环太湖大堤浙江段工程地质条件和隐患论文

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  1 问题的提出

  太湖为大型浅水湖泊,面积 2 428 km2,平均水深 1. 89m,最大水深 2. 60 m,水位 3. 00 m 时相应库容 44. 3 × 108m3,是流域重要的调节水库[1 -2].太湖岸线总长 371 km,其中,江苏省 312 km,占 84%; 浙江省 59 km,占 16%.浙江段岸线原无堤防,自 1991 年 11 月开始建设,经过1992 年和 1993 年第二、第三次土方施工,大堤初具规模。

  目前已建成堤线长约 65. 12 km ( 包括局部包港堤线) ,在历次抵御台风和洪水中起到了十分重要的作用[2].以湖州市长兜港入湖口为界,堤线分东西 2 段,向西至父子岭为西段,向东至胡溇为东段。

  浙江省水利水电勘测设计院曾于 1991 年大堤未建前及大堤运行 10 多年后的 2004 年和 2008 年,先后 3 次对大堤进行工程地质勘察,勘察方法包括地质测绘、钻探、静探、十字板等,对堤身及堤基进行了大量地质勘探工作,完成地质勘探剖面线长 150 km,完成钻孔 180 余只,进尺 5 400m,最大孔深 50 m,室内土工试验 2 500 件,静探孔 80 个,十字板原位测试孔 60 个,试验点 2 400 点。

  笔者综合静力触探、十字板等现场原位试验及钻探取样室内土工试验,对环太湖大堤浙江段的土层特征进行分析。在土层特征分析的基础上,对工程地质条件和存在的隐患进行评价,并提出相应的地基处理建议,以期对类似工程建设具有借鉴作用。

  2 区域地质概况

  环湖大堤位于太湖周边的杭嘉湖平原湖沼堆积平原上,北临太湖,西北、西南有低山残丘分布,区内地势平坦,河网密布,地面高程一般为 1. 0 ~3. 0 m[3].平原区覆盖第四系松散堆积物,成因复杂,岩相多变,地表以下 50 m 地层大致可分为上下 2 部分: 上部分为全新统 ( Q4) ,以湖沼相、海相堆积物为主; 下部为上更新统 ( Q3) 冲湖积为主的地层,在局部地区,还分布有较老的残坡积层及冲洪积的含泥砂砾石层。

  地下水为孔隙潜水,受地表水及大气降水补给,浅部土层多属微透水 ~ 弱透水的黏性土层。砂性土以粉土和粉细砂为主,分布不稳定,富水性弱。地下水位一般为地面以下 0. 5 ~2. 5 m.

  3 堤身堤基工程地质条件及隐患

  太湖环湖大堤浙江段东段 ( 长兜港-胡溇) 长约26. 53 km,西段 ( 长兜港-父子岭) 长约 38. 59 km,工程地质条件和主要隐患如下。

  3. 1 东、西段大堤工程地质条件东段堤身填筑土由Ⅰ1层黏质粉土组成; 堤基 50 m 范围内为第四系松散堆积物、主要由ⅢSL层黏质粉土、Ⅲ1层淤泥质黏土、Ⅳ层粉质黏土、Ⅴ1层淤泥质黏土夹粉土、Ⅴ2层砂质粉土、Ⅶ层粉质黏土、Ⅷ层砂质粉土、Ⅸ层粉质黏土和Ⅹ层砂质粉土、粉砂组成,东段大堤典型地质横剖面见图 1,主要土层的物理力学指标特征见表 1.

  堤身填筑土Ⅰ1层黏质粉土层,粉粒含量较高,大部分样品属微透水性 ~极微透水性,少数属弱透水性,能满足堤身填筑土料的防渗要求,但堤身中也存在填筑不均匀和局部压实度偏低的状况。呈透镜体状分布的Ⅲ1层淤泥质黏土和Ⅴ1层淤泥质黏土夹粉土 ( 层状土) ,为高含水率,高压缩性,低强度软土,性质差,是堤基稳定的控制性土层; ⅢSL黏质粉土,分布浅,强度较高,是较好的堤基天然持力层; Ⅳ层粉质黏土、Ⅴ2层砂质粉土和Ⅶ 层粉质黏土性质好,可作为建筑桩基持力层; Ⅷ层砂质粉土、Ⅸ层粉质黏土和Ⅹ层砂质粉土、粉砂埋藏较深,对堤基的稳定影响不大。

  西段堤身填筑土由Ⅰ1层黏质粉土和Ⅰ2粉质黏土组成; 堤基 50 m 范围内主要由ⅢSL层黏质粉土、Ⅲ1层淤泥质黏土、Ⅳ层粉质黏土、Ⅴ1层淤泥质黏土夹粉土、Ⅴ2层砂质粉土、Ⅵ1粉质黏土、Ⅶ层粉质黏土和Ⅸ层粉质黏土等组成。西段大堤典型地质横剖面见图 2,主要土层的物理力学指标特征见表 2.

  堤身填筑土Ⅰ1层黏质粉土层,粉粒含量较高,大部分12粉质黏土,性质较好,属微透水性 ~ 极微透水性。均可满足堤身填筑土料的要求。但堤身局部存在填筑不均匀和压实度偏低状况,个别堤段填筑有淤泥质土。呈不连续分布的Ⅲ1层淤泥质黏土和Ⅴ1层淤泥质黏土夹粉土 ( 层状土) ,为高含水率,高压缩性,低强度软土,性质差,是堤基稳定的控制性土层; ⅢSL黏质粉土,分布浅,性质相对较好,可作为天然持力层; Ⅳ层粉质黏土、Ⅴ2层砂质粉土和Ⅶ 层粉质黏土性质好,可作为建筑桩基持力层; Ⅵ1淤泥质粉质黏土和Ⅸ层粉质黏土埋藏较深,对堤基的稳定影响不大。

  3. 2 大堤主要隐患

  ( 1) 堤前挡墙基础底板高程偏高,挡墙断面小,墙前趾埋深浅,抗风浪能力不足。堤前抗风浪能力弱是现状环湖大堤存在的主要安全隐患。

  ( 2) 大堤现状为浆砌块石护坡为主,但部分挡墙已倾覆或倾斜严重,局部地段有小规模塌岸,有水毁现象。堤身及地基均有不同程度的沉降。现状堤顶高程不能满足防洪要求。

  ( 3) 东、西 2 段大堤堤身填筑的Ⅰ1层黏质粉土,粉粒含量较高,大部分样品属微透水性 ~ 极微透水性,少数属弱透水性,能满足堤身填筑土料的防渗要求,但堤身中也存在填筑不均匀和局部压实度偏低的状况,同时根据勘探揭露,个别堤段填筑有淤泥质土,存在不均匀沉降问题。

  ( 4) 部分堤段为通过段为原河道、池塘,应挖除表层流泥,并应注意局部流泥分布较厚地段的堤岸稳定问题。

  ( 5) 堤基土层中Ⅲ1层淤泥质黏土和Ⅴ1层淤泥质黏土夹粉土 ( 千层饼状土) ,为高含水率,高压缩性,低强度的软土,性质差,是堤基稳定的控制性土层,易导致发生大堤滑坡等事故。

  ( 6) Ⅴ2层粉土,性质较好,埋藏较深,局部顶板出露较高处,对河道岸坡稳定有利,但桩式护岸进行桩基施工时,易塌孔,应做好孔壁的保护。

  4 对大堤处理的建议

  考虑到大堤现状及堤基工程地质条件等状况,对大堤处理的建议如下:

  ( 1) 堤前加固: 对现状挡墙已倾覆或倾斜严重、受风浪影响大的堤段,要求在挡墙前先进行混凝土撑墙加固,顶高程与原挡墙高程持平,然后再抛石,确保加固平台总宽不小于 3 m.

  ( 2) 堤后填塘固基: 现状大堤经堤前设计水位堤后常水位稳定复核验算,其背水坡抗滑稳定不能满足规范要求,需采用填塘固基或加宽堤身等工程措施。

  ( 3) 由于堤后鱼塘的存在,给大堤的管理带来不利因素,不利于大堤的稳定安全,也影响大堤的防洪抢险和今后行车的安全。在兴建本工程时应一并对堤后鱼塘进行全线的填塘固基处理,填筑高程与原地面持平。

  ( 4) 对影响大堤稳定的软弱土层,如地基上部的Ⅲ1层淤泥质 ( 粉质) 黏土、ⅢSL层淤泥质粉质黏土夹粉土、ⅢSIL淤泥和Ⅴ1淤泥质粉质黏土夹粉土,建议设计进行抗滑稳定验算,必要时采取工程措施进行处理。软土较薄处,可采用置换法,厚度较大处可采用地基处理加固方法。

  ( 5) Ⅴ2层粉土等砂性土,性质较好,埋藏较深,局部顶板出露较高处,对河道岸坡稳定有利,但桩式护岸进行桩基施工时,应做好孔壁的保护,施工采取工程,防止砂性土的震动液化。

  5 结 语

  ( 1) 东、西大堤的工程地质条件基本类似,堤身主要由Ⅰ1层黏质粉土组成; 堤基主要由ⅢSL层黏质粉土、Ⅲ1层淤泥质黏土、Ⅳ层粉质黏土、Ⅴ1层淤泥质黏土夹粉土、Ⅴ2层砂质粉土、Ⅶ层粉质黏土、Ⅷ层砂质粉土、Ⅸ层粉质黏土和Ⅹ层砂质粉土、粉砂组成。

  ( 2) 现状大堤堤身的主要工程地问题有现状挡墙倾覆或倾斜严重,局部地段有小规模塌岸,有水毁现象。堤身及地基均有不同程度的沉降。现状堤顶高程不能满足防洪要求等。

  ( 3) 东、西大堤堤基土层中Ⅲ1层淤泥质黏土和Ⅴ1层淤泥质黏土夹粉土 ( 千层饼状土) ,的软土层,性质差,是堤基稳定的控制性土层,易导致发生大堤滑坡等事故。

  ( 4) 对大堤身调查应充分重视,调查内容应包括堤岸崩塌、水毁、管涌、渗漏、堤岸崩塌等地质隐患,为设计的提供地质依据。

  ( 5) 对堤基的勘察应重视对主要工程地质问题的分析,尤其是影响地基稳定的软弱土层,如本工程中Ⅲ1层淤泥质( 粉质) 黏土、ⅢSL层淤泥质粉质黏土夹粉土、ⅢSIL淤泥和Ⅴ1淤泥质粉质黏土夹粉土等弱土层,提供设计合理的物理力学参数。【表略】

  参考文献:

  [1] 洪雪晴。 太湖的形成和演变过程 [J]. 海洋地质与第四纪地质,1991,11 ( 4) : 87 -99.

  [2] 吴浩云。 近 40 年来太湖汛情的变化与防洪对策 [J]. 湖泊科学,1998,10 ( 1) : 37 -41.

  [3] 葛跃新,顾嗣亮。 浙北嘉湖全新世堆积平原地貌发育过程与土壤形成的关系 [J]. 杭州大学学报: 自然科学版,1994,21( 1) : 99 -105.