我國水利堤防工程中地質(zhì)勘察存在的問題及對策

趙勝 文祥

（楚雄欣源水利電力勘察設(shè)計有限責(zé)任公司，云南 楚雄 675000）

前言

我國現(xiàn)有許多中小型堤防存在標(biāo)準(zhǔn)低且地質(zhì)條件不清楚問題。在對這些堤防按當(dāng)前經(jīng)濟發(fā)展的要求進行加固時，由于它屬地方工程，投入資金較缺，為節(jié)省費用常把堤防的地質(zhì)勘察任務(wù)交給單價較低、對其業(yè)務(wù)素質(zhì)了解不多、非水利行業(yè)的專業(yè)勘察單位來承擔(dān)；還有一些地方水利部門可能缺失有關(guān)堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程(SL188-2005)和其他相應(yīng)的勘察規(guī)程，未掌握堤防勘察的要求，以致在堤防勘察中常出現(xiàn)以下的問題。

1 勘探布置問題

現(xiàn)場開展地質(zhì)勘察工作前，很少事先進行必要的調(diào)查、收集和整理堤區(qū)的區(qū)域地質(zhì)資料，也很少分析堤基可能存在的工程地質(zhì)問題。進行勘察時多未對堤區(qū)進行工程地質(zhì)測繪，也不分階段一次性完成勘察工作，一次性查明或基本查明堤基和穿堤建筑的工程地質(zhì)條件?？辈焓侄沃饕倾@探和取樣、試驗(包括現(xiàn)場試驗)工作。因此，勘探布置是勘察工作中的重點，也是勘察經(jīng)費中的最大開支；它要求沿堤線每間隔200～500m布1鉆孔，建筑物布置1條勘探剖面，并盡可能對重要堤段或存在險段布孔。

省內(nèi)在建或報建的中小型堤防勘察工作中，鉆孔布置基本上由市、縣水利局設(shè)計人員在地形圖上的布孔，他們往往在沒有事先對勘察區(qū)進行有關(guān)堤區(qū)的地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)等基本地質(zhì)資料和老堤圍歷史險情及其位置進行全面了解和分析的基礎(chǔ)上進行布孔。堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程的要求：勘探布置前需進行堤區(qū)的工程地質(zhì)測繪或現(xiàn)場踏勘，以了解堤防區(qū)所處地貌單元(階地、殘丘、古河床、漫灘、深潭、外灘寬度、岸坡形態(tài)等)了解堤防區(qū)的地層巖性、相對含水層和隔水層的分布、特征、埋藏條件、厚度、性狀；了解已有堤防的堤身、堤基、穿堤建筑物的狀況和堤岸險情的位置、規(guī)模、類型、處理措施和效果。此外還需了解天然建筑材料(土料、砂料、石料)的大致分布等。只有掌握了以上基本情況后進行勘探布置才能做到合理。但現(xiàn)實情況是較多堤防勘探布置未事先了解和掌握基本情況，便進行了勘探布置而出現(xiàn)了一些偏差。例如：某堤防可行性勘探由市水利局設(shè)計人員直接在圖上布孔，結(jié)果左、右岸堤防的鉆孔布置以錯開方式統(tǒng)一布孔 (即一個左岸孔又一個右岸孔順延排列)，成果是跨河流兩岸連成1條勘探剖面，代表左、右岸的地質(zhì)剖面。由于剖面未按地貌單元(漫灘、階地、山間洼地、殘丘)來劃分界線，而是以鉆孔柱狀圖分層來連線，致使地層剖面的分層混亂，把同巖性但不同沉積期的松散層(軟土、砂或粘性上等)連成同一層，試驗成果也同層一起統(tǒng)計，使成果的可靠性大大降低。

2 勘探深度問題

參照堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程，如堤基無深厚的強透水層，鉆孔深度宜為堤身高度的1.5～2.0 倍(不包括已建堤防的堤高)，當(dāng)相對透水層或軟土層較厚時，孔深應(yīng)適當(dāng)增加并能滿足滲流與穩(wěn)定分析的要求；涵閘建筑物的孔深應(yīng)進入閘底板以下深度宜為閘室底板寬度的 1.0～1.5 倍；堤岸鉆孔宜進入河床深泓以下5～10m；在不同地貌單元布置的控制孔宜進入強風(fēng)化巖頂面?？紤]到很多中、小型堤防多處于丘陵或殘丘區(qū)，堤高較低，堤基透水層較淺，且汛期洪水多大漲大落，洪水持續(xù)時間較短，出現(xiàn)潰堤事故多因洪水漫頂所致，因堤基問題引起的潰堤事故較少，故對這類中、小型堤防的勘探深度，只要按規(guī)范要求操作可一次性勘探而達到要求。在報建或在建的中、小型堤防勘探中，不少堤防的勘探深度偏深，例如：某縣城一地方長4.6km的堤防勘探，由市水利局設(shè)計院共布置了9個鉆孔，總進尺為442m，鉆孔最大深度為45.6m，平均23m，共取土樣21個(全部在殘積層或花崗巖全風(fēng)化土中提取)，標(biāo)貫共打85次(其中82次在殘積土或花崗巖風(fēng)化土中進行)。但根據(jù)縣城跨河的橋梁勘探成果，它除表層的耕作土或人工細(xì)土外，其下是厚 0.6～4.6m 的砂礫卵石層，再下即為花崗巖殘積層或風(fēng)化土。對該縣城高3-5m的地質(zhì)條件簡單的堤防來說，顯然鉆孔深度是偏深了，它除個別孔(作為控制孔)打到強風(fēng)化巖面外，其余只需進入殘積層或風(fēng)化土5m便可滿足要求。這個工程的地勘工作因大致多鉆進150m。還多取了土樣和試驗、多打了標(biāo)貫；另一方面對老堤防堤身的勘察工作卻忽略了必要的取樣試驗和原位測試，而使勘察成果不完善。此外西江支流上某堤也有類似鉆孔偏深現(xiàn)象，該堤長約30km，鉆孔28個，總進尺884m，最大孔深54.7m，平均孔深 31.6m，而堤高僅 6-7m，覆蓋層厚一般12m(粉質(zhì)粘土和粉細(xì)砂)，其實只需打穿第四系覆蓋層到風(fēng)化土或巖層 (控制孔)便可滿足要求。

3 取樣與試驗問題

在堤防勘探中，由于鉆孔孔距較大，鉆孔較少，因此大部分鉆孔都需采取原狀土樣和擾動砂(礫)料送土試驗室試驗。在采取原狀土樣時要求用快速連續(xù)壓人法或重錘少擊法取樣，取樣前應(yīng)認(rèn)真清除孔底受擾動過的殘留浮土(厚度小于 10cm)，擾動砂(礫)樣則需對該層取土的全料拌勻后作四分法或八分法取樣。取出的原狀土樣應(yīng)及時封臘包裝，并及時送試驗室進行試驗。在送試驗室時的運輸土樣應(yīng)豎放裝箱并有較好的防震保護措施。取樣數(shù)量要求每一工程地質(zhì)層累計有效組數(shù)不少于10組。目前現(xiàn)有的中小型堤防勘探中，由于勘察單位常轉(zhuǎn)包給無資質(zhì)的個人承包隊伍來承擔(dān)，其鉆機的設(shè)備和操作員的技術(shù)素質(zhì)都不高，常出現(xiàn)片面追求進尺而忽視質(zhì)量和地質(zhì)勘察的要求，因而取樣時常未清除浮土或未清干凈；有的為保證取得土樣，在取土器已充滿后仍繼續(xù)往下打，結(jié)果取上的土樣常是浮土占多而原狀土樣占少(試樣不夠)，或是取到的土樣是人為壓密的不能反映原狀特性的土樣；有些機組為追求進尺，取樣后不是馬上封存，而是暫時擱置，直到有空閑人手或下班時再封臘包裝。送土樣到試驗室過程中，多未采取有效的防震保護措施，有時因其他原因，土樣常停放很久等等，這一系列不規(guī)范的行為，常使土樣會有一定程度的、甚至是嚴(yán)重的失真。

試驗工作有室內(nèi)土工試驗和現(xiàn)場原位測試(標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗、動力觸探試驗、靜力觸探試驗、十字板剪切試驗、鉆孔位大試驗等)，室內(nèi)試驗對粘性土主要是顆粒分析、比重、密度、含水量、流塑限、滲透、抗剪、壓縮等項目，對砂性土主要是顆粒分析、比重、含水量、相對密度、透、水上和水下休止角等。目前中、小型堤防勘察中的現(xiàn)場試驗做得最多的是標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗，在打標(biāo)貫時亦常出現(xiàn)不規(guī)范行為，如試驗前采用水鉆而不是干鉆，標(biāo)貫前未清除干鉆留下的浮土(結(jié)果使標(biāo)貫Ⅳ值偏小)、試驗時將帶貫人器的鉆桿直接落人孔內(nèi)，使貫人器因勢能過大而已先行貫人太多土，再按標(biāo)貫要求打擊時，實際貫入的內(nèi)土已受到壓縮致使結(jié)果Ⅳ值偏大。此外在砂層中進行標(biāo)貫時，由于多采用抽砂鉆進，造成孔內(nèi)水位低于孔外水位和抽砂時產(chǎn)生的真空，使砂性土涌砂或塌孔，這時進行的標(biāo)準(zhǔn)貫人擊數(shù)Ⅳ顯然不能代表砂層在天然狀態(tài)下的試驗值 (結(jié)果偏小)，砂(礫)層中標(biāo)貫必須在套管內(nèi)不斷加水，使孔內(nèi)水位高于孔外水位，這樣才不會出現(xiàn)涌砂或塌孔，標(biāo)貫Ⅳ值才具有價值。此外標(biāo)貫在含卵石或礫石較多的砂礫卵石層中也不適合，它常使Ⅳ值偏高。重型動力觸探雖然適應(yīng)在砂層、砂礫卵石層中進行，并能獲得較滿意的結(jié)果，但個人承包的機組則多缺設(shè)備和技術(shù)素質(zhì)，無法規(guī)范地進行這項試驗。同樣適用于粘性土和砂層中的靜力觸探試驗和適合軟土中進行的十字板剪切試驗以及按操作規(guī)范進行的鉆孔注水試驗等，個人承包的隊伍都基本缺乏設(shè)備和操作人員而無法進行現(xiàn)場試驗。因此，很多中小型堤防勘察工作出現(xiàn)鉆孔多、鉆進深，而準(zhǔn)確有用的數(shù)據(jù)不足，花了大量前期勘察費用而達不到完整了解工程地質(zhì)條件的目的。

另外鉆孔中抽取地下水水樣也比較馬虎，多直接用抽砂簡(或抽水筒)從孔內(nèi)取水，而事前沒有將終孔后的孔內(nèi)地下水，先抽排出3倍以上井內(nèi)水體 (即需抽干3次孔內(nèi)地下水)，最后才抽取地下水水樣，因此抽到的水樣實質(zhì)是鉆探時的沖洗液或受(油)污染的水樣。

4 成果整理、分析問題勘察成果應(yīng)包括文字報告、附圖、附表和附件等。

4.1 文字報告

中、小型堤防工程地質(zhì)勘察報告應(yīng)包含：前言；堤區(qū)地質(zhì)概況，主要內(nèi)容是介紹堤區(qū)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和地震、水文地質(zhì)和物理地質(zhì)現(xiàn)象等；堤身狀況(已有老堤情況下)，主要內(nèi)容為堤身結(jié)構(gòu)、填土成分、堤身現(xiàn)狀和特征、險情和隱患的具體位置以及隱性處理情況和效果、堤身土體物理力學(xué)性質(zhì)和滲透性等；堤基工程地質(zhì)特征，包括堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu) (分為單一結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu))、地基各工程地質(zhì)層的物理力學(xué)性質(zhì)及滲透性等；堤基(包括建筑物地基)的主要工程地質(zhì)問題，包括滲漏和滲漏穩(wěn)定、基礎(chǔ)和岸坡的穩(wěn)定及沉降問題等；堤防工程地質(zhì)條件及評價，包括堤防工程地質(zhì)分段(分為工程地質(zhì)條件好、較好、較差、差4類)，各段的堤基隱患和加固措施的建議；堤岸工程地質(zhì)條件及評價，包括岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)與各工程地質(zhì)層指標(biāo)、岸坡工程地質(zhì)分段(分為穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、穩(wěn)定性較差和差4類)，并提出加同措施的建議；穿堤建筑物的工程地質(zhì)條件及評價、建議；天然建筑物材料(土料、砂料、石料)的分布、儲量和質(zhì)量評價，開采條件、運距等；結(jié)論。

4.2 附圖

包含綜合地質(zhì)圖、沿堤線地質(zhì)縱剖面圖、穿堤建筑物和險段的地質(zhì)橫剖面圖、天然建筑材料綜合圖表、鉆孔柱狀網(wǎng)等。其中綜合地質(zhì)圖應(yīng)有堤線位置、用里程樁號標(biāo)示的穿堤建筑物位置、鉆孔位置、微地形地貌單元分界線、古河道、堤線前后的池礦、老堤決口口門、決口深沖刷坑、階地、殘丘、河流塌岸、滑坡、老堤線滲水、管涌等歷史階段和沿線地層界線、構(gòu)造線、沿堤線的地質(zhì)縱剖面線和橫剖面線位置等。沿堤線地質(zhì)縱剖面圖應(yīng)有地層巖性分界線、由新到老的工程地質(zhì)層的層序號以及各層底高程、鉆孔取樣位置、現(xiàn)場測試成果(包括水文地質(zhì)測試成果)、地下水位等，此外還應(yīng)有工程地質(zhì)分段及簡要說明。穿堤建筑物及險段的工程地質(zhì)橫剖面圖應(yīng)標(biāo)明設(shè)計水位、建筑物底板高程和險情位置及出險時的滲流量、管涌點流量、決堤造成的深壙，以及剖面上工程地質(zhì)分段更是明確堤防中的薄弱位置和加固重點。但在建或報建的中小型堤防勘察報告中，則常缺乏肯定的結(jié)論或不合理的參數(shù)建議值以及其他問題?？辈靾蟾嬷行柩a充和改進的問題有：對堤區(qū)地質(zhì)概況較少結(jié)合實際，而只是從區(qū)域地質(zhì)資料中搜集到一些地層巖性和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的資料，對堤區(qū)的微地貌、河岸、堤岸的穩(wěn)定狀況、老堤的險情、隱患、險段的資料較少，對原有老堤堤身資料內(nèi)容較缺。其實很多中小型堤防多為年代久遠，堤身填土復(fù)雜，既有粘性土，也有砂土、雜填土及建筑垃圾等，而且分布無規(guī)律，也多有決堤事故發(fā)生，因此堤身的歷史資料是非常重要且必須引起重視的；對堤身、堤基的室內(nèi)外試驗組數(shù)多未能滿足規(guī)范要求，且室內(nèi)和現(xiàn)場成果有較大差異，從而使提供沒計使用的地質(zhì)參數(shù)的合理性與可靠性受到一定程度的損害；在對堤基工程地質(zhì)評價時，多未對堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行分類，未對堤基進行工程地質(zhì)分段；對天然建筑材料調(diào)查T作深度不足，因而內(nèi)容也很單薄。

[1]盧勁雄.水利堤防工程的結(jié)構(gòu)風(fēng)險分析[J].經(jīng)營管理者，2009-07-05.