九龙江堤防工程地质勘察与评价

黄俊勇

(漳州市水利水电勘测设计有限公司，福建 漳州 363000)

0 引言

通过工程地质勘察，对堤段工程地质条件进行全面的综合评价，进而分析险情发生的原因，是堤防加固设计的基础。堤身质量和堤基地质条件评价是防渗加固的基础，明确堤身材料物理参数和堤基地质构造才能合理确定加固范围和方法，使得设计方案做到因地制宜。九龙江防洪堤防洪标准低、堤身单薄、堤身质量差，存在堤基漏水、堤脚冲刷等现象，对堤基堤身抗滑稳定、沉降变形、渗透变形和抗冲能力等工程地质问题分段分析，综合研判评价各堤段地质条件，提出相应处理措施的建议，为后续除险设计提供合理建议。

1 工程概况

福建省九龙江防洪工程由于大部分堤防未进行系统的规划和设计，现有堤防堤身普遍较为单薄，穿堤建筑物多已老化。工程区内各堤段主要存在以下主要问题：

(1)防洪标准低，难于抵御较大洪水侵袭。

(2)堤身单薄、填筑质量差，堤身填土大部分由砂质土填筑而成，受施工条件所限，堤防砂土相对密度偏小，洪水时堤身易发管涌渗透破坏险情。

(3)堤防在筑堤时未清基或清基不彻底，堤基浅部透水层、软弱地层未进行处理，汛期高水位时堤身与堤基的接合部分、上部堤基易发生散浸掉脚险情。

(4)历史上河道采砂引起河床下切，造成迎流顶冲段河岸崩塌，威胁堤防的安全。

为此，拟完成10.5 km的防洪堤除险加固工程，包括天宝堤段7.0 km和前山堤段3.5 km。工程级别为2级，设计防洪标准为50 a一遇，排涝标准按10 a一遇最大24 h暴雨遭遇外江同频率洪水不漫溢。

2 地质勘察预评价

2.1 堤身评价

工程区堤防大部分堤身断面未达到设计断面要求，堤身较为单薄，难以抵御大洪水的侵袭，建议对堤身单薄处应以加高培厚堤身为主，对堤前滩地盗、挖砂所形成的砂坑进行回填加固。

钻孔注水试验具备野外特定的边界条件，能够较为准确的反应堤身填土的实际渗透系数，为了查明堤身填土的渗透性，勘探期间在现场进行了大量的钻孔注水试验，试验成果见表1。

表1 各堤段堤身土室内、外渗透试验统计表

由表1可知，堤身土渗透系数多具弱透水性，仅局部堤身透水性较强，堤身近几年经过多次灌浆后防渗性能较好，局部堤身土渗透性较强，充分反应筑堤时填土碾压不均匀，灌浆效果不一。

河道两侧沉积有大量的冲洪积物，以粉细砂、中粗砂为主，粘性土相对较少，现有堤防堤身填土多为就近取土，堤身填土以粉砂性土和粉土为主。可对堤身填土进行劈裂灌浆，通过压力灌浆设备向钻孔中灌注粘性土泥浆，压入砂性土缝隙或松散的颗粒之间，析出水份后使粘性土填塞砂性土空隙，可增强堤身的防渗性能。

2.2 堤基工程地质特征

2.2.1 堤基地质结构分类

对堤防稳定影响较大的堤基地层主要为地面以下1.5倍～2.0倍堤身高度的深度范围或河道深泓线以上的地层。根据九龙江堤防设计标准，初步确定堤基结构划分的深度范围为地面以下10 m～15 m左右；划分依据为堤基土层的物质组成、分布、渗透特性及其组合关系。将堤基地质结构分为单一、双层、多层等3个大类型和5个亚类，钻探表明堤身厚度一般为5 m～6 m，粘性土临界厚度取堤高的1/2，临界厚度取3 m，见表2。

表2 堤基地质结构分类

本工程设计堤线总长10.45 km，堤基地质结构中Ⅰ2类、Ⅱ1类，长约3.12 km，占堤线总长的29.86%，这类堤基上部粘性土单薄或堤基分布单一砂性土，堤基工程地质条件差；Ⅰ1类与Ⅱ2类堤基长约5.321 m，占50.92%，为单一粘性土或有一定厚度的粘性土，堤基具较好的防渗性能；多层结构堤基地质条件复杂，工程区内分布较少，该类堤基浅部多分布砂性土或浅部粘性土较薄，抗渗性能较差，存在渗透破坏或不均匀沉降等问题。

2.2.2 堤段地质条件分类

以堤基地质结构和存在的主要工程地质问题为分段依据，结合拟建堤线内外渗流边界条件，充分考虑堤外滩地宽度、堤内外取土区和沟塘的分布等影响堤防安全的地质因素，将堤防分为工程地质条件较好(B)、较差(C)和差(D)三类，各类堤段特征如下：

B类堤段，堤基上部为粘性土，堤基结构以Ⅱ2类为主，部分Ⅰ1、Ⅱ1类；外滩地一般较宽，堤外有少量的沟塘，一般无渗透破坏险情，或者局部有少量隐患。

C类堤段，堤基土质较差，或上部粘性土厚度较小，堤基结构以Ⅱ1类为主，部分Ⅱ2、Ⅲ类，外滩地一般较窄或无外滩，堤段外滩地盗、挖砂，发生过较严重堤基渗透破坏险情或存在较明显的安全隐患。

D类堤段，堤基土质差，以砂性土为主，堤基结构以Ⅰ2类，一般外滩地较窄或无外滩，已发生过严重的破坏险情或存在明显的安全隐患。

2.3 堤防主要地质问题评价

2.3.1 渗透变形问题

防洪堤堤身主要为砂性土，土的渗透变形类属管涌，其临界水力比降值较低，当外江水涨高时，堤身土体容易产生渗透变形破坏。工程区Ⅰ1类、Ⅱ2类地质结构的堤基，堤基表层有粘性土，且有一定的厚度，抗渗和防冲性能均较好，上述地质结构的堤基汛期一般不会发生堤基险情。Ⅰ2类堤基，一般堤基由粉细砂、中粗砂或卵石组成，砂性土层有一定的厚度，其防渗性能差，工程区该类地质结构的堤基分布较广泛，每逢汛期，砂性土堤基时有险情发生，如发生管涌、流土和堤脚冲刷后滑塌等险情。

Ⅱ1类地质结构的堤基表层均分布有薄层粉质粘土，属弱透水性，具一定的防渗性能，若堤内侧粘性土较薄的部位被沟塘切割或直接揭穿下部砂性土时，该处就可能在高水位时，发生渗透破坏。工程区Ⅲ类地质结构的堤基主要由粘性土、砂性土或淤泥组成复杂的地质结构，其防渗和抗冲性能主要取决于砂性土厚薄、空间分布与多种地层的组合情况，汛期发生险情的地质原因亦较为复杂。

2.3.2 堤基沉降问题和抗滑稳定问题

根据勘察天宝、前山部分堤段堤基断续的分布软土，呈流塑～软塑状，具高压缩性，软土堤基可引起过大的沉降或不均匀沉降，使堤身或穿堤建筑物发生开裂，对堤防构成威胁。

防洪堤虽已建成多年，堤基土层已有固结，沉降已趋稳定，但因软土存在孔隙比高的问题，当汛期河水水位长期处于高水位，堤基软土工程性能迅速变差，容易导致堤基沉降量较大，会引起堤顶欠高，汛期堤顶漫水，堤后亦会出现局部塌坡险情。

2.4 评价及建议

勘察拟加固堤防工程堤线总长约10.50 km，其中工程地质条件较好(B)的堤线长约4.82 km，占堤线总长约46.12%，这类堤段堤基上部以粘性土为主，具有较好防渗抗冲性能，一般不存在安全隐患，汛期亦不易发生险情，堤防设计的重点应该以堤身为主，即加高培厚堤身，以达到防洪设计标准。

工程区地质条件较差(C)、差(D)的堤段长约5.63 km，占堤线总长约53.88%，这类堤段堤基一般由粉细砂、中粗砂、砾砂和砂卵石组成，局部砂层中部夹有薄层粘性土，一般堤外滩地较窄或无，局部堤段历史上曾发生过管涌渗透破坏险情，堤基防渗、抗滑稳定性能差，存在渗透破、不均匀沉降等安全隐患，亦是汛期险情易发地段。堤防设计的不仅要对堤身进行加高培厚，达到防渗设计标准，同时需视情况对堤基需进行防渗处理，建议对堤基下部有相对隔水层的堤段进行垂直截渗，对厚层砂性土堤基可采取悬挂式截渗、堤前铺盖等防渗处理措施。

3 结论

通过地质勘察，对拟加固除险全段工程地质条件从堤身和堤基两个层面分析险情发生原因，并进行了全面综合评价，这是堤防加固设计的前提。九龙江防洪堤堤身填土以粉细砂和中粗砂堆填为主，防渗性能普遍较差，现有堤防防洪标准较低，大部分堤身断面未达到设计断面要求，难以抵御大洪水的侵袭，建议加高培厚堤身，填塘固基。单一粘性土或有一定厚度的粘性土堤基具较好的防渗性能，多层结构堤基地质条件复杂，工程区内分布较少，该类堤基浅部多分布砂性土或浅部粘性土较薄，抗渗性能较差，存在渗透破坏或不均匀沉降等问题，后续处理中应格外注意。