堤防工程的抗滑滲透穩(wěn)定性分析

堤防工程的抗滑滲透穩(wěn)定性分析

1擴(kuò)建工程地質(zhì)條件廣西南寧防洪工程江北垃圾填埋場位于南寧永江北岸，全長5.602公里。它是南寧防洪系統(tǒng)的重要組成部分。江北西堤于1974年建成20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)土堤及漿砌石堤,擴(kuò)建工程按50年一遇標(biāo)準(zhǔn)沿原堤加高至81.0～81.3m高程,平均加高2.0m。堤型為土堤及土石混合堤。查明工程的地質(zhì)條件并進(jìn)行正確評價(jià),是工程建設(shè)的關(guān)鍵所在。堤防擴(kuò)建工程的主要地質(zhì)問題為堤基土的承載力及變形、滲透及滲透穩(wěn)定、河岸坡穩(wěn)定問題,這些都是影響堤防安全穩(wěn)定的重要地質(zhì)問題,為正確評價(jià)這些問題,地質(zhì)勘察上采用了地質(zhì)調(diào)查測繪、鉆探、現(xiàn)場標(biāo)貫、動力觸探測試、注水試驗(yàn)、室內(nèi)土工試驗(yàn)等地質(zhì)勘察手段,對滲透穩(wěn)定的評價(jià)依據(jù)顆粒組成及土體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價(jià)。2iii級階地地面高程和地震帶南寧市為低山丘陵環(huán)繞的橢圓形盆地,邕江蜿蜒曲折流經(jīng)中央,沖積平原沿邕江兩岸分布,形成多級明顯的漫灘及階地,漫灘地面高程62.0～72.0m,I級階地地面高程72.0～75.0m,II級階地地面高程75.0～85.0m。南寧盆地沉積了厚5～63.58m的第四紀(jì)松散沉積物,從新到老有全新統(tǒng)桂平組Q4g、上更新統(tǒng)望高組Q3w、中更新統(tǒng)白沙組Q2B、下更新統(tǒng)潯江組Q1X,第四系各組均現(xiàn)典型的二元結(jié)構(gòu):上部粘性土、粉細(xì)砂、下部礫砂、圓礫。第四系下伏地層為第三系E漸新統(tǒng)E3、始新統(tǒng)E2、古新統(tǒng)E1,巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖夾煤層、煤線,厚度大于1200m。3水庫設(shè)計(jì)的地質(zhì)量條件3.1利江、蘇、江自然河流分布江北西堤布置于邕江左岸II級階地前沿,跨越心圩江、可利江兩個(gè)支流。階地高程74.5～83.0m,沿線有較多水塘分布,塘底高程74～78m,可利江寬闊約400m,河床高程65～69m。心圩江寬100m,河床高程62.5m。3.2更新統(tǒng)望高組沖積層江北西堤堤基土體結(jié)構(gòu)從新到老、從上到下描述如下:第四系人工堆積填土層Qs44s:堤身素填土①1,成分為粘土、粉質(zhì)粘土,干—稍濕,硬塑,稍密—密實(shí),多為中密狀,厚度0.4～21.5m;雜填土①2,粘性土夾碎磚、灰碴、建筑及生活垃圾,松散,厚度0.5～4.0m。第四系全新統(tǒng)沖積層Qal44al:淤泥質(zhì)土②,濕—飽水,可塑—軟塑,主要分布于漫灘,河岸坡,厚度0.3～9.4m。第四系上更新統(tǒng)望高組沖積層Qal3w3wal:粘土③,黃紅色均勻致密,稍濕,硬塑—可塑,沿線均有分布,厚度0.8～12.2m;粉質(zhì)粘土④,褐黃色,可塑,部分硬塑、軟塑,稍濕—濕,厚度0.5～9.8m;粉土⑤,灰色、灰黃色,濕—很濕,可塑,稍密—中密,厚度0.3～12.6m;粉細(xì)砂⑥,灰黃、灰白色,部分為中粗砂,濕—飽水,稍密—中密,呈透鏡體分布,厚度0.3～6.3m;砂礫石層⑦,圓礫為主,部分為礫砂。礫徑2～30mm,含量20%～70%,磨圓度較好,充填物以砂為主,局部為泥質(zhì)。濕—飽水,稍密—密實(shí),分布廣,厚度0.6～18.4m。第三系漸新統(tǒng)北湖組泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖夾煤線;頂部全風(fēng)化呈粘土,硬塑—堅(jiān)硬,以下為強(qiáng)風(fēng)化,半成巖狀的砂、泥巖,巖石強(qiáng)度較低,總厚度大于1200m。3.3填土及砂石質(zhì)由表1可知堤身素填土①1具有較高壓實(shí)度,中等壓縮性、較高強(qiáng)度及承載力;雜填土①2松散,物理力學(xué)性質(zhì)很差;淤泥質(zhì)土②、粉土⑤、粉細(xì)砂⑥土體孔隙比較高,具有較高壓縮性、較低的強(qiáng)度;粘土③、粉質(zhì)粘土④、砂礫石層⑦及砂、泥巖⑧工程地質(zhì)性質(zhì)好,具較低壓縮性、較高的強(qiáng)度。各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。3.4心圩形地地下水3、礫砂堤基由粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、粉土、粉細(xì)砂、礫砂圓礫組成,根據(jù)注水試驗(yàn)結(jié)果,各土層滲透系數(shù)k值為(單位為cm/s);填土1×10-5～5.4×10-4、粘土及粉質(zhì)粘土8.7×10-5～4.3×10-4、粉土3.5×10-5～3.1×10-3、粉細(xì)砂層2.1×10-3～8.7×10-3、礫砂圓礫層9.4×10-3～8.1×10-2?？蓪⒏魍翆臃譃楦羲畬蛹巴杆畬?。隔水層:粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、泥巖。透水層:粉土(弱透水性),粉細(xì)砂(中等透水性),礫砂圓礫(強(qiáng)透水性)?？碧狡陂g為枯水期,邕江水位62.0m,心圩江水位62.7m,可利江水位71.3m,堤基下地下水不豐富,地下水存在于淤泥質(zhì)土、粉土、粉細(xì)砂、圓礫層中,為潛水及上層滯水類型。地下水有兩層:第1層水:存在于堤基下淤泥質(zhì)土中的水,主要在上堯港—盧屋坡段,地下水位高程73～74m,水量不大。部分堤段67～73m高程,粘土、粉質(zhì)粘土飽和,鉆孔見滲水,水量不大,屬土體孔隙、裂隙中局部的上層滯水。第2層水:賦存于粉土、粉細(xì)砂、礫砂圓礫層中的地下水,為具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的孔隙潛水,鉆探期間的地下水位高程58～71m,本層地下水與邕江河水相連接,補(bǔ)排關(guān)系、水位升降交替頻繁。洪水期河水補(bǔ)給、頂托地下水,使地下水位升高,大部分由潛水變?yōu)槌袎核?地下水壓力升高,易于產(chǎn)生管涌、流土。4主要技術(shù)的質(zhì)量分析4.1+4215+c1)9+886～10+419段堤基雜填土厚度不大,可開挖清除。堤基持力層為硬塑狀粘土,具有較高承載力及較低壓縮性,能滿足堤防對地基承載力及沉降變形的要求,基底摩擦系數(shù)亦較高。2)10+419～15+488段土堤的持力層粘土為密實(shí)、硬塑狀,具有較高承載力及較低壓縮性,能滿足設(shè)計(jì)要求。原堤堤身填筑土總體上為中密—密實(shí),僅堤坡表面局部較松,鼠洞也僅分布于堤坡表部,堤身填土為粘土、粉質(zhì)粘土,局部包含團(tuán)塊狀雜填土,對堤身的穩(wěn)定及滲透影響不大。3)舊堤基下的淤泥質(zhì)土為舊堤未完全清基的表耕土與部分水塘淤泥層,經(jīng)過近20年的堤基壓縮,從現(xiàn)在的試驗(yàn)指標(biāo)看,基本屬可塑狀中壓縮性灰褐色粉質(zhì)粘土層,有一定的承載能力和抗剪強(qiáng)度。4.2水庫大壩滲透穩(wěn)定評價(jià)4.2.1基層深基坑下河鐵路5+教學(xué)江北西堤堤基存在透水層且堤后地形切割揭穿蓋層具備產(chǎn)生堤基滲漏條件的堤段有:1)心圩江堤段(12+030～12+100)。心圩江河床高程61.4～62.5m,河床有厚1.3～4m的淤泥,淤泥質(zhì)土覆蓋層以下為砂礫層,厚7.4～10.9m,下為泥巖。2)下河鐵路(12+802～12+850)。由于開挖下河鐵路,把上覆大部分粘土層挖除,現(xiàn)在鐵路面高程68.9～69m,尚有厚度2.5～5.5m的粘土、粉質(zhì)粘土覆蓋層。以下為圓礫層,厚6m,下為泥巖。3)陳村—僑校段(13+170～14+406)。堤后多水塘,水塘底高程77～78.0m,上覆的粘土、粉質(zhì)粘土隔水層厚度2.4～5.0m,往下為粉土,厚2～6.7m,粉細(xì)砂2.2～6.3m,圓礫層,厚6.0m,下為泥巖。4)可利江段(14+480～14+570、14+745～14+960)。堤后為可利江,江底高程65～69m,江底淤泥層厚1～4.5m,隔水層粘土僅0.5～2.2m,以下為主要透水層圓礫層,厚2.8～18.4m,底下為泥巖。4.2.2河流和土層管理表2列出了管涌層、流土層判別。4.2.3管涌型菌株的確定流土型采用下式計(jì)算J臨=(GS?1)(1?n)(1)J臨=(GS-1)(1-n)(1)管涌型采用式(2)計(jì)算J臨=2.2(GS?1)(1?n)2d5/d20(2)J臨=2.2(GS-1)(1-n)2d5/d20(2)允許滲透比降i根據(jù)計(jì)算的臨界水力比降(J臨)除以1.5～2的安全系數(shù),結(jié)合野外實(shí)際情況及經(jīng)驗(yàn)綜合確定(見表3)。4.2.4滲流土堤段的性質(zhì)產(chǎn)生管涌、流土可能的部位是在無蓋層及蓋層特別薄的地方,蓋層有孔洞、裂隙的地方,地下水有通道或者易擊穿薄的蓋層形成透水通道,當(dāng)水頭大于破壞坡降時(shí)即產(chǎn)生管涌或流土,屬于蓋層特別薄的堤段有心圩江段,最薄僅1.3m,可利江段,最薄僅0.5m,其余均有2m以上的蓋層,心圩江段、可利江段為滲透變形易發(fā)段,下河鐵路段、陳村段、僑校段為不易發(fā)段。4.3岸壁穩(wěn)定性評價(jià)4.3.1河岸地形地貌水岸層。在景江北西堤二橋(9+886)—陳村(13+300)段堤防布置于II級階地上,堤線離岸邊距離30～180m,岸坡坡高9m左右,坡度18°～30°,坡腳外灘地寬。根據(jù)調(diào)查本段河岸僅在心圩江口下游有小的塌岸,其余岸段未見有崩塌、滑坡產(chǎn)生,整段河岸屬沉積岸,受沖刷作用不強(qiáng)烈。河岸穩(wěn)定性較好。4.3.2滑坡體及滑坡陳村—西鄉(xiāng)塘段(13+300～15+488):堤防布置于II級階地前沿,堤線離河岸距離0～90m。本段岸坡坡高17m左右,坡度上陡(35°～90°)、下緩(15°～20°)。岸坡完整性差,小型淺層滑坡、崩塌發(fā)育,岸坡下部泉水、地下水帶狀溢出,濕地多。主要的塌滑有:1)位于14+450岸邊灘地,高程62～67m,坡面坡度10°,長75m,寬35m,后緣滑壁高0.2～0.8m,呈圓弧形,坡面地下水面狀溢出,成為濕地、沼澤地。2)位于13+900岸邊灘地,高程63～76m,坡度15°,塌滑范圍:長120m,寬40m,后緣滑壁高0.1～0.2m,地下水沿坡面溢出,坡面成沼澤地。3)位于13+320～13+640段河岸,岸坡上陡下緩,下部坡度5°～10°,高程62～65m,為漫灘～I(xiàn)級階地,寬40～60m,地面多地下水溢出,成沼澤地;上部坡度50°～70°,坡頂臺地面高程75.5～80.0m,為Ⅱ級階地面。本段滑坡體有3個(gè):①13+490～13+640段高程65m以下灘地淤泥質(zhì)土塌滑,地面為地下水溢出成沼澤地,后緣滑壁高0.2～0.5m。②13+490～13+520段65m高程以上陡坡“2001.7.8”大洪水退后發(fā)生滑坡,滑坡體長30m,寬約20m,滑距約1～2m。估計(jì)方量1000m3,屬小型、淺層滑坡。③13+320～13+490段68m高程以下為老滑坡體,滑體前緣鼓丘明顯,前緣由于受沖刷坡度較陡,老滑坡體表現(xiàn)相對穩(wěn)定,坡面無地下水溢出,未見有變形開裂裂縫產(chǎn)生。因此,對上述陳村—西鄉(xiāng)塘段河岸多滑坡、塌岸段應(yīng)采取護(hù)岸、護(hù)腳工程措施。4.3.3岸坡土體圓弧