域工程地質條件，獲得相關巖土層的物理力學參數，并對主要工程地質問題進行了評價，對堤防分段提出了加固措施建議，使地質勘查質量評價結果得到了很好地應用。