堤防工程建设的基础是设计, 而设计的依据是地质, 这是工程建设的常识性问题, 不会有什么质疑。然而在实际工作中却往往并非如此。问题主要出在人们对堤防工程地质勘察工作的片面理解或被一些假象所迷惑, 走了两个极端。一个极端是过高地要求地质勘察能在“查明”工程地质条件的同时, “准确”地提供设计需要的地质图件和堤基岩土体物理力学参数, 一旦在有限的勘探控制工作量之内不能完全同时达到“查明”和“准确”的要求时, 就立即降低了对地质勘察工作的认可和重视程度;另一个极端是我们的祖先在数百年乃至上千年来与洪水搏斗的岁月里修建的大量堤防工程, 却从来没有进行过任何地质勘察工作, 许多堤防工程至今也是安全的。这两个极端, 不同程度地影响着堤防工程地质勘察工作的有序开展, 在大规模的堤防工程建设中, 难免存在这样那样的问题。为使堤防工程地质勘察工作能够科学、客观、完整、系统地为设计提供可靠的地质资料, 我们有责任将近年来堤防工程地质勘察工作中出现的若干问题展示出来, 供同行们讨论参考。
主要为堤基、堤身的土抗滑稳定、抗冲稳定问题。堤防的土体由于受水的浸湿软化作用、水的渗透变形作用和水流冲刷作用, 当堤基为饱水且不透水软弱土层, 如淤泥及土软塑粘土等.区域构造稳定性是影响堤防工程安全的内在控制因素。
水在土中的渗流不仅对于某一接触面作用有压力且土粒本身也受到孔隙水流拖曳力的作用。在渗透力作用下, 土体中的某些颗粒被渗透水流携带走, 使土石变松散, 强度降低, 工程上称为渗透变形。由于土体颗粒级配和土体结构不同, 存在流土、管涌、接触冲刷和接触流失4种破坏形式。一般常用细粒含量Pc法、平均直径比值法和不均匀系数Cu法3种方法进行渗透破坏类型的判定。
砂土液化可导致堤防强度失效而滑移、堤防的沉陷和不均匀沉陷, 堤身开裂, 使堤防受到破坏。目前对液化趋势和性质的判定大多根据砂土层的有效粒径、不均匀系数、渗透系数、相对密度、砂土层厚度、地下水位深浅及动剪应变的大小等因素进行综合评价。
堤身中由于透水性大的砂类土的含量高易形成散浸、清水管涌、夹层渗漏, 一般水流属层流;另外生物洞穴管道漏水, 水流量可观, 属紊流。而挡水为堤防的主要功能, 堤基、堤身大量渗水或漏水将直接导致该功能的丧失或降低。
北江大堤属于全国7大重点堤防之一, 位于北江下游左岸, 由数条堤段组成, 合计总长63.34km, 解放前有13条独立的分散小堤围, 解放后经统一规划, 进行培修加固, 将其接成完整堤围。北江大堤历史上曾经出现过多次险情, 堤防除低矮, 高程或断面不满足要求外, 主要有以下几个方面影响堤防的安全:
北江大堤是多次填筑而成, 堤身土均一性较差, 如西南堤段以前堤身筑土成分较杂, 密实性差, 以粘土及粉土为主, 夹有较多的碎石、瓦片及砂, 存在堤身散浸问题。经过1983~1987年全线加固, 施工填土全部采用粘土填料, 施工时严格控制填土容重1.4~1.6kg/cm3, 保证了大堤堤身土加固质量。而且此后又定期对大堤进行轮灌粘性土浆, 堤身土质量更进一步改善。经过“94.6”和“97.7”两次洪水考验, 大堤堤身没有出现安全隐患问题。
北江大堤桩号50+980~52+375西南堤段, 此处河床为松散结构的砂层, 1994~1998年河床冲刷严重, 四年间河床淘深4m, 河岸变陡, 直接影响堤岸稳定。芦苞涌、白泥河的下游、西南涌的上游及下游堤基为淤泥质粘土 (砂) , 土质软弱, 呈流-软塑状, 有地震液化, 堤基沉降隐患。
“94.6”石角堤段桩号7+330距堤内坡脚100m水塘内产生喷水现象, 并带出泥沙, 主要是因为堤基以下具较厚的强渗透水层。堤基为砂砾石、粉细砂等透水较强的砂基且无防渗措施, 洪水时沿地基渗漏, 这些地基土的颗粒级配不理想, 则易产生管涌破坏;堤基为粘土及下伏强透水的砂砾石、粉细砂层等组成二元结构, 但堤内因河槽深切使江水与透水层直接接触, 洪水位时含水层具有承压性质, 当堤坝内侧粘性土较薄或遭人为破坏 (如堤内坑塘、水井等) 时江水顶托产生集中渗漏或管涌而出现险情。
沿穿堤建筑物产生渗漏和管涌往往是由于修建时破坏了地基的粘土盖层, 且沿接合部位没有考虑防渗措施等原因而造成的。如西南水闸建成后, 闸后翼墙护坡、消力池等处出现冒水涌沙, 主要由于闸基下存在深厚的强透水砂层与堤外江水相通。建成闸时, 闸基防渗设计仅在闸前作过粘土铺盖, 闸基未进行防渗处理。
按照我国现行《堤防工程地质勘察规程》, 上述隐患问题均是堤防工程地质勘察的内容。堤防工程历史上出现的险情为工程重要的运行资料, 认真分析出险原因, 在全面查清堤防地质条件的基础上, 有针对性的重点加强险工险段堤防的工程地质勘察, 就可为堤防加固和新堤建设提供充分的地质依据。如广东省水利电力勘测设计研究院, 历年来结合历史出险情况对其大多数地段特别是险工险段进行了多次不同程度的勘察, 进而取得了一定的经验。引以为鉴, 下面就当前作好堤防工程地质勘察提出几点粗浅的意见。
目前仍有对堤防工程地质勘察的重视不够, 认为堤防工程简单, 出不了大问题, 这种现象应杜绝。堤防工程一般线路长, 不同地段地质条件变化大, 因此首先思想上必须重视堤防工程地质勘察。
规程规范是一个行业对工作内容、工作方法和工作程序的多年丰富经验之归纳与总结, 是工程勘测设计质量控制的标准, 是行业主管单位进行工程审查的依据。有的在勘察过程中不注意勘察程序或不按规程要求做, 难免头痛医头, 脚痛医脚, 挂一漏万, 缺乏全局观。只有按规程要求对上述问题进行充分地质勘察, 才能做到设计有依据, 采取的工程措施有的放矢, 堤防经得起洪水的考验。
充分搜集分析一切可以利用的资料。因堤防建成时间久远, 先后有不同单位做过地勘工作, 勘测资料很多且历时较长, 但因没有统一的技术标准, 勘探方法各异, 勘测精度、深度不一致, 因此根据对该区地质条件的总体认识、具体地层成因及当地经验等进行宏观判断, 分析鉴别有所取舍就显得十分必要。如北江大堤从1962年至今进行了多次的地质勘察和试验工作, 据不完全统计, 广东省水电勘测设计研究院于1962~1963年为防汛抢修及岁修进行了勘察;1965~1966年又进行了补充勘察工作;1983~1985年进行了全线大规模的技施设计阶段的勘察;1991~1998年又进行了补充勘察工作;1998年始又进行了加固达标的勘察工作。分析历史上的出险和抢险情况、加固措施和效果, 堤防运行情况, 结合典型地质特点进行定性和定量分析评价, 同时可采用反演分析理论的方法研究不同险点的出险机制, 从本质上揭示历史险点发生的规律。勘察时对于重点出险段地质勘察可适当增加钻孔, 由点到线, 增加勘察的力度。
分析各堤段工程地质特性, 对存在隐患的堤段进行地质勘测、查明隐患的性质、类型、分布位置等。查明堤身土质类型、施工方法和年限, 填土的厚度、物质成分、颗粒组成、分布范围、地下水及渗透性等;了解掩埋的坑、塘和暗沟等情况;查明各种穿堤建筑的水文工程地质条件。
一般传统勘探方法钻探、坑槽探应用较多, 借助地球物理手段探测也是一经济可行的方法。由于堤防作为线状水工建筑, 有其独有的特性-随机性, 如堤身中透水性强的砂性土呈鸡窝状、局部层状或条带状、小范围透镜体状等多种分布状态;填筑土的密实程度也具随机性;堤身中的施工杂物和生物洞穴分布。用常规的方法研究此类随机分布的问题显然难于奏效, 尚需辅之以岩土工程调查和动物地球调查法。通过水文地质试验、室内及现场岩土试验、现场原位测试相结合的方法, 得出科学的试验数据, 为设计提供依据。
首先, 好的天然建筑材料对保证堤身的质量至关重要, 实践证明, 堤防因土料质量问题导致汛期管涌 (散浸) 甚至滑坡比比皆是;其次筑堤时在堤基保护范围内仓促就近取土, 既不能保证质量, 又易破坏堤基防渗保护层, 影响堤基防渗和堤身稳定。
98特大洪水期间, 抗洪抢险场面之惊心动魄, 至今仍然令人难以忘怀。大洪水给人以大启示。中国历史上前所未有的大规模堤防工程建设在98特大洪水之后迅速拉开序幕。经历了98特大洪水洗礼过的江河堤防工程, 其工程隐患基本暴露无遗, 认真研究堤防工程的出险机理, 总结未出险工程的成功范例, 吸取前人修建堤防工程的历史经验, 做好堤防工程的勘测设计工作, 是肩负着堤防工程建设的各级领导和工程技术人员的神圣职责。
近几年来我们参加了大量堤防工程勘察, 在向生产第一线的广大工程技术干部学习的同时, 也对堤防工程地质勘察中当前普遍存在的一些问题进行了认真思考。本文对于执行《规程》的原则、勘探工作量的控制、勘测资料的整理等等问题表明了我们的观点;关于堤防工程险情和隐患分类, 我们认为是实践上升到理论的必然过程;关于堤基分段分类的原则与方法, 属于工程地质理论与实践相结合的探讨性课题, 同时又是指导工程勘测设计的基础性工作。
摘要：江堤工程的质量关系着沿岸城市人民生命财产安全和工农业的保障, 而江堤的质量首要是对堤防地质的勘察。在此, 作者针对这个问题展开讨论。
关键词：堤防工程,地质问题,勘察
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