堤防除險加固工程地質(zhì)勘察質(zhì)量評價應用研究

王石鋒

(九江市水利電力規(guī)劃設計院，江西九江332000)

0 引言

除險加固工程地質(zhì)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(zhì)工作[1]。水利工程除險加固設計中地質(zhì)勘察工作往往得不到應有重視，但地質(zhì)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(jù)歷史險情記錄與勘察資料分析得知主要工程地質(zhì)問題為堤身滲漏穩(wěn)定、堤基滲透穩(wěn)定和岸坡穩(wěn)定等。針對各堤基分段開展地質(zhì)條件評價，根據(jù)評價結(jié)果提出相應的加固措施，使得加固方案更加經(jīng)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(qū)江州鎮(zhèn)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(zhì)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(nèi)容包括：

(1)土堤加高加固16.95 km，新建防浪墻41.012 km，新建現(xiàn)澆砼護坡17.05 km.新建生態(tài)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(zhì)勘察質(zhì)量評價及加固措施

2.1 堤基工程質(zhì)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(yè)。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(zhì)剖面，其堤基地質(zhì)分布概況見圖2、圖3。

圖2 斷面0+000地質(zhì)剖面圖

圖3 斷面5+000地質(zhì)剖面

堤基主要由第四系全新統(tǒng)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(jù)勘探深度范圍內(nèi)粘性土、粗粒土的分布關(guān)系，堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型主要為單一結(jié)構(gòu)(Ⅰ)、雙層結(jié)構(gòu)(Ⅱ類)和多層結(jié)構(gòu)(Ⅲ類)三大類。

單一結(jié)構(gòu)堤基主要由粗粒土組成(Ⅰ2亞類)；雙層結(jié)構(gòu)(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(jié)構(gòu)(Ⅱ2亞類)；多層結(jié)構(gòu)(Ⅲ類)堤基主要由砂壤土、淤泥質(zhì)粘土和粗粒土組成的多層結(jié)構(gòu)(Ⅲ1亞類)。

2.2 工程地質(zhì)問題

(1)堤基滲透穩(wěn)定問題

按照地層巖性差異，堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)分為三種類型，三亞類。其中單一結(jié)構(gòu)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(nèi)地面且持續(xù)一定時間時，堤基可能產(chǎn)生滲漏甚至滲透變形。

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

(2)堤基抗滑穩(wěn)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(zhì)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(jié)，力學性質(zhì)有一定改善，存在堤基抗滑穩(wěn)定及沉降變形的可能很小。

(3)岸坡穩(wěn)定問題

由第四系全新統(tǒng)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(wěn)，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(fā)育。樁號1+200、2+100、17+200段發(fā)生頂沖崩岸險情。

2.3 堤基地質(zhì)分類

根據(jù)堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)，結(jié)合堤內(nèi)、外滲流邊界條件及分布險情，對堤基進行工程地質(zhì)分段。擬加固堤基可分為兩種工程地質(zhì)類別：工程地質(zhì)條件較好(B)、工程地質(zhì)條件較差(C)。堤基工程地質(zhì)分類標準見表1。

表1 堤基工程地質(zhì)分類表

2.4 各堤段工程地質(zhì)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(zhì)結(jié)構(gòu)。堤基上部為粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)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(xù)，堤基防滲性較強，工程地質(zhì)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(zhì)問題。該堤段堤基工程地質(zhì)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(zhì)結(jié)構(gòu)。堤基上部為粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)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(zhì)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(chǎn)生連續(xù)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(zhì)結(jié)構(gòu)。堤基上部為粉質(zhì)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(xù)，工程地質(zhì)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(zhì)問題。堤基工程地質(zhì)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(zhì)結(jié)構(gòu)。堤基上部為粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)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(nèi)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(nèi)粘性土蓋層有效厚度變薄，在持續(xù)高水位條件下，江(河)水易沿滲流途徑較短、蓋層較薄弱處產(chǎn)生滲透破壞，存在滲漏問題，常年出現(xiàn)泡泉等險情。

該堤段堤基工程地質(zhì)條件較差(C類)。建議對堤內(nèi)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(jié)構(gòu)。上部由砂壤土組成，厚2.6 m～4.9 m，中部為淤泥質(zhì)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(zhì)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(fā)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(jié)構(gòu)。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(fā)育，且堤內(nèi)近堤腳處由于取土筑堤，致使堤內(nèi)粘性土蓋層有效厚度變薄，在持續(xù)高水位條件下，江(河)水易沿滲流途徑較短、蓋層較薄弱處產(chǎn)生滲透破壞。該堤段堤基工程地質(zhì)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(zhì)結(jié)構(gòu)。堤基上部為粉質(zhì)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(nèi)近堤腳處筑堤挖去大部分粘土致使堤內(nèi)粘性土蓋層有效厚度變薄，在持續(xù)高水位條件下，江(河)水易沿滲流途徑較短、蓋層較薄弱處產(chǎn)生滲透破壞，存在滲漏問題，歷史上曾出現(xiàn)泡泉等險情。建議對堤基工程地質(zhì)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(jié)構(gòu)粗粒土組成，其透水性較強，防滲性較差。對堤內(nèi)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(jié)論

通過對江新洲大堤除險加固工程開展地質(zhì)勘察和質(zhì)量評價，查明堤防病害原因，為除險加固工程設計提供地質(zhì)建議與依據(jù)。地質(zhì)勘察的主要任務是查明堤址地基的地層巖性、物質(zhì)組成和物理力學性質(zhì)，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(zhì)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(qū)域工程地質(zhì)條件，獲得相關(guān)巖土層的物理力學參數(shù)，并對主要工程地質(zhì)問題進行了評價，對堤防分段提出了加固措施建議，使地質(zhì)勘查質(zhì)量評價結(jié)果得到了很好地應用。