我国水利堤防工程中地质勘察存在的问题及对策

赵胜 文祥

（楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司，云南 楚雄 675000）

前言

我国现有许多中小型堤防存在标准低且地质条件不清楚问题。在对这些堤防按当前经济发展的要求进行加固时，由于它属地方工程，投入资金较缺，为节省费用常把堤防的地质勘察任务交给单价较低、对其业务素质了解不多、非水利行业的专业勘察单位来承担；还有一些地方水利部门可能缺失有关堤防工程地质勘察规程(SL188-2005)和其他相应的勘察规程，未掌握堤防勘察的要求，以致在堤防勘察中常出现以下的问题。

1 勘探布置问题

现场开展地质勘察工作前，很少事先进行必要的调查、收集和整理堤区的区域地质资料，也很少分析堤基可能存在的工程地质问题。进行勘察时多未对堤区进行工程地质测绘，也不分阶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质条件。勘察手段主要是钻探和取样、试验(包括现场试验)工作。因此，勘探布置是勘察工作中的重点，也是勘察经费中的最大开支；它要求沿堤线每间隔200～500m布1钻孔，建筑物布置1条勘探剖面，并尽可能对重要堤段或存在险段布孔。

省内在建或报建的中小型堤防勘察工作中，钻孔布置基本上由市、县水利局设计人员在地形图上的布孔，他们往往在没有事先对勘察区进行有关堤区的地形地貌、地层岩性、水文地质等基本地质资料和老堤围历史险情及其位置进行全面了解和分析的基础上进行布孔。堤防工程地质勘察规程的要求：勘探布置前需进行堤区的工程地质测绘或现场踏勘，以了解堤防区所处地貌单元(阶地、残丘、古河床、漫滩、深潭、外滩宽度、岸坡形态等)了解堤防区的地层岩性、相对含水层和隔水层的分布、特征、埋藏条件、厚度、性状；了解已有堤防的堤身、堤基、穿堤建筑物的状况和堤岸险情的位置、规模、类型、处理措施和效果。此外还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况后进行勘探布置才能做到合理。但现实情况是较多堤防勘探布置未事先了解和掌握基本情况，便进行了勘探布置而出现了一些偏差。例如：某堤防可行性勘探由市水利局设计人员直接在图上布孔，结果左、右岸堤防的钻孔布置以错开方式统一布孔 (即一个左岸孔又一个右岸孔顺延排列)，成果是跨河流两岸连成1条勘探剖面，代表左、右岸的地质剖面。由于剖面未按地貌单元(漫滩、阶地、山间洼地、残丘)来划分界线，而是以钻孔柱状图分层来连线，致使地层剖面的分层混乱，把同岩性但不同沉积期的松散层(软土、砂或粘性上等)连成同一层，试验成果也同层一起统计，使成果的可靠性大大降低。

2 勘探深度问题

参照堤防工程地质勘察规程，如堤基无深厚的强透水层，钻孔深度宜为堤身高度的1.5～2.0 倍(不包括已建堤防的堤高)，当相对透水层或软土层较厚时，孔深应适当增加并能满足渗流与稳定分析的要求；涵闸建筑物的孔深应进入闸底板以下深度宜为闸室底板宽度的 1.0～1.5 倍；堤岸钻孔宜进入河床深泓以下5～10m；在不同地貌单元布置的控制孔宜进入强风化岩顶面。考虑到很多中、小型堤防多处于丘陵或残丘区，堤高较低，堤基透水层较浅，且汛期洪水多大涨大落，洪水持续时间较短，出现溃堤事故多因洪水漫顶所致，因堤基问题引起的溃堤事故较少，故对这类中、小型堤防的勘探深度，只要按规范要求操作可一次性勘探而达到要求。在报建或在建的中、小型堤防勘探中，不少堤防的勘探深度偏深，例如：某县城一地方长4.6km的堤防勘探，由市水利局设计院共布置了9个钻孔，总进尺为442m，钻孔最大深度为45.6m，平均23m，共取土样21个(全部在残积层或花岗岩全风化土中提取)，标贯共打85次(其中82次在残积土或花岗岩风化土中进行)。但根据县城跨河的桥梁勘探成果，它除表层的耕作土或人工细土外，其下是厚 0.6～4.6m 的砂砾卵石层，再下即为花岗岩残积层或风化土。对该县城高3-5m的地质条件简单的堤防来说，显然钻孔深度是偏深了，它除个别孔(作为控制孔)打到强风化岩面外，其余只需进入残积层或风化土5m便可满足要求。这个工程的地勘工作因大致多钻进150m。还多取了土样和试验、多打了标贯；另一方面对老堤防堤身的勘察工作却忽略了必要的取样试验和原位测试，而使勘察成果不完善。此外西江支流上某堤也有类似钻孔偏深现象，该堤长约30km，钻孔28个，总进尺884m，最大孔深54.7m，平均孔深 31.6m，而堤高仅 6-7m，覆盖层厚一般12m(粉质粘土和粉细砂)，其实只需打穿第四系覆盖层到风化土或岩层 (控制孔)便可满足要求。

3 取样与试验问题

在堤防勘探中，由于钻孔孔距较大，钻孔较少，因此大部分钻孔都需采取原状土样和扰动砂(砾)料送土试验室试验。在采取原状土样时要求用快速连续压人法或重锤少击法取样，取样前应认真清除孔底受扰动过的残留浮土(厚度小于 10cm)，扰动砂(砾)样则需对该层取土的全料拌匀后作四分法或八分法取样。取出的原状土样应及时封腊包装，并及时送试验室进行试验。在送试验室时的运输土样应竖放装箱并有较好的防震保护措施。取样数量要求每一工程地质层累计有效组数不少于10组。目前现有的中小型堤防勘探中，由于勘察单位常转包给无资质的个人承包队伍来承担，其钻机的设备和操作员的技术素质都不高，常出现片面追求进尺而忽视质量和地质勘察的要求，因而取样时常未清除浮土或未清干净；有的为保证取得土样，在取土器已充满后仍继续往下打，结果取上的土样常是浮土占多而原状土样占少(试样不够)，或是取到的土样是人为压密的不能反映原状特性的土样；有些机组为追求进尺，取样后不是马上封存，而是暂时搁置，直到有空闲人手或下班时再封腊包装。送土样到试验室过程中，多未采取有效的防震保护措施，有时因其他原因，土样常停放很久等等，这一系列不规范的行为，常使土样会有一定程度的、甚至是严重的失真。

试验工作有室内土工试验和现场原位测试(标准贯人试验、动力触探试验、静力触探试验、十字板剪切试验、钻孔位大试验等)，室内试验对粘性土主要是颗粒分析、比重、密度、含水量、流塑限、渗透、抗剪、压缩等项目，对砂性土主要是颗粒分析、比重、含水量、相对密度、透、水上和水下休止角等。目前中、小型堤防勘察中的现场试验做得最多的是标准贯人试验，在打标贯时亦常出现不规范行为，如试验前采用水钻而不是干钻，标贯前未清除干钻留下的浮土(结果使标贯Ⅳ值偏小)、试验时将带贯人器的钻杆直接落人孔内，使贯人器因势能过大而已先行贯人太多土，再按标贯要求打击时，实际贯入的内土已受到压缩致使结果Ⅳ值偏大。此外在砂层中进行标贯时，由于多采用抽砂钻进，造成孔内水位低于孔外水位和抽砂时产生的真空，使砂性土涌砂或塌孔，这时进行的标准贯人击数Ⅳ显然不能代表砂层在天然状态下的试验值 (结果偏小)，砂(砾)层中标贯必须在套管内不断加水，使孔内水位高于孔外水位，这样才不会出现涌砂或塌孔，标贯Ⅳ值才具有价值。此外标贯在含卵石或砾石较多的砂砾卵石层中也不适合，它常使Ⅳ值偏高。重型动力触探虽然适应在砂层、砂砾卵石层中进行，并能获得较满意的结果，但个人承包的机组则多缺设备和技术素质，无法规范地进行这项试验。同样适用于粘性土和砂层中的静力触探试验和适合软土中进行的十字板剪切试验以及按操作规范进行的钻孔注水试验等，个人承包的队伍都基本缺乏设备和操作人员而无法进行现场试验。因此，很多中小型堤防勘察工作出现钻孔多、钻进深，而准确有用的数据不足，花了大量前期勘察费用而达不到完整了解工程地质条件的目的。

另外钻孔中抽取地下水水样也比较马虎，多直接用抽砂简(或抽水筒)从孔内取水，而事前没有将终孔后的孔内地下水，先抽排出3倍以上井内水体 (即需抽干3次孔内地下水)，最后才抽取地下水水样，因此抽到的水样实质是钻探时的冲洗液或受(油)污染的水样。

4 成果整理、分析问题勘察成果应包括文字报告、附图、附表和附件等。

4.1 文字报告

中、小型堤防工程地质勘察报告应包含：前言；堤区地质概况，主要内容是介绍堤区地形地貌、地层岩性、地质构造和地震、水文地质和物理地质现象等；堤身状况(已有老堤情况下)，主要内容为堤身结构、填土成分、堤身现状和特征、险情和隐患的具体位置以及隐性处理情况和效果、堤身土体物理力学性质和渗透性等；堤基工程地质特征，包括堤基地质结构 (分为单一结构、双层结构和多层结构)、地基各工程地质层的物理力学性质及渗透性等；堤基(包括建筑物地基)的主要工程地质问题，包括渗漏和渗漏稳定、基础和岸坡的稳定及沉降问题等；堤防工程地质条件及评价，包括堤防工程地质分段(分为工程地质条件好、较好、较差、差4类)，各段的堤基隐患和加固措施的建议；堤岸工程地质条件及评价，包括岸坡地质结构与各工程地质层指标、岸坡工程地质分段(分为稳定、基本稳定、稳定性较差和差4类)，并提出加同措施的建议；穿堤建筑物的工程地质条件及评价、建议；天然建筑物材料(土料、砂料、石料)的分布、储量和质量评价，开采条件、运距等；结论。

4.2 附图

包含综合地质图、沿堤线地质纵剖面图、穿堤建筑物和险段的地质横剖面图、天然建筑材料综合图表、钻孔柱状网等。其中综合地质图应有堤线位置、用里程桩号标示的穿堤建筑物位置、钻孔位置、微地形地貌单元分界线、古河道、堤线前后的池矿、老堤决口口门、决口深冲刷坑、阶地、残丘、河流塌岸、滑坡、老堤线渗水、管涌等历史阶段和沿线地层界线、构造线、沿堤线的地质纵剖面线和横剖面线位置等。沿堤线地质纵剖面图应有地层岩性分界线、由新到老的工程地质层的层序号以及各层底高程、钻孔取样位置、现场测试成果(包括水文地质测试成果)、地下水位等，此外还应有工程地质分段及简要说明。穿堤建筑物及险段的工程地质横剖面图应标明设计水位、建筑物底板高程和险情位置及出险时的渗流量、管涌点流量、决堤造成的深圹，以及剖面上工程地质分段更是明确堤防中的薄弱位置和加固重点。但在建或报建的中小型堤防勘察报告中，则常缺乏肯定的结论或不合理的参数建议值以及其他问题。勘察报告中需补充和改进的问题有：对堤区地质概况较少结合实际，而只是从区域地质资料中搜集到一些地层岩性和区域地质构造的资料，对堤区的微地貌、河岸、堤岸的稳定状况、老堤的险情、隐患、险段的资料较少，对原有老堤堤身资料内容较缺。其实很多中小型堤防多为年代久远，堤身填土复杂，既有粘性土，也有砂土、杂填土及建筑垃圾等，而且分布无规律，也多有决堤事故发生，因此堤身的历史资料是非常重要且必须引起重视的；对堤身、堤基的室内外试验组数多未能满足规范要求，且室内和现场成果有较大差异，从而使提供没计使用的地质参数的合理性与可靠性受到一定程度的损害；在对堤基工程地质评价时，多未对堤基地质结构进行分类，未对堤基进行工程地质分段；对天然建筑材料调查T作深度不足，因而内容也很单薄。

[1]卢劲雄.水利堤防工程的结构风险分析[J].经营管理者，2009-07-05.