浅析北江大堤石角7+330堤段“94.6”险情

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摘要：1994年6月，北江发生五十年一遇的大洪水，北江大堤7+330桩号距堤内坡脚100m的水塘内产生喷水现象，并带出大量砂粒，出现严重险情。针对险情，有的专家提出管涌是由于基岩红砂岩层中存在溶蚀通道，形成集中渗漏造成管涌险情。本文根据该堤段工程地质条件，浅析“94.6”洪水北江大堤7+330堤内产生严重渗透破坏的原因。

关 键 词：北江大堤 渗透破坏

中图分类号：TV122文献标识码：A 文章编号：

1 概述

广东省北江大堤位于广州市西北部北江下游左岸，北起清远市石角镇的骑背岭，南延至佛山市三水区大塘、芦苞、黄塘、西南等镇至南海市狮山止，堤长约61m，是全国7大重要堤防之一，堤防工程级别为1级。北江大堤保护着广州、佛山等大城市及珠江三角洲广大地区的安全。北江大堤是上世纪五十年代初，把13条分散的小堤围，经过统一培修加固，将其连接成完整的堤围。1954年和1970年分别进行了两次全线大规模培修。1983～1987年，北江大堤按当时的百年一遇洪水设计标准进行大规模的加高培厚。1991年～1994年，对石角堤段（桩号５＋830～10+900）强透水地基进行了高喷防渗墙防渗处理。

但是在1994年6月（简称“94.6”）五十年一遇大洪水中，石角堤段桩号7+330距堤内坡脚100m的水塘内,产生喷水现象，最终喷水口直径1.5m，涌水量约100 L/s，并带出大量砂粒，出现严重险情。

对于北江大堤出现的严重险情，有的专家根据河海大学1998～2000年初在石角6+500～8+000段同位素综合示踪测试成果等资料，提出石角堤段主要管涌是由于基岩红砂岩层中存在溶蚀通道，形成集中渗漏管道造成了管涌现象。

从上世纪五十年代至九十年代，广东省水利电力勘测设计研究院对北江大堤进行了大量的地质勘察工作。根据地质勘察资料，对于石角堤段“94.6”的渗透破坏，我们认为与该区内半封闭的水文地质环境、堤基强透水层、粘性土盖层的厚薄及延续性等直接相关。

2石角堤段地质及水文概况

北江大堤石角堤段（桩号5+776～11+316）处于北、东、南三面环山，西临北江的冲积阶地上，环山为红砂层残丘。堤段与河流走向一致，基本上呈南北向分布，大堤位于河流冲积阶地前缘。堤两端（5+776和11+316）分别与龟岗、蚬壳岗高程约20m～40m的泥盆系砂岩和第三系红层砂岩残丘相接。堤基大部分为20m～30m厚度的强透水砂层，向东部即冲积阶地边缘逐渐尖灭。大堤与残丘把堤内围成一个不到10km2相对半园形的盆地，形成半封闭型的水文地质结构环境。

堤基属北江冲积一级阶地，原地面高程5m～7m (经上世纪八十年代压渗加固后，靠大堤附近地面高程6m～10m)。堤基第四系冲积层厚25m～32m，冲积层上部为褐黄、灰黄色粘性土（Q44），厚度3m～6m，粘性土分布较完整，形成较好的相对不透水覆盖层。粘性土下面为强透水的砂层，砂层厚15m～25ｍ。冲积层下伏为下第三系（E）的含砾砂层、泥质粉砂岩等。堤基地层属于二元结构。

砂层广泛分布于堤基区，大堤内、外砂层连续性好，而且厚度变化不大，形成堤基地下水的良好通道。据抽水试验资料，各砂层的渗透系数见表1，砂层透水性属强～中等透水。砂层既是地下水的含水层，也是地下水的渗流通道。根据堤内砂层测压管的地下水位测量资料，地下水位与河水位有很好的对应关系，随河水位变化而升降。说明河水与堤内地下水的水力联系良好。堤基地下水类型一般表现为孔隙性承压水。下伏砂砾岩渗透系数为5.27×10-2cm/s。

表1 主要强透水砂层渗透试验成果

代号 岩 性 层 厚（m） 渗透系数 (cm/s)

Q42 细中砂 0.8~7.2 5.7×10-2

Q41 砾质中粗砂 6.0~15.3 5.8×10-1

Q32-1 卵砾石粗砂 3.5~10.1 1.3×10-1

石角堤段从90～94年对桩号5+830～10+900进行了高喷墙垂直防渗处理，墙底深入至基岩。高喷防渗墙建成后，进行了多期围井注水试验，试验结果注水量相差大，表明防渗墙质量存在差距。从测压管的长期观测资料也表明，防渗墙的防渗效果未达到设计预期。

3 7+330堤段险情分析

从上世纪五十至八十年代，北江大堤在强透水地基堤段安装了测压管。桩号7+330剖面测压管实测资料，河水位为14.04m时，各测压管内水位分别为13.34m、12.92m、12.56m、12.10m、11.80m，见7+330渗压线示意图。测压管测量资料表明，堤内地下水压力来自河水位，河水位越高，堤内地下水压力越大。

由于石角堤段堤基存在厚度较大的强透水砂层，且处于半封闭的地质环境之中，因此，地下水以近似静水压力传递，在渗透过程中水头损失较小。从上述资料可知，堤后约250m范围，水力降Ⅰ＝0.01～0.02，水头损失仅约百分之一。

根据极限平衡理论，对粘性土层（相对不透水层）底面某一点，当地下水向上水头压力与覆盖层粘性土的重量压力相等时，此点处于极限平衡状态，用公式表示为：

ρt -Р=0 ⑴

推导出：

t=（H-Z）/（ρ-1）⑵

式中：H表示某点测压管水位;

Z表示相应点的地面高程;

ρ表示土的天然密度;

t表示土层厚度。

1994年6月19日，北江石角段水位14.80m时,测得7+330断面B3测压管内水位13.00m,管涌点地面高程约6.0m。土的天然密度取1.89g/cm3，根据公式⑵式,计算得出土层厚度7.9m，因此，土层大于此厚度不会产生渗透破坏。当然，考虑到土的抗剪强度，土层还允许薄一些。

据探勘资料，产生管涌点附近的上覆粘性土厚度约3m，而实际产生管涌的地方在水塘中，粘性土更薄。由此可见，当北江水位达到50年一遇洪水的时候，该处粘性土层厚度远不足以抵抗地下水的水头压力，产生渗透破坏是必然的。同时要指出，地下承压水一经冲破覆盖顶层，由于地下水头压力较大，高速水流会把粗砂和细砂一齐带走，此时渗透破坏的类型属于流土型。

4 结语

通过上述分析，北江大堤7+330产生管涌的根本原因是：①堤基下面有厚层的强透水砂层及砂层上覆的粘性土层不够厚；②北江洪水位产生的承压力大于强透水盖层的压力。只有这两条条件同时存在，才会给北江大堤安全带来危害。

本世纪以来，政府花费巨资对北江大堤按一级堤防防标准进行加固，主要措施有堤防加高培厚、堤后填砂压渗、设置减压井及防渗墙等，大堤防洪能力达到百年一遇标准。

参考文献

⑴ 广东省水利水电勘测设计研究院《广东省北江大堤强透水地基砼防渗墙工程（试验段）初步设计报告》。

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