劉承新 房艷國(guó) 柳曉春

(長(zhǎng)江三峽勘測(cè)研究院有限公司 武漢 430074)

1 前言

漢口龍王廟險(xiǎn)段位于漢江與長(zhǎng)江交匯處漢口岸集家咀至王家巷碼頭段,處于漢江匯入長(zhǎng)江的口門(mén)河段 (圖1),全長(zhǎng)1080m。該處岸坡陡峻,堤內(nèi)居民密集,每年汛期,險(xiǎn)情不斷。經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)地質(zhì)勘察,查清了該段堤防的工程地質(zhì)問(wèn)題和險(xiǎn)情原因,提出了合理的綜合整治措施。

圖1 武漢市龍王廟險(xiǎn)段位置示意圖

2 基本地質(zhì)條件

2.1 地形特征

該段堤防原為漢江、長(zhǎng)江的一級(jí)階地,后期人工改造后地勢(shì)平坦。綜合整治以前,沿岸修筑有防洪工程,由戧堤、防水墻、駁岸平臺(tái)、駁岸墻及護(hù)坡組成 (見(jiàn)圖2)。防水墻由混凝土澆筑而成,高3～5m,頂面高程 29.90m(為黃海高程,下同)。駁岸平臺(tái)高程一般為24.88～26.49m,防洪工程內(nèi)側(cè)為沿江大道,路面高程為25.19～26.40m。

該段漢江河口寬 200m,多年平均水位12.27m,無(wú)漫灘,岸坡坡角 15°～25°,局部達(dá)39°。

圖2 龍王廟險(xiǎn)段橫剖面示意圖

漢口岸河岸呈凸向河床的弧形狀,處于漢江出口彎道的頂沖段,在岸坡遭受側(cè)向沖刷的同時(shí),河床底部亦遭到?jīng)_刷。加上特殊的水文氣象條件,即每年10月份長(zhǎng)江處于落水期,水位較低時(shí),漢江則秋季洪水來(lái)臨,導(dǎo)致水位落差大,洪水流速快,河床遭沖刷嚴(yán)重,雖每年拋投大量的防洪塊石,但局部河床仍有深槽形成?？睖y(cè)期間實(shí)測(cè)的水下地形成果表明,該段河床沖刷坑坑底高程-5.00～-12.00m,順江展布長(zhǎng)50～160m(見(jiàn)圖1)。

2.2 地層巖性

堤段廣布第四系人工回填層和河流沖積層,下伏志留系泥巖,灰綠色,呈強(qiáng)風(fēng)化狀,埋深大。

2.2.1 人工回填層

主要包括碎塊石雜填土、雜填土和護(hù)坡碎塊石層,各土層碎塊石含量分別為25%～45%、5%～10%和40%左右。顏色混雜,成份復(fù)雜,主要由砂壤土、重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土及少量淤泥與磚瓦、水泥碎塊和煤渣等組成。人工回填層皆結(jié)構(gòu)松散。

2.2.2 河流沖積層

主要包括粉質(zhì)粘土、粉土及粉砂。粉質(zhì)粘土為淺黃色,巖性較均一,粘性強(qiáng),呈可塑狀;粉土呈淺灰或淺褐色,偶見(jiàn)木屑,砂粒多為粉砂,巖性不均一,局部偶見(jiàn)1m左右厚呈透鏡體狀的粘性土層,呈稍密～中密狀;粉砂呈淺灰微帶綠色,偶見(jiàn)木屑,細(xì)砂含量高,偶見(jiàn)中砂,粘粒含量較少,巖性較均一,水平層理較發(fā)育,偶見(jiàn)1～2mm厚的粘性土夾于水平層面上。粉砂層下有約0.3m厚的砂卵石,卵石大小3～5cm。

2.3 水文地質(zhì)

2.2.1 地下水類(lèi)型

地下水主要為潛水,局部有上層滯水。粉砂層為主要的含水層,地下潛水多儲(chǔ)于其中,粉質(zhì)粘土和粉土則為相對(duì)隔水層。洪水期,回填土中亦含有潛水,枯水期則局部含上層滯水。

2.2.2 地下水動(dòng)態(tài)

大氣降水為該段地下水的主要補(bǔ)給源,洪水期,江水補(bǔ)給地下水,枯水期,地下水則向江河排泄?？辈炱陂g,發(fā)現(xiàn)龍王廟碼頭上游段的上層滯水位和地下水位皆較下游段高。

2.2.3 各土層透水性

人工回填土多結(jié)構(gòu)松散,故多中等透水,K值一般為1.8×10-3～1.23×10-4cm/s,局部碎塊石雜填土結(jié)構(gòu)極松散,見(jiàn)有米粒大小的空洞,為極強(qiáng)透水,K值大于1cm/s;粉質(zhì)粘土透水性極微,K值＜10-6cm/s;粉土層K值在7.4×10-4～1.77×10-5cm/s范圍內(nèi),為中等透水～弱透水層;粉砂層K值在1.25×10-3～1.06×10-4cm/s范圍內(nèi),為中等透水層。

3 各土層結(jié)構(gòu)及特性

3.1 堤身土

為人工填筑土,總厚一般為 6～9m,最厚12.63m,最薄處4.7m。底面高程17.00～19.00m。

堤身土體結(jié)構(gòu)松散,組成成分與結(jié)構(gòu)極不均一,下部粘性土含量較多,具可塑性,局部呈流塑狀,性狀差,其內(nèi)聚力為8kPa,內(nèi)摩擦角17°,允許承載力標(biāo)準(zhǔn)值為90kPa,樁端承載力標(biāo)準(zhǔn)值為100～200kPa,樁周極限摩阻力8～13kPa。

堤身土總體透水性好,滲透系數(shù)K一般為1.86×10-3～1.23×10-4cm/s,特別是碎塊石雜填土和護(hù)坡碎塊石,結(jié)構(gòu)多極松散,局部可見(jiàn)米粒大小的空洞,透水性極強(qiáng),K值大于1cm/s。試驗(yàn)表明,由于回填土極不均一,其臨界比降變化大,為0.7～4.07,碎塊石間的細(xì)粒易被潛蝕,形成管涌通道,參照室內(nèi)試驗(yàn)成果,建議安全允許比降為0.28。

3.2 堤基土

堤基土體結(jié)構(gòu)自上而下分為粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂三層。

上部粉質(zhì)粘土厚4～8m,其頂面高程17.00～22.00m,底面高程10.00～14.00m,巖性較均一,呈可塑狀,壓縮系數(shù)0.16～0.566MPa-1,一般為0.2～0.3MPa-1,多具中等壓縮性,局部具高壓縮性,其內(nèi)聚力為16kPa,內(nèi)摩擦角為20°,允許承載力標(biāo)準(zhǔn)值150kPa,地下水位以下樁端承載力標(biāo)準(zhǔn)值160kPa,樁周極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為20～30kPa。粉質(zhì)粘土極微透水,滲透系數(shù)＜10-6cm/s,安全允許比降大,為0.8。

中部粉土厚一般 8～12m,底面高程 0～4.00m,巖性不均一,結(jié)構(gòu)稍密～中密,壓縮系數(shù)一般為0.1～0.2MPa-1,具中等壓縮性,內(nèi)聚力5kPa,內(nèi)摩擦角 27°,允許承載力標(biāo)準(zhǔn)值為140kPa,地下水位以下樁端承載力標(biāo)準(zhǔn)值150kPa,樁周極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值15～25kPa。夾薄層重粉質(zhì)壤土的砂壤土總體上屬弱透水層,滲透系數(shù)一般為7.4×10-4～1.77×10-5cm/s。其安全允許比降為0.3。

下部粉砂呈灰綠色,細(xì)顆粒含量較多,局部達(dá)60%～70%,愈往下,顆粒多變粗。巖性較均一,其結(jié)構(gòu)中密,壓縮系數(shù)0.06～0.12MPa-1,具中等～低壓縮性,內(nèi)聚力為0,內(nèi)摩擦角為30°,允許承載力標(biāo)準(zhǔn)值為180kPa,地下水位以下樁端承載力標(biāo)準(zhǔn)值300kPa,樁周極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值20～30kPa。該土體屬中等透水層,滲透系數(shù)一般為1.25×10-3～1.06×10-4,其安全允許比降為0.6。

4 各土體滲透破壞形式分析

圖3為龍王廟險(xiǎn)段堤基典型地質(zhì)橫剖面圖,從圖中可看出,回填土下伏有相對(duì)隔水、較連續(xù)的粉土或粉質(zhì)粘土。

圖3 龍王廟險(xiǎn)段堤防典型工程地質(zhì)橫剖面圖

堤身土體結(jié)構(gòu)皆松散,性狀差,強(qiáng)度低。地表附近上部碎塊石回填土極松散,滲透臨界坡降小,易造成管涌一流土型滲透破壞。

表1 各土層滲透試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

堤基沖積層中的粉質(zhì)粘土和粉土,其透水性差,當(dāng)洪水上漲時(shí),該土層對(duì)外水內(nèi)滲具有一定的阻滯作用,同時(shí)降低外水內(nèi)滲壓力,可以部分阻滯外水內(nèi)滲,使防水墻內(nèi)側(cè)在洪水初期出現(xiàn)滲水、漏水險(xiǎn)情的時(shí)間略有滯后;當(dāng)江水回落時(shí),亦由于該層的透水性差,內(nèi)水往外滲透速度相對(duì)較慢,該段地下水位下降亦較慢,影響內(nèi)水外滲的速度,使該段內(nèi)側(cè)地下水保持較高水位,對(duì)堤基岸坡產(chǎn)生較大的滲透壓力,影響岸坡的穩(wěn)定。

各土體的滲透破壞試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明,回填土層的滲透破壞形式為管涌-流土型,而沖積形成的粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂的破壞形式皆為流土型。

5 防治措施

根據(jù)前述龍王廟險(xiǎn)段工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件,提出了以下綜合處理措施:

1)建議采取措施使主流歸槽,水流順暢,使龍王廟險(xiǎn)段整治有一個(gè)良好的外部環(huán)境。

2)建議在前緣坡腳實(shí)施抗滑樁,并且樁端深入到完整穩(wěn)定的基巖內(nèi)為宜。另外坡底拋填塊石防沖鎮(zhèn)腳、上部護(hù)坡也是有效的治理措施。

3)為防止岸坡及江堤產(chǎn)生滲漏和滲透破壞,應(yīng)設(shè)置防滲墻,防滲墻的下限應(yīng)完全截?cái)嗤杆詮?qiáng)的堤身回填土層。

4)可視情況在岸坡堤防內(nèi)側(cè)(特別是漢江段)設(shè)置溝(井)抽排減壓的措施,減小作用于岸坡的地下水外滲壓力,避免滲透破壞造成岸坡坍塌問(wèn)題。

根據(jù)地質(zhì)工程師的建議,設(shè)計(jì)調(diào)整了方案,將原來(lái)初設(shè)時(shí)的土錨方案全部改為抗滑樁,另外還采取了修整岸坡形態(tài),改善水流條件和鉸排鏈鎮(zhèn)腳護(hù)坡及防滲等綜合整治措施。

1 GB50487-2008水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

2 李廣誠(chéng).堤防工程地質(zhì)勘察與評(píng)價(jià)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2004

3 白永年等著.中國(guó)堤壩防滲加固新技術(shù)[M].中國(guó)水利水電出版社,2001年11月

4 唐益群,施偉華,張先林.關(guān)于流土和管涌的試驗(yàn)研究和理論分析[J].上海地質(zhì),2003年第1期