長(zhǎng)江無(wú)為大堤白玉池段安全隱患分析及建議

黃 翔

(安徽省長(zhǎng)江河道管理局,安徽 蕪湖 241000)

0 引 言

長(zhǎng)江安徽段干堤沙基險(xiǎn)工險(xiǎn)段經(jīng)過(guò)近二十多年建設(shè)加固,在防滲及隱患處置實(shí)踐運(yùn)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。近年堤防建設(shè)加固思路有所轉(zhuǎn)變,強(qiáng)調(diào)融入城市發(fā)展規(guī)劃,結(jié)合堤段險(xiǎn)工險(xiǎn)段隱患處置取得成果,如2021年,安慶市安廣江堤城市防洪堤段結(jié)合沿江市政道路改造,建設(shè)“超級(jí)堤防”,打造出靚麗的濱江生態(tài)岸線景觀帶[1]。但是,對(duì)于離城區(qū)較遠(yuǎn)、未納入發(fā)展規(guī)劃且存在防洪安全隱患的險(xiǎn)工險(xiǎn)段,如何健全綜合防滲體系,保障長(zhǎng)江干堤安全運(yùn)行,并合理控制工程規(guī)模和經(jīng)費(fèi)投入,將是今后實(shí)施類似隱患處理要考慮的問(wèn)題。同時(shí),險(xiǎn)工險(xiǎn)段隱患處置中,防滲技術(shù)的整體應(yīng)用還存在一些問(wèn)題,具體有:側(cè)重于防滲墻、排水固結(jié)、高壓噴射、減壓井等單一技術(shù),忽視其他技術(shù)輔助;未能有效結(jié)合堤防地質(zhì)類型和地基特點(diǎn)建設(shè)完整防滲體系;施工管理不到位等[2-4]。因此,應(yīng)基于長(zhǎng)江險(xiǎn)工險(xiǎn)段隱患處置,特別是防滲處理存在的問(wèn)題,針對(duì)典型堤段展開(kāi)深入研究分析。

長(zhǎng)江無(wú)為大堤白玉池段是歷史險(xiǎn)工險(xiǎn)段,因地理位置和地質(zhì)原因,1949年以來(lái),經(jīng)過(guò)多次維修加固,提高了堤段抗?jié)B能力。但在近年汛期高水位運(yùn)行期間,白玉池段堤防內(nèi)坡戧臺(tái)以下出現(xiàn)大面積散浸滲水險(xiǎn)情,其中46+280處產(chǎn)生集中出水點(diǎn)。2016～2017年,安徽省水利廳安排水利工程運(yùn)行維護(hù)及特大防汛經(jīng)費(fèi)共120萬(wàn)元,對(duì)白玉池段近850 m重點(diǎn)出險(xiǎn)堤防實(shí)施防滲處理,提高了施工段堤防的抗?jié)B能力。然而,由于采取的是解決特定險(xiǎn)情的應(yīng)急或局部性措施,處理范圍有限,該段仍有近3.2 km堤防未進(jìn)行除險(xiǎn)加固,長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后仍有發(fā)生繞滲、側(cè)滲的可能。在長(zhǎng)江汛期長(zhǎng)時(shí)間高水位運(yùn)行時(shí),堤防仍然存在散浸滲水等安全隱患,2019年在46+580段(距灌漿段末端180 m)發(fā)現(xiàn)滲水險(xiǎn)情,說(shuō)明前述除險(xiǎn)加固工程措施未能徹底消除險(xiǎn)情,2020年汛期堤防出現(xiàn)了明顯散浸滲水現(xiàn)象。為確保該段防洪安全,根據(jù)SL/Z 679-2015《堤防工程安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》要求,2019年安徽省長(zhǎng)江河道管理局對(duì)白玉池段開(kāi)展堤防安全評(píng)價(jià),對(duì)該段堤防安全進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。

白玉池段作為長(zhǎng)江干堤典型險(xiǎn)工險(xiǎn)段,地理位置、地質(zhì)條件、堤基堤身情況具有代表性,在不靠近城區(qū)、無(wú)法通過(guò)城市提升改造規(guī)劃進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)情況下,如何結(jié)合之前除險(xiǎn)加固工程,采取綜合防滲技術(shù)措施,有效且經(jīng)濟(jì)合理地打造全面防滲體系,對(duì)長(zhǎng)江干堤建設(shè)管理具有現(xiàn)實(shí)意義。本文綜合汛期險(xiǎn)情數(shù)據(jù)、堤防安全評(píng)價(jià)試驗(yàn)和復(fù)核結(jié)果,分析認(rèn)為滲透變形穩(wěn)定問(wèn)題是影響該段堤防防洪安全的主要原因,提出解決堤段防滲問(wèn)題的具體措施,為沿江類似的險(xiǎn)工險(xiǎn)段隱患處理提供了技術(shù)參考。

1 研究背景

1.1 堤防概況

無(wú)為大堤位于長(zhǎng)江左岸蕪湖市境內(nèi),上起無(wú)為市果合興,下至鳩江區(qū)方莊,全長(zhǎng)124.475 km,保護(hù)面積4 520 km2,為Ⅰ級(jí)堤防,是巢湖流域的防洪屏障。堤防保護(hù)合肥、蕪湖、馬鞍山、六安四市下轄的11個(gè)縣、市(區(qū))內(nèi)26.487萬(wàn)hm2(427.3萬(wàn)畝)耕地、600多萬(wàn)人口及華東電網(wǎng)、合福高鐵、淮南鐵路、合巢蕪高速公路等重要設(shè)施的防洪安全,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位。

白玉池段對(duì)應(yīng)無(wú)為大堤44+000～48+000,全長(zhǎng)4.0 km,位于長(zhǎng)江黑沙洲河段(圖1)。堤頂寬10 m,堤內(nèi)坡戧臺(tái)以上坡比1∶3,戧臺(tái)以下坡比1∶5,堤外坡比1∶3。白玉池段江面寬闊,迎流頂沖,浪程較大,大堤外大部分區(qū)域無(wú)民堤,無(wú)民堤段灘寬100～200 m,局部小于100 m或?qū)?00～600 m,灘面較堤內(nèi)地面略高,汛期大堤直接擋水,常發(fā)生散浸滲水等險(xiǎn)情,是長(zhǎng)江安徽段歷史險(xiǎn)工險(xiǎn)段。

圖1 無(wú)為大堤白玉池段對(duì)應(yīng)河段位置Fig.1 Location of corresponding river section of Baiyuchi section of Wuwei embankment

1.2 水文氣象條件

無(wú)為大堤所在地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)區(qū),氣候溫和濕潤(rùn)、雨量豐沛,濕度大,日照長(zhǎng),霜期短。徑流年內(nèi)分配不均勻,51%集中在5～8月。每年6～7月鋒面型暴雨多,8～9月臺(tái)風(fēng)型暴雨多。區(qū)域洪水受上游來(lái)水和下游潮汐雙重影響,洪峰來(lái)量大且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

1.3 工程地質(zhì)條件

無(wú)為大堤白玉池段屬皖中平原區(qū),局部為垅崗丘陵,大堤修筑在沖積平原區(qū)臨長(zhǎng)江臺(tái)面上。該段堤防屬含砂基段,堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)為雙層結(jié)構(gòu)類,上部主要為粉質(zhì)黏土,層內(nèi)多夾有或?qū)用骈g附有粉細(xì)砂。下部主要為粉質(zhì)黏土與粉細(xì)砂互層,堤基土質(zhì)不均勻、夾層較多,滲徑短,易產(chǎn)生滲透穩(wěn)定性問(wèn)題;堤身填土厚6.0～12.8 m,主要是粉質(zhì)黏土和粉質(zhì)壤土,夾粉細(xì)砂、砂壤土,堤身局部含不良夾層,疏松且密實(shí)度稍差,滲透性較大。

2 白玉池段堤防險(xiǎn)情及原因分析

2.1 堤防出險(xiǎn)情況

2.1.1 歷史險(xiǎn)情概況

1998年長(zhǎng)江流域大洪水,白玉池段多處發(fā)生散浸險(xiǎn)情,經(jīng)后期多次除險(xiǎn)加固,堤防防洪能力有所提高,但汛期高水位運(yùn)行時(shí)仍出現(xiàn)不同程度的險(xiǎn)情(表1)[5-7]。

表1 1998～2016年白玉池段險(xiǎn)情統(tǒng)計(jì)

2.1.2 2020年汛期險(xiǎn)情

2020年汛期長(zhǎng)江流域發(fā)生僅次于1954年的大洪水,梅雨時(shí)長(zhǎng)、降雨強(qiáng)度均超歷史極值,堤防高水位狀態(tài)運(yùn)行持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)[8]。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巡查統(tǒng)計(jì),白玉池堤段險(xiǎn)情以堤腳滲水散浸為主。7月23日,無(wú)為大堤鳳凰頸閘下水位15.06 m,接近保證水位15.84 m,白玉池段堤內(nèi)坡普遍發(fā)生滲水、散浸險(xiǎn)情,代表性日險(xiǎn)情見(jiàn)表2。

表2 白玉池堤段代表性險(xiǎn)情(2020年7月23日)

2.2 堤防加固情況

1958～2010年,白玉池段堤防實(shí)施了多次加固,主要措施包括填塘固基、堤身加培、塊石護(hù)坡、錐探灌漿、截滲槽等工程,完成砌石2.5萬(wàn)m3,堤身加培土方48.2萬(wàn)m3,填塘固基61.5萬(wàn)m3,截滲槽2.4萬(wàn)m3。經(jīng)加固,白玉池段堤防基本達(dá)到防御1954年洪水標(biāo)準(zhǔn),防洪能力顯著增強(qiáng)。

2016～2017年,為消除白玉池段樁號(hào)46+280附近的集中滲水險(xiǎn)情,對(duì)45+550～46+400段長(zhǎng)850 m堤身實(shí)施錐探灌漿,對(duì)出水點(diǎn)附近46+090～46+310段(長(zhǎng)220 m)實(shí)施堤內(nèi)平臺(tái)蓋重,蓋重厚度1.0～2.0 m。受限于資金投入,仍有近3.2 km堤防未進(jìn)行除險(xiǎn)加固,2019年在46+580(距灌漿段末端180 m)發(fā)現(xiàn)滲水險(xiǎn)情,說(shuō)明未能徹底消除險(xiǎn)情,仍存在防洪安全隱患[9]。

由例3至例6，四個(gè)題從基礎(chǔ)到綜合再到靈活應(yīng)用，扣住了知識(shí)的核心，滿足了不同層次學(xué)生的需求，鍛煉了學(xué)生的轉(zhuǎn)化意識(shí)，提升了學(xué)生的類比探求能力.

2.3 堤防安全評(píng)價(jià)

為加強(qiáng)堤防安全運(yùn)行,摸清堤防安全狀況,2019年采取堤身隱患探測(cè)、典型斷面外觀尺寸復(fù)核、現(xiàn)場(chǎng)鉆孔、原位試驗(yàn)和相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)等方法[10],開(kāi)展了白玉池段堤防安全評(píng)價(jià),經(jīng)探測(cè)試驗(yàn),該段未發(fā)現(xiàn)較大堤防隱患,但存在堤身材料不均勻、堤頂3 m以下土體含水率較高等潛在安全隱患。對(duì)白玉池段劃分為6個(gè)單元堤段,根據(jù)SL/Z 679-2015《堤防工程安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》綜合評(píng)價(jià),第1單元堤段(對(duì)應(yīng)樁號(hào)44+000～44+800,長(zhǎng)度800 m)評(píng)價(jià)為一類,其余5個(gè)單元堤段(對(duì)應(yīng)樁號(hào)44+800～48+000,長(zhǎng)度3 200 m)評(píng)價(jià)為二類(表3)。建議對(duì)5個(gè)評(píng)價(jià)為二類的單元堤段進(jìn)行加固處理并加強(qiáng)觀測(cè),消除工程隱患,保證運(yùn)行安全[8]。

表3 白玉池段綜合評(píng)價(jià)匯總

2.4 險(xiǎn)情原因分析

2.4.1 堤防工程地質(zhì)問(wèn)題

無(wú)為大堤為歷史上民圩連并,雖然堤身土體壓密變形基本完成,但由于大堤填筑時(shí)堤基未清基或清基處理不徹底,存在不良土質(zhì)和雜物零星分布,堤身與堤基結(jié)合不緊密。加上白玉池段外灘地狹窄,浪程較遠(yuǎn),局部黏土覆蓋層薄,汛期大部分直接擋水。近年來(lái)汛期長(zhǎng)時(shí)間高水位時(shí),堤內(nèi)出現(xiàn)大面積散浸、滲漏險(xiǎn)情,且出逸點(diǎn)較高,具體分析如下。

(1) 堤身填土主要為粉質(zhì)黏土和粉質(zhì)壤土,局部含有粉細(xì)砂、砂壤土、植物根莖或腐殖質(zhì)和含有機(jī)質(zhì)土、泥炭土等不良夾層,密實(shí)程度一般較好,以弱-微透水性為主,但堤身局部夾雜不良土質(zhì)或雜物,密實(shí)程度稍差,堤身滲透性相應(yīng)較大。汛期江水易沿薄弱部位向堤內(nèi)滲透,造成堤坡散浸、滲漏。地基中有強(qiáng)滲透性的砂壤土、滲徑較短,汛期在堤內(nèi)外較大水頭差作用下,易發(fā)生散浸,成為影響大堤安危的關(guān)鍵因素。2010年以來(lái)的險(xiǎn)情分布見(jiàn)圖2,分析表明:44+000～44+800、47+500～48+000堤外有民堤擋水,滲水情況較小,發(fā)生滲水樁號(hào)主要分布在44+900～47+500范圍內(nèi)。

圖2 2010年以來(lái)險(xiǎn)情分布Fig.2 Hazard area distribution since 2010

(2) 堤基多為二元結(jié)構(gòu),局部堤段為老黏土或粉細(xì)砂單一結(jié)構(gòu)。二元結(jié)構(gòu)堤段的蓋層一般較厚,上部主要為粉質(zhì)黏土,層內(nèi)多夾有或?qū)用骈g附有粉細(xì)砂,下部主要為粉質(zhì)黏土與粉細(xì)砂互層,兩者總體厚度較大。部分堤段(47+500～48+000)上部蓋層較薄且小于5 m,其他堤段蓋層厚5.2～10.8 m。局部堤段堤基中有滲透性較強(qiáng)的砂壤土砂層淺埋或裸露,滲徑較短,汛期在堤內(nèi)外較大水頭差的作用下,極可能發(fā)生滲水,抗?jié)B穩(wěn)定條件較差。

(3) 經(jīng)過(guò)多年加固處理,大堤的滲透破壞隱患仍然存在,滲透穩(wěn)定問(wèn)題依然是影響大堤安全的重要因素。

2.4.2 典型斷面出逸情況分析

根據(jù)2020年汛期白玉池段堤內(nèi)坡出險(xiǎn)情況,對(duì)層間滲流異常45+690和47+050典型斷面進(jìn)行出逸情況計(jì)算,復(fù)核結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 45+690斷面、47+050斷面2020年洪水險(xiǎn)情復(fù)核結(jié)果

由典型斷面復(fù)核結(jié)果(表4)可知,在對(duì)應(yīng)鳳凰頸閘水位15.06 m時(shí),考慮堤身下部(高程15 m以下)、堤基內(nèi)部存在層間弱面、質(zhì)量缺陷導(dǎo)致堤身和堤基滲透性增大時(shí),45+690斷面堤內(nèi)坡的滲流出逸范圍在坡腳以上7.70 m,垂直高度約1.48 m,47+050斷面堤內(nèi)坡的滲流出逸范圍在坡腳以上13.30 m,垂直高度約3.11 m。在不長(zhǎng)的堤段內(nèi),在堤內(nèi)坡上的滲水長(zhǎng)度相差較大。分析表明:此種滲透異?，F(xiàn)象是堤身下部(高程15 m以下)、堤基內(nèi)部的層間弱面或隱患所致。

2.4.3 險(xiǎn)情產(chǎn)生原因綜合分析

綜合白玉池段堤防地質(zhì)條件、堤防加固情況及出險(xiǎn)情況分析,該段堤防險(xiǎn)情產(chǎn)生的原因主要有以下3個(gè)方面:① 堤防形成歷史復(fù)雜,堤身填土質(zhì)量差,該段堤防歷經(jīng)多年多次加高填筑而成,堤身存在滲透性較強(qiáng)的不良土質(zhì)和雜物,堤身與堤基結(jié)合不緊密。② 堤基多為二元結(jié)構(gòu),抗?jié)B穩(wěn)定條件較差,堤基上部主要為粉質(zhì)黏土,蓋層厚度較薄,下部為粉質(zhì)壤土與粉細(xì)砂,互層厚度較大,堤基土體性質(zhì)變異性大,夾層及互層現(xiàn)象明顯,堤防滲透破壞途徑復(fù)雜。③ 堤防加固工程呈區(qū)段化,沒(méi)有形成系統(tǒng)完整的防滲體系,雖然歷年多次加固處理,采取的錐探灌漿、平臺(tái)蓋重等措施一定程度提高了堤防抗?jié)B能力,減少了發(fā)生滲透穩(wěn)定性破壞的可能性,有效抑制了沙基險(xiǎn)段易發(fā)生管涌等重大險(xiǎn)情的可能,但無(wú)法避免在長(zhǎng)時(shí)間高水位運(yùn)行工況下發(fā)生繞滲、側(cè)滲的可能性。

綜合分析認(rèn)為,堤防滲透穩(wěn)定問(wèn)題是白玉池段堤防出現(xiàn)險(xiǎn)情的主要原因,嚴(yán)重影響該段堤防安全運(yùn)行。

3 白玉池段除險(xiǎn)加固及管理建議

近年來(lái),特別是2020年汛期,白玉池險(xiǎn)段內(nèi)坡滲水范圍較大,無(wú)為大堤為國(guó)家Ⅰ級(jí)堤防。鑒于其防洪保安的重要性和白玉池段所處的地理位置、地質(zhì)情況,結(jié)合堤防安全評(píng)價(jià)結(jié)果,提出以下除險(xiǎn)加固及運(yùn)行管理建議。

(1) 構(gòu)建系統(tǒng)完整的防滲體系。白玉池段堤身成分復(fù)雜、土質(zhì)差,堤基土質(zhì)滲透性強(qiáng),長(zhǎng)時(shí)間高水位浸泡易發(fā)生散浸等滲透破壞險(xiǎn)情。為保證堤防穩(wěn)定,建議在已實(shí)施的堤身錐探灌漿、內(nèi)坡蓋重平臺(tái)等工程性措施的基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用水平壓滲和垂直截滲的方式建設(shè)系統(tǒng)完整的防滲體系;在堤防外灘地加黏土防滲鋪蓋、堤后加壓滲平臺(tái)的水平防滲措施;在外堤肩處設(shè)一道截滲墻,墻底深入堤基下部粉質(zhì)壤土與粉細(xì)砂夾層,盡量延長(zhǎng)滲徑,降低堤后出逸點(diǎn)高程[11]。

(2) 加強(qiáng)生態(tài)防護(hù)和水土保持。白玉池段江面寬闊,風(fēng)浪淘刷易造成堤防外灘水土流失。為防止外灘表面防滲鋪蓋層流失,建議加強(qiáng)外護(hù)堤地防浪林建設(shè),采取復(fù)合造林、林草灌高低搭配,強(qiáng)化外灘地水土流失防護(hù),同時(shí)有效發(fā)揮高水位時(shí)防浪林消能減浪作用。

(3) 強(qiáng)化堤防監(jiān)測(cè)等管理措施。堤防維修養(yǎng)護(hù)和安全監(jiān)測(cè)是保證工程安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。采取人工巡查、無(wú)人機(jī)、遙感影像、遠(yuǎn)程監(jiān)控等多種方式對(duì)險(xiǎn)段日常檢查,汛期加密巡視觀測(cè)次數(shù),發(fā)現(xiàn)滑坡、裂縫等隱患前兆時(shí)及時(shí)采取應(yīng)急處置措施。同時(shí)結(jié)合出險(xiǎn)情況選擇重點(diǎn)斷面進(jìn)行堤防沉降、位移及滲流監(jiān)測(cè),定期分析監(jiān)測(cè)成果,為堤身安全狀況判定及搶險(xiǎn)方案或預(yù)案制定提供依據(jù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年加固,長(zhǎng)江無(wú)為大堤基本達(dá)到防御1954年洪水標(biāo)準(zhǔn)。白玉池段作為歷史險(xiǎn)工險(xiǎn)段,高水位期仍較易發(fā)生散浸等滲透破壞險(xiǎn)情。險(xiǎn)情原因分析表明:堤身成分復(fù)雜、土質(zhì)差,堤基土質(zhì)滲透性強(qiáng),多次加固沒(méi)有形成系統(tǒng)完整的防滲體系,堤防穩(wěn)定存在滲透穩(wěn)定問(wèn)題。為保證堤防安全穩(wěn)定運(yùn)行,建議綜合運(yùn)用水平壓滲和垂直截滲的方式建設(shè)系統(tǒng)完整的防滲體系,加強(qiáng)外護(hù)堤地防浪林建設(shè),防止水土流失,同時(shí)加強(qiáng)日常巡查檢查和安全監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)跡象及時(shí)采取應(yīng)急處置措施。