堤防工程地质问题与水文地质勘察

2023-09-18 理论教育版权反馈

【摘要】：堤防工程的病险事故,有不少事例是由于勘探不足及设计不当而造成的。据统计,在1998年大洪水中,中国的堤防事故或险情发生的主要原因是堤身堤基管涌及堤外趾部流土。

10.6.1.1 堤防的工程地质问题

1.岸坡稳定问题

岸坡稳定问题是堤防主要工程地质问题之一。失稳的原因是[62]:

(1)第四系土层组成的岸坡结构松散、岩性软弱、抗冲能力低。

(2)外动力地质作用,防洪大堤一般临江湖兴建,它改变了河势和水流状态,水动能不断侧蚀和底蚀岸坡与河床,使岸坡逐渐变陡,直至失去平衡而失稳破坏;另外,如果湖面宽阔,风大浪高,波浪长期直接拍击堤岸,也会使松软的岸坡土体不断坍塌。

(3)渗流作用。汛期外河湖水位上涨,且持续时间较长,使原本处于自然状态的岸坡土体(包括堤身),将呈浸水的饱和状态,不仅改变了土体的物理力学性质(降低抗剪强度,增加土体自重),而且退水时,如果速度过快,岸坡土体内的水不能排出,产生反向渗透力,亦可导致岸坡失稳。

2.渗漏及渗透破坏

渗漏及渗透破坏现象,在堤防工程中普遍可见。只要堤内、堤外存在水头差,堤基浅部存在相对透水层,堤防就有渗流产生。汛期时水位提高,当背水侧堤基的渗透出逸比降超过堤基土的抗渗临界比降时,土体就会产生渗透破坏,尤其是当堤内表土较薄或坑塘处更易发生。渗透破坏类型主要有流土、管涌和接触冲刷[62]。

3.滑动和沉降破坏问题

如果堤基上部存在较厚的软弱土层,如淤泥质土或淤泥,由于其含水量高,处于软塑及流塑状态,土的抗剪强度极低,压缩性大,极易发生滑动和沉降破坏。有时滑动和沉降破坏也会随着崩岸险情而产生,此类险情危害大,抢险也很困难。此外,堤基内外可能存在陡坎或堤坡太陡,或堤身填筑施工速度太快,都可能出现类似破坏[63]。

4.砂土液化问题

砂土液化可导致堤防强度失效而滑移、堤防的不均匀沉降、堤身开裂等,使堤防受到破坏。因此在地震烈度较高区,如果堤基浅部存在厚度不等的饱和粉细砂层,应研究砂土的液化问题[63]。

堤防以上的这些工程地质问题都或多或少地与地下水的存在及地下水的活动有关。

10.6.1.2 中国堤防的现状

中国现有江河湖海的堤防26万km。综观这些堤防的情况,主要问题是[64]:

(1)大多数重点堤防是历史上长期形成的,堤身质量不均匀,隐患多。

(2)许多堤防地基是细砂、砾质砂、砂质砾,多数未做防渗处理。虽然有的堤段补填了水平铺盖或堤外坡脚排水,但由于在设计、施工、维修时存在许多问题,这些堤防在高水位行洪时,堤外常发生砂沸、管涌。

(3)许多老堤如黄河大堤、荆江大堤,历史上多次决口,复堤后深槽处理不当,堤外有深坑、深塘,是管涌的危险地段。

(4)老险情很多,又因流势变化,新险情又不断发生。

(5)长江三角洲、珠江三角洲、辽河三角洲、洞庭湖、鄱阳湖等多属软土地基,有淤泥以及灵敏性软土。辽河三角洲还有易液化细砂,遇到高低潮位反复升降、地震、爆破震动等荷载,容易发生滑塌,以致堤身迅速消失。因建堤时勘探不足,以致有的堤段在加固处理时因扰动了灵敏性软土地基而导致堤身大量塌滑陷落。

(6)风雨淋蚀,动物洞穴等缺陷险情。堤防工程的病险事故,有不少事例是由于勘探不足及设计不当而造成的。例如1998年长江大洪水时,九江混凝土防洪墙决口,发生特大事故,经勘察发现,事故的原因是因为该混凝土防洪墙直接建在砂质的地基上,没有垂直防渗措施截断砂基渗流。在高水位行洪时,砂层内渗透比降或混凝土防洪墙基底与砂层接触面渗透比降大于临界渗透比降,以致发生管涌,防洪墙基底因砂层的流失而悬空塌陷,导致混凝土防洪墙倒塌决口。

据统计,在1998年大洪水中,中国的堤防事故或险情发生的主要原因是堤身堤基管涌及堤外趾部流土。

堤防工程地质问题与水文地质勘察

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