曹應華
(安徽省皖河長江河道管理局,安徽安慶 246009)
同馬大堤位于長江中下游左岸,上起湖北省黃廣大堤末端段窯,下抵懷寧縣官壩頭,全長173.525km,均在安徽省安慶市境內,其中長江段堤長138.000km,皖河段堤長35.525km,為2級堤防。同馬大堤與湖北省的黃廣大堤聯成一線,關系到湖北的廣濟、黃梅及安徽的宿松、望江、懷寧、太湖等6個縣,以及湖北的龍感湖農場,安徽的華陽河農場、九成畈農場、皖河農場的防洪安全。同馬大堤保護兩省范圍內面積5235km2,農田近20.000萬hm2和200萬人民的生命財產,保護安徽省農田9.492萬hm2,人口124萬人。
同馬大堤巨網段(樁號138+250~144+900)全長6.650km,位于皖河與長江匯流處的大圩拐沿皖河至皖河閘,工程等別為Ⅱ等。堤基系河湖沉積~沖擊而成,自地面以下有約14.0m厚的軟弱土層。該段堤防工程系1957,1958年穿湖而筑,堤防在筑堤過程中,主要是沿堤線附近取土,并經多次加高培厚而成,堤身填土成份較為單一,土體碾壓不均勻,局部土質結構較松散,在不同部位和高程填筑質量均不同,筑堤質量較差。自1983年同馬大堤列入國家基建項目以后,逐年進行加固,至2002年達到防御長江1954年型洪水標準。目前該段堤防現狀為堤頂寬8.0m、高程22.0m,堤防內、外坡在高程15.5m處設20.0~30.0m平臺,平臺以上坡比1∶3,平臺以下坡比1∶5。
堤防形成后,先后于1959,1960,1968,1973,1983,1996,2010,2011,2015,2016,2019年發(fā)生滑坡、沉陷及開裂等重大險情,分別于1964,1968,1995—1996年,2001,2011,2015,2016,2020年進行了多次不同部位應急除險工作。
巨網段堤防處于亞熱帶濕潤性季風氣候區(qū),季節(jié)分明。夏季易受太平洋的副熱帶高壓影響,氣候炎熱多雨。多年平均降雨量為1389.0mm,多年平均蒸發(fā)量為1161.0mm。年內降雨量分配不均,主要集中在3—8月份,約占全年降雨量的75%,5—7月份降雨量占全年降雨量的46%,期間最大連續(xù)降雨天數為17d,一般每月降雨天數超過10d。降雨量年際變化較大,最大年降雨量達2294.2mm(1954年),最小年降雨量僅758.5mm(1978年),極值比為3.0。最大日降雨量為262.3 mm(安慶,1954年6月24日),多年平均氣溫16.5℃,極端最高溫度40.2℃,極端最低溫度-12.5℃,多年平均最高氣溫37.6℃,多年平均最低氣溫-6.9℃,年無霜期248d。
此段堤線位于皖河與長江匯流交錯的河漫灘地上,由南向北傾斜,地勢較為平坦,地面高程在10.5~12.0m。由于河水流向幾次變遷改道,忽淤忽沖,構成了現今變化復雜的地層。內外平臺高程一般為15.5~16.0m,寬約30.0m,河床高程為10.4~10.7m。堤防堤基地面高程為8.6~9.6m,地質層次變化復雜,自地面以下有約14.0m厚的土層較為軟弱,含水率大,壓縮性高,且變化復雜。堤身以下和堤腳、平臺以外的堤基軟弱層壓縮性存在差異性。堤基土體多為上粘下砂二元結構或成互層狀,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。
堤身主要為素填土,土質主要以重粉質壤土、粉質壤土為主,部分為輕砂壤土、粉砂,一般灰黃色、黃色,局部為灰色,按照其土性成分、填筑狀況,將堤身填土分為以下幾層:
1)碎石土:雜色、中密,厚0.3~0.5m,碎石大小不均一。上部為柏油路面,該工程區(qū)內路面破壞較嚴重,兩側路肩為重粉質壤土鋪蓋。
2)O1層:(Q4ml)貼坡土以重質壤土為主,黃色、灰黃色、灰色,軟可~軟塑,濕~很濕,局部為淤泥質土堆填,夾粉砂和破碎的編織袋,含較多植物根系,成份復雜,表層重粉質壤士強度較高。主要分布于大堤臨水面表層,厚度不均。該層部分土體具有弱膨脹性,土質結構松,含水率及粘粒含量均較高,壓實度低,大部分不滿足填筑標準,填筑質量差。
3)O2層:(Q4ml)人工機械填土(138+250~141+613堤段)或沖填土(141+613~144+900堤段)以壤土、輕砂壤土、細砂為主,黃、灰色,稍密為主,局部夾薄層中壤土(軟塑),濕~飽和,表層有0.2~0.3 m的重粉質壤土覆蓋層。主要分布在背水坡上,該層在高水位和集中降雨時,粉質砂層含水率較大,通過透水土層,在粘土與砂層結合面高程處滲出,或者在薄弱處形成管涌,進而發(fā)生滑塌。
4)O3層:(Q4ml)堤身填土以重粉質壤土、粉質壤土為主,黃色、灰黃色,軟可塑,濕,偶夾貝殼屑。此層主要分布在原來的老堤上,經過多年沉降固結,堤身填土的強度有一定的提高,密實度也較高。經過試驗分析,此層土體部分具有膨脹性,土質結構較緊密,粘粒含量部分較高,壓實度尚可,少部分不滿足填筑標準,填筑質量尚可。
同時根據歷次勘察資料,該工程段堤身土體碾壓較不均勻,局部土質結構較松散,在不同部位和高程其填筑質量均不同:臨水面至壩頂附近的貼坡土(O1層)成份復雜,部分土體還具有弱膨脹性,該土體填筑質量較差;背水面表層為重粉質壤土覆蓋層,在高水位和集中降雨時易發(fā)生滑塌、沖溝等破壞;堤身填土(O3層),主要分布在老堤上,經過多年沉降固結,土質結構較緊密,粘粒含量部分較高,壓實度尚可,少部分不滿足填筑標準,填筑質量尚可。
1)1957年,堤頂寬5.0m,設計堤頂高程19.9m,內外邊坡1∶3~1∶4。
2)1963—1966年,堤頂寬5.0m,堤頂高程20.0m,在堤內外坡14.6m高程處設平臺,平臺寬20.0m的堤段為142+150~141+400,平臺寬8.0m的堤段為143+200~142+250和141+400~141+000,平臺以上邊坡1∶3,以下1∶5。
3)1977年,在堤防內外高程15.5m處設15.0~30.0m寬的平臺,堤頂高程20.3m。
4)1977—1985年,堤后進行了吹填,堤后30.0m范圍內溝塘全部填平。
5)1994—1998年,加固工程設計標準斷面堤頂寬8.0m,堤頂高程21.5~22.0m,內外邊坡1∶3,內側于15.5m高程處設寬30.0m的平臺,平臺以下邊坡1∶5,外側于15.5m處設寬度不小于20.0m的平臺。并在141+613~144+900堤段內堤坡主要采取泥漿泵沖填方式加培,底部幫寬10.0~20.0m,頂寬2.0m,堤頂加高0.8~1.5m。
經過這些加固后,大堤形成了“金包銀”的斷面形式,見圖1。
圖1 “金包銀”的斷面示意圖
1)堤身填土土質差、含水率高,堤身土體強度弱。據歷年勘察成果,均揭示了迎水側表層貼坡土土質結構松散,含水率高,壓實度低,筑填質量差,大部分不滿足筑填標準,且部分土體具有膨脹性。另據現場調查、室內試驗和以往資料分析,堤身內土體含水率高,接近飽和狀態(tài),這主要是由于堤防填土土質差,加培方式不利于及時排出堤身含水,無排水措施而造成的。堤身土體長期受堤內積水浸泡,使其物理力學特性發(fā)生復雜變化,進而引起土體軟化,逐漸降低了堤身土體強度,減弱了其抵抗破壞能力,從而使堤坡不滿足穩(wěn)定性要求。
2)堤身填土有涌砂現象。同馬大堤樁號142+800~144+400共計1600.0m范圍內存在涌砂險情,該段大堤采用的是吹填砂培土加固,砂土表面以粘性土作為覆蓋隔水層,施工時是以粘性土作為擋墻以形成砂土吹填區(qū),經分層培高施工,屬于典型的“金包銀”斷面。這種斷面布置形式容易造成堤身填土厚度不均,在高水位和集中降雨時,滲透壓力增強,吹填砂土上覆粘性土層厚度不夠,粉細砂在滲透水壓力作用下,突破較薄處粘性土覆蓋層的約束,形成涌砂滲透點,后經發(fā)展形成大面積涌砂。
該段堤防部分堤身采用的是吹填砂培土加固,砂土表面以粘性土作為覆蓋隔水層,屬于典型的“金包銀”斷面,這種斷面布置形式容易造成散浸、涌砂,涌砂后的堤身密實度不均勻,強度小,易發(fā)生滑塌、沖溝等破壞。建議采取護坡、置換、反濾等處理,降低滲透壓力,防止土體繼續(xù)流失,避免涌砂進一步擴展。
因堤身表層貼坡土土質結構松散,含水率高,壓實度低,筑填質量差,大部分不滿足筑填標準。這主要是由于堤防填土土質差,加培方式不利于及時排出堤身含水,無排水措施而造成的。采取對堤身填土進行換填并采取必要的排水措施,以滿足堤坡穩(wěn)定性要求。
因堤身填土料源復雜,具有弱、中等膨脹性。采取對具有膨脹性填土堤身進行換填、加固處理。堤身換填土采用粘性土,壓實度不小于93%,為增強堤防邊坡穩(wěn)定性,減小堤身高度,在迎水坡堤腳設置戧臺。
1)堤身加培:采用迎水側堤坡整修加培,堤頂寬8.0m,迎水側和背水側堤坡均采用1∶3,加培的土料應采用粘性土,壓實度不小于93%。為了增強堤防邊坡穩(wěn)定性、減小堤身高度,在迎水坡堤腳設置戧臺,戧臺頂寬3.0m,頂面中心高程15.61m,臺頂橫向排水坡1%,平臺外坡1∶4,平臺一般自然壓實。平臺外用拆除塊石防護。
2)護坡:整修坡面恢復護坡型式采用混凝土護坡型式,迎水側堤坡高程18.63~15.61m之間坡面采用自鎖式混凝土預制塊護坡,混凝土護坡以上采用草皮護坡至堤項;背水坡導滲體表面采用草皮防護。
3)導滲排水溝:在堤后背水坡高程16.00m及坡腳處設置導滲縱溝,兩道縱溝之間每隔15.0m設置一道連通導滲橫溝,沿堤內側平臺間距50.0m設橫向溝一道,與堤腳處縱溝道連通。
同馬大堤巨網段是典型的軟基段,建設初期就因堤基軟弱而發(fā)生多次嚴重滑坡、塌方險情,后經幾次較大的加高培厚和應急除險加固,險情仍然未能徹底清除。該段堤防除堤基軟弱外,還存在堤身填土質量差、強度低及含水率高等問題,造成堤坡穩(wěn)定性不足、堤內坡滲漏、堤頂道路沉陷等險情,因此,對于未加固堤段堤身,提出合理、有效、經濟的加固處理方案,消除堤身潛在隱患,確保大堤安全運行。