湖北堤防工程堤基土层结构和主要地质问题上传模板

1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。湖北堤防工程堤基土层结构和主要地质问题陈汉宝 王继红(湖北省水利水电勘测设计院, 武汉,430070)摘要 本文论述了湖北堤防工程现状和堤基土层结构, 存在的主要地质问题是堤身隐患、 渗透变形、 堤基沉降变形与滑坡、 崩岸等, 并提出了相应防治措施。关键词 堤防工程 堤基结构 地质问题 防治措施0 引 言 湖北省地处长江中游, 地势为三面高、 中间低、 向南敞开的不完整盆地, 西北和西南为山地, 东南为丘陵地区, 中部是水网纵横的江汉平原, 是全国著名粮、 棉、 油产地。湖北省境内有大小河流1190多条, 迂回曲折汇入长江, 构成向

2、心状水系。大小湖泊1000多个, 星罗棋布, 素称”千湖之省、 鱼米之乡”。省会武汉是京广铁路和长江两大交通枢纽会合部, 有”九省通衢”之誉。1998年长江发生了继1954年以来的又一次全流域性组合型大洪水, 虽经艰苦努力保住了长江干堤, 但也付出了很大的代价。那么湖北的堤防形势是怎样的呢?1 湖北堤防概况 长江在湖北省横贯东西1060km, 汉江由西北向东南与长江交汇, 绵延858km, 在此形成一条巨大的”洪水走廊”。由于长江上游巨大的洪水来量远远超过中游河道的泄洪能力, 造成我省洪涝灾害频繁, 全省50.2%的人口, 51.5%的耕地, 全省农业产值的88%, 工业产值的78%及主要城市

3、、 交通枢纽都受到汛期洪水的威协, 因此防汛成为湖北天大的事。历史上为抵御洪水危害, 我省修建了长达1万多公里的各类堤防, 是长江流域各省中最长的。然而堤防的防御能力偏低(指堤顶高程), 多年来虽经加固, 仅达到抵御10 一遇的洪水标准, 运用分蓄洪区也只能提高到2040年一遇标准。而且堤防基础地质条件十分复杂, 汛期常发生各种险情, 形势十分严峻, 每年不得不投入大量人力物力进行防汛抢险。2 堤基地质条件 湖北堤防工程是建于江汉平原的长江、 汉江两岸及河湖岸边的挡水建筑物, 堤身以土体为主, 堤基为第四系河流冲积、 湖积物, 堤基土层结构一般为二元结构, 即上部为粘性土层, 下部为粉细砂及砂

4、卵石层, 基岩埋深达40120m。2.1 堤基土层结构 堤基土层结构根据砂层埋藏分布条件划分下列几种类型: (1)单透水层地基: 表层为粘性土, 下为砂层, 又根据表土层厚度分为: 表土层薄的(厚度5m, 不稳定, 易发生管涌, 图11); 表土层较厚的(厚度5m, 稳定或较稳定, 图12)。 图1堤基土层结构示意图 (2)双透水层地基: 表土层下有一层埋藏较浅的薄砂层, 其下为较稳定的粘性土层, 再下面为深厚砂层或砂砾石层(图13)。 (3)浅砂层表露: 堤身直接建在浅砂层之上(图14), 这类地基最易发生渗透变形, 如汉江遥堤王家营。 (4)软基: 堤防建在河湖淤泥或淤泥质土之上(图15)

5、, 承载力低, 易发生沉降变形与滑坡, 如黄梅八一大堤。 另外, 还可根据堤外滩地宽窄(入渗条件)及堤后渊塘分布(排泄条件)组合成不同类型。2.2 水文地质条件3 主要地质问题及防治措施 我省堤防的修建历史悠久, 系由历代零星堤垸和若干分散堤段逐步连接发展而成, 而且战线长, 在修筑时没有选择堤基, 既不清基, 又很少作工程处理, 堤基地质条件复杂, 存在的主要地质问题是: 堤身隐患、 渗透变形、 沉降变形及滑坡、 崩岸等。3.1 堤身隐患 堤身隐患分二类, 一类是生物洞穴如白蚁洞、 鼠洞、 獾洞、 蛇洞等; 二类是埋于堤身的碎石、 砖渣、 矿渣等杂填土。另外, 历年来堤防多次加高培厚, 接头

6、较多, 碾压不实, 且填筑土料就地取材, 土料含砂质, 透水性强, 构成了堤身隐患。这是造成汛期堤防出现散浸和漏洞的主要原因。散浸是指汛期江水渗透穿过堤身, 在堤内坡下部或坡脚渗出, 堤坡湿润发软, 形成浸润水流。这种险情十分普遍, 许多重要干堤散浸长度占总长的75%以上。对严重的散浸必须妥善处理, 否则会造成堤身内脱坡等更大险情。漏洞指堤内坡或坡脚出现冒水孔, 有的有明显的进口和出口, 分清水漏洞和浑水漏洞。散浸和漏洞的防治措施: 在汛期, 抢险的原则是堤外坡阻水入渗、 堤内坡排水导渗, 降低浸润线, 稳定堤身。方法是: 对轻微散浸一般不处理, 观察其变化; 较严重的应开导渗明沟或导滤沟;

7、对大面积严重散浸, 堤身土饱和(软化)而影响稳定的, 除开沟导滤外, 还应做粘土外帮或堤内透水压浸台。漏洞抢险也是采用堤外粘土外帮堵漏, 堤内围井导滤, 井中采用三级配, 即用粗砂、 瓜米石、 卵石分层填筑, 保护出水口使之出清水。 汛后对堤身隐患治理措施主要是锥探灌粘土浆, 填充空洞, 这种措施对处理白蚁非常有效。重点堤段采用抽槽回填、 或翻筑, 清除杂填土。3.2 渗透变形 渗透变形主要发生在砂基础堤段, 汛期由于大堤两侧水位差大, 使堤基的渗流坡降加大, 当超过堤基土体的临界水力坡降时, 则使堤基土体的组成和结构发生改变或破坏。常见的渗透变形形式有管涌、 流土、 接触冲刷和接触流失等四类

8、。我省堤防砂基础多为粉细砂, 渗透变形最常见的是流土, 俗称管涌、 翻砂鼓水。它是因地下水顶穿表土层而带出大量砂土, 使堤基结构破坏, 继而堤身下沉出现裂缝。这种险情汛期也十分普遍, 在堤防诸多险情中, 以”管涌”险情对堤防安全威协最大。它险象平常、 变化突然、 范围较大、 毁灭性强, 严重时可造成堤防溃决。 1998年8月1号, 我省簰洲湾堤防溃口就是因为堤基产生大面积渗透变形造成的。事故发生在位于武汉市上游约30km的嘉鱼县簰洲湾长江干堤外围民垸, 8月1日晚7时许, 合镇乡中堡村堤段(桩号36+500), 距离堤脚40m处发生大面积突发性”管涌”, 虽经守堤人员奋力抢险, 但终因险象环生

9、, 堵不胜堵, 此处100多米堤段突然坍塌。约当晚8时30分, 堤身开始下沉, 瞬间出现溃口, 江水汹涌而进, 而且缺口不断撕大, 就连沉船堵口也宣告失败。事后人们发现溃口处长达760m, 在堤后冲成14.88104m2的大坑, 最深达30.3m, 淹没土地158km2, 受灾人口5.7万人, 退水后大面积农田被砂土覆盖, 损失惨重。 渗透变形险情多出现在堤内坡脚以外的低洼地带(如渊塘、 沟渠、 沼泽边), 距堤脚50100m处密集, 最远可达1500m。汛期不论远近都必须果断迅速的予以处理。抢险方法: 一般险情可在孔口做导滤堆; 严重的翻砂鼓水应做围井导滤; 有的严重大面积发生的可采取围堰蓄

10、水反压, 出口做导滤; 塘边的可用半透水材料填塘。最后使管涌处”出清水不带泥砂”说明险情得到了控制, 并安排坐哨监视其变化。 汛后处理措施: 对发生渗透变形的砂基堤段, 首先应查明堤基地质条件和土层结构, 作渗流稳定分析, 然后采取相应措施。一般处理措施是: (1)对较宽外滩堤段, 可采用堤外铺盖以延长渗径, 降低堤后剩余水头。但对外滩很宽(如外有民垸)堤段或临江堤段此方法作用不大。 (2)对堤后剩余水头不大、 地势低洼、 上覆土层较薄的堤段, 可采用堤后盖重压渗或挖泥船吹填, 宽度以堤后100150m为宜。 (3)堤后剩余水头较大的堤段, 宜采用盖重压渗与减压井导渗相结合的方案, 即导压兼施

11、(图21)。 (4)对双透水层地基, 或单透水层而砂层厚度小于30m, 且下为不透水层(如基岩)的堤基(图22), 可采用堤外垂直截渗方案(地下防渗墙), 防渗墙深度以深入相对隔水层1.52m为宜。例如洪湖长江干堤燕窝堤段溃口性管涌险情, 就是采用堤外截渗方法处理的(图23)。 图2 渗透变形处理示意图 防渗墙的施工技术方法有: (1)垂直开槽铺塑: 使用专门开槽机开槽(深可达15m), 铺土工膜或塑膜防渗。 (2)高压喷射灌浆: 钻孔中高压水、 气喷射流切割土层, 输入水泥浆凝结形成防渗墙。施工方法有摆喷、 旋喷、 定喷等。(3)射水法地下连续防渗墙: 利用高压水射流切割地层造槽, 水下浇混

12、凝土形成防渗墙。其它还有液压抓斗成槽法、 冲击式钻机、 回转式钻机造孔注浆法、 连锁管柱法、 超薄防渗墙(振动沉桩)等。处理方案是以堤坝前截渗为主, 还是以堤后排水为主, 值得慎重考虑。垂直截渗方案的最大优点是能够彻底根治险情, 一劳永逸; 但因造价较高, 国家财力有限, 只能用于个别重要堤段。而且有可能引起枯水期地下水向江水排泄不畅, 造成冷浸田, 影响农业经济。排水减压井方案造价最低, 是经济而有效的措施, 但减压井存在化学淤堵问题, 使用寿命5年左右就慢慢失效了, 必须加强管理(如定期洗井维护)。我们在实际中应用最多的是堤后盖重压渗, 造价低、 施工简单而有效, 但土石方工程量大, 还涉

13、及居民搬迁和占用耕地等问题。 总之, 处理措施应因地制宜, 全面考虑、 综合治理, 才能取得满意效果。3.3 堤基沉降变形与滑坡 堤基沉降变形主要发生在软基堤段, 如黄梅县八一大堤、 洪湖主隔堤。由于堤防建在河湖沉积物之上, 堤基多为淤泥或淤泥质土, 呈软塑流塑状态, 天然孔隙比大, 具有高压缩性和低抗剪强度的特征, 承载力低, 在上部荷载作用下, 容易产生较大压缩变形, 如不均匀沉陷、 裂缝及滑坡等。 汛期抢险方法是: 对内脱坡采用开沟导渗, 严重脱坡的做透水压浸台、 透水土撑、 外帮截渗, 若堤内有渊塘或堤基深层滑动(软基), 应在坡脚用块石镇脚, 或填塘固基。汛后应在查明险情原因和地质条

14、件的基础上, 采取相应措施。对渗漏造成的内脱坡, 可采用外帮截渗、 锥探灌泥浆堵漏, 内脱坡处恢复稳定断面并分层碾压密实。对大面积软基问题应进行专门试验研究, 查清土的物理力学性质, 并做稳定验算。所谓”软基问题”是指由于堤基为淤泥质土, 承载力低, 当大堤加高培厚使荷载增加, 超过其允许承载力, 造成沉陷过大或堤基深层滑动。一般防治措施有: (1)经过稳定验算, 放缓堤坡, 增加内( 外) 反压平台。 (2)提高地基承载力: 如沙井法、 插塑板排水法, 加快淤泥土排水固结。其井距、 插塑板距离由试验确定。 (3)堆载予压法, 先平台后堤身, 分期分层填筑, 并严格控制施工速率。设置观察设备(

15、如孔隙水压力、 沉降、 位移)监测其沉降变形。3.4 崩岸在临江堤段, 堤外无滩或只有窄滩, 大堤迎流顶冲, 深泓逼岸, 江水环流侧向侵蚀使堤脚遭受严重掏刷, 形成冲刷坑, 以致岸陡脚虚而崩塌, 或退水期、 枯水期地下水外渗, 当水头差过大或渗流速度较大时, 由于地下水的潜蚀或较大的动水压力作用, 岸边土体随水流失、 沉陷、 滑挫形成崩岸, 严重影响堤防安全。崩岸主要是河水侧向侵蚀作用的结果, 侵蚀强度与河流的水力学因素(水位、 流量、 流速、 含砂量等)及岸坡组成物质(砂、 土或基岩)有关, 岸边的地形条件(凸岸、 凹岸、 天然及人工节点等)及河床心滩的存在使水力学条件更加复杂, 风浪作用则

16、助长了岸崩的发展。长江干堤崩岸按其崩塌方式及规模又可分为条崩、 窝崩和滑塌, 这是平原区河流常见的地质灾害。湖北以长江的下荆江段崩岸最严重, 年崩岸总量1.395亿m3, 崩岸总长占岸线长的30%, 平均每年崩宽约1030m, 最大达600m, 堤线被迫数次退挽。治理崩岸应查明河岸地质结构, 进行水下地形测量, 研究河道历史演变及近期发展趋势, 即河势分析。防治措施有: (1)水下抛石护岸, 增加河岸抗冲能力。 在崩岸处抛石或投抛各式石块笼子固脚。水下抛石必须具有足够的数量, 否则效果不佳。其护底是关键, 据观测研究, 护岸范围在堤脚外20m, 护底水下坡达1: 2即能够满足岸坡稳定要求。另外

17、还可采用铰接式混凝土沉排(如武汉市龙王庙险段)。 (2)水上部分堤坡采用块石或混凝土予制块护坡, 或草皮护坡。 (3)改造矶头驳岸。 某些历史上形成的矶头驳岸使水流紊乱形成冲刷坑, 造成新的崩岸, 应有计划地改造, 因势利导, 平顺水流。(4)在滩地和堤脚营造防浪护堤林, 可有效地抑制风浪对堤身的冲刷。另外还应疏浚河道, 利用挖泥船疏浚, 清除河道内阻水物, 利用吹填土加固堤防。4 结语 长江中游的洪涝灾害是中国人民的心腹之患。中国确定的解决方针是”蓄泄兼筹, 以泄为主”, ”上蓄下疏, 标本兼治”。在上游修建以三峡水库为骨干的防洪水库群, 其中在建的三峡水库防洪库容221.5亿m3。但遇1954年型洪水, 长江中下游需分蓄超额洪水500亿m3。因此, 近期主要靠加固堤防, 结合修建和完善分蓄洪工程及河道整治解决防洪问题。由于历史原因, 加之财力有限, 当前我们许多堤防未达到防洪标准, 且