長江干流同馬大堤巨網(wǎng)段滲流安全復(fù)核分析

石 城

(安徽省長江河道管理局，安徽 蕪湖 241000)

1 概 述

滲流破壞是堤防工程常見的破壞形式，早期修建的堤防工程質(zhì)量較差，在長期的使用過程中出現(xiàn)了較為嚴重的滲流風(fēng)險，針對這一類型堤防工程進行滲流安全復(fù)核是十分必要的[1-4]。

同馬大堤全長173.525 km，其中長江段堤長138 km，皖河段堤長35.525 km，為2級堤防。巨網(wǎng)段(樁號138+250～144+900)，全長6.65 km，屬于同馬大提的一部分，同馬大堤保護兩省范圍內(nèi)面積5 235 km2。

2 復(fù)核單元劃分及防洪標準

根據(jù)現(xiàn)狀安全調(diào)查分析報告，綜合分析，分2個單元堤段進行巨網(wǎng)段堤防安全評價，選取11個斷面進行安全復(fù)核，見表1。

表1 堤防安全評價單元劃分

同馬大堤為2級堤防，堤頂超高為1.5 m。當長江發(fā)生1954年長江洪水時，按湖口設(shè)計洪水位22.5 m，安慶設(shè)計洪水位19.34 m，并考慮皖河入江的影響，巨網(wǎng)段各斷面沿程水位見表2。

表2 巨網(wǎng)段沿程設(shè)計水位表

3 滲流安全復(fù)核

3.1 堤基土質(zhì)及滲透性

同馬大堤巨網(wǎng)段堤基為皖河與長江交匯區(qū)域，堤基主要為沖積～湖積堆積、沖積堆積體，由于河流多次改道，時沖時淤，形成變化復(fù)雜的地質(zhì)層次。根據(jù)靜探試驗結(jié)果，平臺表面以下8～9 m與14～21 m土層較為軟弱，Ps值均小于1 MPa；局部區(qū)域在深度5～8 m間Ps值介于0.4～0.7 MPa之間，存在淤泥質(zhì)土層。根據(jù)歷史勘探資料及本次鉆探成果，堤基土可劃分為：黏土與粉質(zhì)黏土、輕壤土層(含淤泥質(zhì)土)、壤土(局部夾粉砂層)、粉質(zhì)黏土與粉質(zhì)壤土、粉砂層。其中，輕壤土層(含淤泥質(zhì)土)與粉質(zhì)黏土與粉質(zhì)壤土層較為軟弱，含水率大，壓縮性高；壤土(局部夾粉砂層)、粉砂層滲透性較強。綜合鉆孔及標準貫入、靜力觸探等判斷，堤基土質(zhì)較不均勻、夾層較多，兩層軟土層的區(qū)域和厚度分布不一。

3.2 堤身填筑質(zhì)量

根據(jù)高密度電法探測和靜探試驗結(jié)果，本工程段堤身土體碾壓較不均勻，局部土質(zhì)結(jié)構(gòu)較松散。結(jié)合歷年勘探資料，堤身主要為素填土，土質(zhì)主要以重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)壤土為主，部分為輕砂壤土、粉砂。

3.3 堤防滲透穩(wěn)定性

3.3.1 斷面選擇

該段堤防多次出現(xiàn)滑坡、坍塌、裂縫等險情，鑒于工程實際情況，近幾年均進行應(yīng)急處理，但根本問題仍未解決，部分原滑坡、裂縫位置軟弱面隱患仍未消除。

該段堤防歷經(jīng)多次除險加固工作，針對同馬大堤巨網(wǎng)段不同堤段的堤身、堤基土體工程地質(zhì)特性、出現(xiàn)的險情種類及特征，選取2個單元堤段進行11個斷面的滲流安全評價，單元劃分見表1。樁號138+550計算剖面示意圖見圖1。

圖1 樁號138+550計算剖面示意圖

3.3.2 計算參數(shù)

根據(jù)工程經(jīng)驗并參考歷史資料、土工測試資料及主要深度范圍內(nèi)的土性，堤基土參數(shù)采用2000年以來土工測試參數(shù)平均值，堤身土以2019年補勘試驗成果結(jié)合歷史資料選取。選取計算參數(shù)進行滲流安全評價分析，見表3。

表3 滲流穩(wěn)定分析計算參數(shù)表

3.3.3 計算工況

選取以下工況進行計算：

工況1：上游設(shè)計水位+下游相應(yīng)水位：臨水側(cè)設(shè)計水位20.14 m與背水側(cè)相應(yīng)的水位(背水側(cè)水位按平堤腳高程)。

工況2：上游洪水降落時對臨水側(cè)堤坡穩(wěn)定的不利情況：臨水側(cè)水位由設(shè)計水位20.14 m驟降至坡腳高程。

針對上述工況，通過平面穩(wěn)定滲流計算得到：①設(shè)計洪水持續(xù)時間內(nèi)堤身中的浸潤線分布，以及堤身堤基中的等水頭線分布；②背水堤坡中的出逸位置和出逸比降等。

3.3.4 成果分析

依據(jù)上述計算參數(shù)、斷面模型和計算工況，對選取的11個斷面進行滲流安全評價。得到：①設(shè)計水位時各斷面堤身的浸潤線位置，以及堤身、堤基中的等水頭線分布，背水側(cè)堤坡的出逸位置、出逸比降等；②水位驟降時各斷面堤身的浸潤線位置，以及堤身、堤基中的等水頭線分布，臨水側(cè)堤坡的出逸位置、出逸比降等。

各工況組合的計算成果見表4，計算的浸潤線、等水頭線見圖2。樁號138+250～141+613背水側(cè)堤身填土Cu=7.93，樁號141+613～144+903背水側(cè)堤身填土Cu=2.36，均屬于流土型滲透變形形式。樁號138+250～141+613背水側(cè)堤身填土允許水力比降為0.25～0.35，樁號141+613～144+903背水側(cè)堤身填土允許水力比降為0.50～0.80。

圖2 138+550斷面的浸潤線、等水頭線圖

表4 各工況滲流計算成果表

根據(jù)滲流安全計算結(jié)果，各工況條件下，141+310、144+100斷面出逸點位置位于堤腳高程以上8、30 cm，其余各斷面出逸點位置位于堤腳高程以下，浸潤線位于地表以下；11個斷面的背水側(cè)出逸比降介于0.034～0.098，小于背水側(cè)土體的允許水力比降；2個評價單元的堤身滲透穩(wěn)定性滿足要求。

臨水側(cè)洪水降落時，臨水側(cè)堤身內(nèi)的自由水位將介于降落前后的水位高度范圍，其變化快慢受堤身土體的滲透系數(shù)、孔隙度、給水度及水位下降速度等參數(shù)影響。一般情況下，滲透系數(shù)越小，則堤身內(nèi)的自由水位處于高水位的時間就越長，堤身土體也將長時間處于飽和狀態(tài)，對堤身穩(wěn)定不利。在汛期高水位時期，背水側(cè)坡腳處浸潤線距堤表面較近，若遇持續(xù)降雨條件，堤坡表層壤土易遇水軟化，在薄弱處形成涌砂滲透點。

141+310斷面背水側(cè)下堤路側(cè)堤身坡度較陡(1∶2.16)，144+100斷面背水側(cè)平臺高程小于設(shè)計值，在河道高水位情況下出逸點位于坡腳以上，在河道持續(xù)高水位情況下，背水側(cè)坡腳上一定范圍可能會形成散浸窨潮現(xiàn)象。

4 結(jié) 論

1)巨網(wǎng)段堤防歷年工程地質(zhì)勘測及本次工程地質(zhì)勘探結(jié)果表明，堤基土體多為上黏下砂二元結(jié)構(gòu)或成互層狀，變異性較大，堤基在上部土層未受破壞情況下抗?jié)B性較好；堤身填筑土的滲透系數(shù)滿足規(guī)范要求，但背水側(cè)黏性覆蓋層厚度不均，存在薄弱點，在汛期高水位時期，背水側(cè)坡腳處浸潤線距堤表面較近，若遇持續(xù)降雨條件，堤坡表層土易在薄弱處形成涌砂滲透點。

2)根據(jù)計算結(jié)果，141+310、144+100斷面出逸點位置位于堤腳高程以上8、30 cm，其余各斷面出逸點位置位于堤腳高程以下，浸潤線位于地表以下；11個斷面的背水側(cè)出逸比降介于0.034～0.098，小于背水側(cè)堤坡土體的允許水力比降，2個評價單元的堤身滲透穩(wěn)定性滿足要求。