从刘庄异常地质的成因看放淤固堤工程中的隐患

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【摘 要】 本文从刘庄临河高滩异常地质的成因，分析放淤固堤工程中类似刘庄高滩的隐患，找出解决的办法。

【关键词】 异常地质成因 放淤固堤工程 隐患

1991年4月20日，在开封黄河大堤相应桩号94+100临河堤脚外20米打井时，发现水冲式打井机循环水只进不出，循环水流量为120m3/h，总耗水量45m3。停机观察后发现，在距地面2.5m左右的井壁上有三个洞，洞口直径均约为20cm，一个洞沿大堤方向延伸，另外两个洞平行于黄河大堤。组织人员开挖，开挖发现的情况是：向西一个洞挖80cm后叉分成两个洞，一个向西南方向70cm后中断，另一个向西北方向1m后叉分成两个洞，洞径约18cm，并有向上发展的趋势；其他两个洞挖长50cm后，一个中断，另一个停挖。该处的土质情况：从地面以下1.1m以下为沙土，1.1～1.5m为淤土，1.5～2.5m为沙土，2.5m以下为淤土，厚1m。洞口在深2.5m处的淤土内，对洞开挖护砌后进行注水实验，共注水72.1m3，注水时三个洞口直径分别为5cm、8cm、8cm，注水时没有发现大堤背河出水。注水实验分析可知：洞身直线段短，叉道多比较紊乱，绝大部分洞是在牛头淤层内，洞径形状多变，该处洞可能是淤土固结收缩形成裂缝，但又因叉道形状和裂缝形状不同，也有可能为动物洞穴。对刘庄群众进行访问，当地群众指出在大堤桩号94+500处，距临河堤脚100m浇地时发现地漏，注水约90m3而仍未没灌满；在大约距堤脚100m处还有两处地漏；另外在距大堤300～500m的果园内，浇树时也常发生地漏现象。

综合分析开挖实验和访问群众的情况，打井时出现的漏洞，以及果园内发生的地漏，其成因都是地表取水后发生的。距大堤100m处是筑堤取土区，果园内的漏洞发生在植树坑内，临河高滩土质是层沙层淤，大面积地漏现象其成因是地下淤土裂缝形成的可能性大。

1997年笔者参加温孟滩开化“05”标段淤改施工，其施工方法是抽取黄河水自然淤积，沉淀在改土区内，施工结束后，对放淤固结后淤土形成的裂缝进行实验，实验结果如表1：

裂缝的形成与土壤中细颗粒含量以及底部土壤有关，底部为粗砂时，形成的裂缝较宽；体积比较大，形成的淤层也较厚。裂缝较宽，裂缝形成后，容易形成地下空洞。

从历史角度看，刘庄这一带为通往陈桥的驿站，称时和驿，这里是黄河险工，称时和驿埽工，这段堤防有史可考的决口四次，现在的黄河大堤是嘉庆二十四年（公元1819年）决口后修筑的第四道堤，上至大马圈，下至冯寨路口西，大堤相应桩号为92+200—96+060，这段大堤修成后至咸丰五年（1855年）铜瓦厢决口改道时，顺大堤修建了六道砖砌坝（解放后群众犁地时，犁出过河工砖，砌砖深1.5m，厚0.5m）。坝顶宽约10m，长500—1000m。砖砌坝起源于道光16年（1836年），所以该工程砖砌护坡是1836年至1855年间修建的。根据砌砖坝深度计算，砌砖坝基础和发现洞口基本在一个平面上，可以推测这层淤层（洞口形成）于1819～1836年。从现在的滩面分析，当时主河道距洞口处大堤1000m左右。黄河一般规律为滩沿高堤根洼，涨水时堤根便于落淤。此处洞口所处淤层较厚，就有可能产生较大的裂缝，裂缝形成后再次上水起到对裂缝灌浆的作用，裂缝中的泥浆固结收缩，又在原裂缝中形成空隙（前面所描述牛头淤中夹有少量粉沙现象，就可能是这个原因形成的）。裂缝中的空隙由于上部淤层的保护，一百多年来才没有被洪水和雨水冲刷填实，当表层土去掉后，空隙失去保护层，与水接触后就发生渗漏，渗漏水的冲刷和裂缝形成后的冻结粉化，使裂缝形成多变。

结论：刘庄异常地质是淤泥固结裂缝造成的，其主要成因是由于淤泥土沉积厚，形成较宽裂缝。

由于放淤固堤工程施工后，抽取含淤量较大的土质时，在淤区内也有可能形成裂缝。船淤施工是第一期工程围堤打成后，一般淤深3m，挖取含淤量较大的土质时，经淤区的沉淀分选，在退水口处形成纯度较高的淤土泥浆，泥浆通过沉淀固结，表面收缩开裂，下部变为粘泥，能取土打围堤时再进行第二期围堤的施工。有时施工进度要求紧，没等泥浆固结到能够取土打围堤时，就采取远调土进行第二期围堤施工，此时淤区就有条件形成类似刘庄处的孔洞。放淤固堤工程中内部的稀泥（各淤区都有稀泥形成条件）的固结收缩，初始是引起淤面下降，当稀泥表层固结到一定程度时，淤面不再沉降，因淤区含淤量较高，淤土中的水分继续走失，这时淤区内部就极有可能形成裂缝。根据温孟滩淤改工程放淤后观察，地基不平处形成的裂缝较长、较宽，淤区内部基础上不一致（打围堤时一般用推土机施工，淤区底部一般不经平整形成高低不平），固结收缩也不一致，有可能产生较大裂缝。

放淤固堤工程本身就是为了培厚大堤断面，延长渗径长度，增强大堤的抗洪能力，其内部可能存在或可能将要发生的大面积裂缝隐患，应引起足够的重视，施工中应对所用含淤土量较高和排水口附近的淤区加强观测和研究。为避免放淤固堤工程其内部产生裂缝，在施工中应注意以下几个方面：

（1）尽量减少抽淤土中的粘粒含量。

（2）淤区底部尽量平整，减少不均匀固结产生的裂缝。

（3）放淤过程尽量不使淤土集中，采取改变出泥口和排水口位置的办法，使淤区内土质尽量均匀。

（4）加强对已完成淤区的观测，消除淤区内部的隐患。