长江干流同马大堤巨网段渗流安全复核分析

石 城

(安徽省长江河道管理局，安徽 芜湖 241000)

1 概 述

渗流破坏是堤防工程常见的破坏形式，早期修建的堤防工程质量较差，在长期的使用过程中出现了较为严重的渗流风险，针对这一类型堤防工程进行渗流安全复核是十分必要的[1-4]。

同马大堤全长173.525 km，其中长江段堤长138 km，皖河段堤长35.525 km，为2级堤防。巨网段(桩号138+250～144+900)，全长6.65 km，属于同马大提的一部分，同马大堤保护两省范围内面积5 235 km2。

2 复核单元划分及防洪标准

根据现状安全调查分析报告，综合分析，分2个单元堤段进行巨网段堤防安全评价，选取11个断面进行安全复核，见表1。

表1 堤防安全评价单元划分

同马大堤为2级堤防，堤顶超高为1.5 m。当长江发生1954年长江洪水时，按湖口设计洪水位22.5 m，安庆设计洪水位19.34 m，并考虑皖河入江的影响，巨网段各断面沿程水位见表2。

表2 巨网段沿程设计水位表

3 渗流安全复核

3.1 堤基土质及渗透性

同马大堤巨网段堤基为皖河与长江交汇区域，堤基主要为冲积～湖积堆积、冲积堆积体，由于河流多次改道，时冲时淤，形成变化复杂的地质层次。根据静探试验结果，平台表面以下8～9 m与14～21 m土层较为软弱，Ps值均小于1 MPa；局部区域在深度5～8 m间Ps值介于0.4～0.7 MPa之间，存在淤泥质土层。根据历史勘探资料及本次钻探成果，堤基土可划分为：黏土与粉质黏土、轻壤土层(含淤泥质土)、壤土(局部夹粉砂层)、粉质黏土与粉质壤土、粉砂层。其中，轻壤土层(含淤泥质土)与粉质黏土与粉质壤土层较为软弱，含水率大，压缩性高；壤土(局部夹粉砂层)、粉砂层渗透性较强。综合钻孔及标准贯入、静力触探等判断，堤基土质较不均匀、夹层较多，两层软土层的区域和厚度分布不一。

3.2 堤身填筑质量

根据高密度电法探测和静探试验结果，本工程段堤身土体碾压较不均匀，局部土质结构较松散。结合历年勘探资料，堤身主要为素填土，土质主要以重粉质壤土、粉质壤土为主，部分为轻砂壤土、粉砂。

3.3 堤防渗透稳定性

3.3.1 断面选择

该段堤防多次出现滑坡、坍塌、裂缝等险情，鉴于工程实际情况，近几年均进行应急处理，但根本问题仍未解决，部分原滑坡、裂缝位置软弱面隐患仍未消除。

该段堤防历经多次除险加固工作，针对同马大堤巨网段不同堤段的堤身、堤基土体工程地质特性、出现的险情种类及特征，选取2个单元堤段进行11个断面的渗流安全评价，单元划分见表1。桩号138+550计算剖面示意图见图1。

图1 桩号138+550计算剖面示意图

3.3.2 计算参数

根据工程经验并参考历史资料、土工测试资料及主要深度范围内的土性，堤基土参数采用2000年以来土工测试参数平均值，堤身土以2019年补勘试验成果结合历史资料选取。选取计算参数进行渗流安全评价分析，见表3。

表3 渗流稳定分析计算参数表

3.3.3 计算工况

选取以下工况进行计算：

工况1：上游设计水位+下游相应水位：临水侧设计水位20.14 m与背水侧相应的水位(背水侧水位按平堤脚高程)。

工况2：上游洪水降落时对临水侧堤坡稳定的不利情况：临水侧水位由设计水位20.14 m骤降至坡脚高程。

针对上述工况，通过平面稳定渗流计算得到：①设计洪水持续时间内堤身中的浸润线分布，以及堤身堤基中的等水头线分布；②背水堤坡中的出逸位置和出逸比降等。

3.3.4 成果分析

依据上述计算参数、断面模型和计算工况，对选取的11个断面进行渗流安全评价。得到：①设计水位时各断面堤身的浸润线位置，以及堤身、堤基中的等水头线分布，背水侧堤坡的出逸位置、出逸比降等；②水位骤降时各断面堤身的浸润线位置，以及堤身、堤基中的等水头线分布，临水侧堤坡的出逸位置、出逸比降等。

各工况组合的计算成果见表4，计算的浸润线、等水头线见图2。桩号138+250～141+613背水侧堤身填土Cu=7.93，桩号141+613～144+903背水侧堤身填土Cu=2.36，均属于流土型渗透变形形式。桩号138+250～141+613背水侧堤身填土允许水力比降为0.25～0.35，桩号141+613～144+903背水侧堤身填土允许水力比降为0.50～0.80。

图2 138+550断面的浸润线、等水头线图

表4 各工况渗流计算成果表

根据渗流安全计算结果，各工况条件下，141+310、144+100断面出逸点位置位于堤脚高程以上8、30 cm，其余各断面出逸点位置位于堤脚高程以下，浸润线位于地表以下；11个断面的背水侧出逸比降介于0.034～0.098，小于背水侧土体的允许水力比降；2个评价单元的堤身渗透稳定性满足要求。

临水侧洪水降落时，临水侧堤身内的自由水位将介于降落前后的水位高度范围，其变化快慢受堤身土体的渗透系数、孔隙度、给水度及水位下降速度等参数影响。一般情况下，渗透系数越小，则堤身内的自由水位处于高水位的时间就越长，堤身土体也将长时间处于饱和状态，对堤身稳定不利。在汛期高水位时期，背水侧坡脚处浸润线距堤表面较近，若遇持续降雨条件，堤坡表层壤土易遇水软化，在薄弱处形成涌砂渗透点。

141+310断面背水侧下堤路侧堤身坡度较陡(1∶2.16)，144+100断面背水侧平台高程小于设计值，在河道高水位情况下出逸点位于坡脚以上，在河道持续高水位情况下，背水侧坡脚上一定范围可能会形成散浸窨潮现象。

4 结 论

1)巨网段堤防历年工程地质勘测及本次工程地质勘探结果表明，堤基土体多为上黏下砂二元结构或成互层状，变异性较大，堤基在上部土层未受破坏情况下抗渗性较好；堤身填筑土的渗透系数满足规范要求，但背水侧黏性覆盖层厚度不均，存在薄弱点，在汛期高水位时期，背水侧坡脚处浸润线距堤表面较近，若遇持续降雨条件，堤坡表层土易在薄弱处形成涌砂渗透点。

2)根据计算结果，141+310、144+100断面出逸点位置位于堤脚高程以上8、30 cm，其余各断面出逸点位置位于堤脚高程以下，浸润线位于地表以下；11个断面的背水侧出逸比降介于0.034～0.098，小于背水侧堤坡土体的允许水力比降，2个评价单元的堤身渗透稳定性满足要求。