江西省某市赛湖大堤地震灾后应急工程地质勘察报告

一、概述由某市肇陈发育的乌石河流经花园、洪下，与由横港发育的横港河流经范镇、洪岭，汇合于桂林桥，沿长岭山脚蜿蜒注入赛湖，再由阎家渡排入长江。从桂林桥至阎家渡修筑有连接的防洪堤坝，自下游向上为赛城湖堤、棉科所堤、五一堤、赛湖大堤、长河堤，组成赛城湖（集雨面积991km2）总长30.7Km的湖堤，保护某市城区、湖堤以北与长江大堤以南之间的13.1万亩耕地、11.8万人口，以及九江至武汉铁路、九江至某、武汉公路等重要基础设施。赛湖大堤50年代始修筑，当时清基困难，未作基础处理，堤基存在渗漏、承载力低、易产生渗透变形和失稳等问题，运行过程中曾在55年、62年、83年和98年多次发生决口溃堤。2002年某市为城市防洪，从赛湖农场与赛湖大堤的螺丝港搭接向上游至桂林桥修筑城防堤，螺丝港至邹家嘴水闸下游100m与五一堤搭接仍有7500m长。2005年11月26日，江西省北部的某市与九江县交界处发生了全省历史上罕见的5.7级地震，震中及周边地区人民生命财产遭受严重损失，这一地区的部分水利设施也遭到地震损坏，其中位于震中的某市赛湖大堤震害昀为严重。地震发生后当地政府及有关部门对赛湖大堤进行了多次震害实地检查，沿堤发现多处险情，主要破坏现象有堤身塌陷、裂缝、塌洞、滑坡等，并且随余震的发生而不断发展，至今仍未稳定。目前已发现的5处重大险情有：1（1）乌鱼爪段堤身沉陷及裂缝乌鱼爪段位于赛湖大堤桩号1+900～2+800，全长850m，为赛湖大堤历年防汛的重点险段，曾于1962年及1983年两次溃堤，本次地震后，2+171内堤脚产生圆形塌洞，洞径约5m，陷深约0.5m，裂缝宽0.5m；2+390为83年溃口口门，该段堤曾进行拉直，2+540至2+595段坝体断裂，沉陷1m，横向裂缝5条，宽10～20cm，纵向裂缝3条，宽3～4cm，内外坡弧开裂缝4条，长30m，宽5～10cm；2+713为62年溃口口门。（2）大桥段堤身开裂，堤内旱地塌陷位于桩号5+705～6+105，有横向裂缝3条，缝宽2～3cm；桩号6+010～6+050，横向裂缝两条，缝宽2～3cm。距离堤内脚40m旱地内产生塌陷，圆形，直径约8m，陷深0.7m，裂缝宽3～5cm。（3）十三连堤段内大面积地陷位于桩号9+150～9+450，距堤内脚80m处产生大面积地震塌陷，目前已发现的明显地陷有7处，昀大陷直径达52m，深10m，喷砂点8处，总面积约7000m2。（4）新一排站大堤外坡脚沉陷位于桩号10+550，距坝脚50m处发生塌井，直径8m。另在桩号11+100堤内脚50m发生塌洞，直径2m，深1.0m。（5）王家埒段内外堤脚塌陷位于桩号12+151内堤脚出现塌陷，洞径3m；桩号12+270，内堤脚塌陷距堤脚仅5m，直径15-18m，深3m，另下游侧水塘内塌洞2处，2空地上塌洞1处，距外堤脚20m滩地上塌陷，直径10m。12月11日发现水塘内再次出现塌洞，塘水干枯。为了及时修复加固地震给赛湖大堤造成的灾害，我院地勘公司积极派技术人员到现场查勘，采用5台油压百米钻机和1台轻便式静力触探和十字板剪切仪，于12月4号进入险情堤段进行勘察工作。目前外业工作仍在进行，由于时间紧迫，工作面广，外业钻探及室内土工试验按流程操作，部分险情堤段的地层结构和工程地质参数参考静力触探、十字板剪切试验和原有地质资料，有待今后完善。勘察工作中遵循下列规程规范：《堤防工程地质勘察规程》（SL188-2005）《水利水电工程地质测绘规程》（SL299-2004）《水利水电工程钻探规程》（SL291-2003）《土的分类标准》（GBJ145-90）《土工试验规程》（SL237-1999）本次测量数据由院测量队提供，北京坐标系，吴淞高程。二、工程区地质概况2.1地形地貌工程区位于北东东走向的幕布山脉之青山东麓与大岷山山脉东端延续的长岭山之间，低山河流至湖泊地貌。地势平坦，向东缓倾，地面高程19～15m，西高东低。2.2地层岩性区内地层基底为泥盆系上统五通群与石炭系上统黄龙组并层3（D3+C21）灰白色含燧石沥青质灰岩，其上沉积河流冲洪积和湖积层，具明显的二元结构，下部为砂砾石、粗砂、粉细砂，上部为粉质壤土、淤泥质粘土及粉质粘土。2.3地质构造工程区地质构造单元位于扬子准地台、下杨子~钱塘台坳、九江台陷、九江~某凹褶断束。区内褶皱比较强烈，背斜与向斜交替出现，延伸较大，部分呈梳状褶皱，甚至局部倒转。据《中国地震动参数区划图》（GB18306～2001）之界定，工程区地震动峰加速度值为0.05g，相应地震烈度为Ⅵ度，可不考虑地震设防。该次地震已经超出规定，地震动峰加速度值该改为0.10g，相应地震烈度为Ⅶ度，需进行抗震校核。2.4水文地质区内地势低洼，地下水位埋深浅，粘性土为相对不透水层，偶夹有透镜体砂层，为上层滞水，水量不丰，水力联系差；粗颗粒的砂砾层为孔隙潜水，渗透性较强，水量丰厚，在汛期往往具承压性质，水力联系密切；基底的灰岩，岩溶发育，钻探揭露洞内淤积浮泥，洞内水量丰富。三、各险情堤段工程地质特征3.1乌鱼爪堤段地层岩性：自上而下表述揭露地层岩性。①堤身填土（rQ）：褐黄色、灰色粉质粘土、粉质壤土，局部夹砂壤4土，含水量中~高，较密实，局部夹少量细砾及螺壳；钻探揭露昀大填土厚7.80m。②细砂土（al+lQ/4）：灰色，含水量高，较松散，夹含少量腐植质，局部夹粉质粘土薄层。在2+830断面层厚4.4m，向下游变薄，至2+564断面层厚0.70m，往2+390断面逐渐尖灭。层面高程15.03～17.41m，层底高程12.13～16.46m。③粉质壤土、粉质粘土（al+lQ/4）：灰色、黄褐色，可塑－软塑状，含水量高，切面光滑，粘性较强，上段夹少量螺壳及腐植质，中、下段夹灰白色斑团，局部夹少量细砾。层厚3.6～8.0m，层面高程12.13～17.1m，层底高程6.83～9.54m。④淤泥质粘土、淤泥质粉质壤土（al+lQ/4）：深灰色、灰绿色，饱水，软塑－流塑状，有腐臭味，有析水及触变现象，夹螺壳及腐植质，局部夹少量细砾。层厚4.10～7.10m，层面高程6.83～9.54m，层底高程0.1～5.0m。⑤砂壤土夹粉质壤土（al+plQ/4）：深灰色、灰色，饱水，较松软，夹含腐植质，有腐臭味，局部夹少量细砾，析水及触变现象明显，手捏砂感较强。层厚1.7～7.9m。⑥细砂土（al+plQ/4）：灰色，灰黄色，饱水，较松散，局部夹腐植质，析水及触变现象明显。局部夹少量细砾，局部间夹粉质粘土。层厚0.40～3.0m。⑦砂砾石（al+plQ/4）：灰色、灰绿色、灰黄色，饱水，砾石含量50-60%，颗粒级配较好，较密实。层厚2.7～6.8m。5⑧砂砾石（al+plQ/3）：红黄色，含水量中，砾石含量50-60%，磨圆度呈次圆状，颗粒级配较好，胶结密实状。2+085-2及2+500-2两孔见有本层。层厚4.1～5.6m。⑨粉质粘土夹砾石（al+plQ/3）：红黄色，含水量中，砾石含量40-50%，胶结密实状。仅在2+290钻孔见有本层。层厚约7m。⑩灰岩（D3+C21）：表层1-2m全-强风化，岩芯呈碎块石夹砖红色粘性土状；中~微风化岩石，灰色、青灰色，局部灰白、肉红色，岩芯呈长约5-20cm柱状，见白色方解石脉，局部方解石化，岩芯呈白色，较坚硬；溶隙、溶孔、溶洞发育，溶隙面见砖红色泥膜，溶孔内有少量砖红色泥质充填，溶洞内沉淀有少量紫红色粘性土夹灰岩岩屑，饱水软可塑状。2+171-1、2+564-2、2+900-2三个钻孔发现有溶洞。堤身土体工程地质特征：①堤身填土（rQ）：较密实，局部夹少量细砾及螺壳；其物理力学性质指标如下：颗粒组成（粒径mm）砾砂粗中细粗中细粉粒粘粒60~2020~55~22~0.50.5~0.250.25~0.0750.075~0.005＜0.005限制粒径d60有效粒径d10不均匀系数Cu允许渗透坡降Ｉ允0.61.011.159.128.20.0190.00228.60.46含水量w=31.1%，湿密度ρ=1.90g/cm3，干密度ρd=1.45g/cm3，饱和密度ρsat=1.92g/cm3，孔隙比e=0.89，土粒比重Gs=2.73g/cm3，液限WL17=42.45%,塑限Wp=25.76%,塑性指数Ip=16.69%,液性指数IL=0.35，凝聚力C=17.1Kpa，摩擦角φ=9.6o;6压缩系数a1-2=0.55Mpa-1，压缩模量Es=4.65Mpa。室内垂直渗透试验K=3.65E-6cm/s，标准贯入试验击数平均值为5击，承载力标准值fk＝145kpa；允许渗透坡降，采用《堤防工程地质勘察规程》（SL188-2005）附录D中的判别方法，根据填土颗粒分析统计可知：土的细粒含量Pc=63%＞)n1(41−×100%=47.25%，不均匀系数Cu=8.6＞5，故填土的渗透变形破坏为流土型。由流土型的临界水力坡降Jcr=(Gs-1)(1-n)计算得下部填土的临界水力坡降为0.915。由于流土破坏为整体性破坏，对大坝的危害较大，渗流安全系数取值2.0，即允许渗透坡降为：I允＝I临／IＫ=0.915/2=0.46。根据静力触探成果确定各土层承载力特征值（下同）：1)对粘性土,当0.3ps3.0时,按ƒak=83ps+55；2)对粉细砂,当1ps10时,按ƒak=20ps+59.5；3)对中粗砂，当1ps10时,按ƒak=36ps+76.6；4)以上公式来自武汉联合小组。比贯入阻力Ps=1.2～1.5MPa,fak=155～180kPa。堤基土体工程地质特征：②细砂土（al+lQ/4）：较松散，标贯试验5击，渗透性k＝2.00E-3cm/s，凝聚力C=0Kpa，摩擦角φ=28o；在汛期容易产生管涌流砂，危害堤坝的安全，建议防渗处理。③粉质壤土、粉质粘土（al+lQ/4）：其物理力学性质指标如下,7颗粒组成（粒径mm）砾砂粗中细粗中细粉粒粘粒60~2020~55~22~0.50.5~0.250.25~0.0750.075~0.005＜0.0050.10.10.30.21.665.931.8含水量w=33.17%，湿密度ρ=1.86g/cm3，干密度ρd=1.40g/cm3，饱和密度ρsat=1.89g/cm3，孔隙比e=0.94，比重Gs=2.72g/cm3，液限WL17=41.22%,塑限Wp=25.63%,塑性指数Ip=15.6%,液性指数IL=0.5，凝聚力C=15.789Kpa，摩擦角φ=10.31o；压缩系数a1-2=0.55Mpa-1，压缩模量Es=3.87Mpa。室内垂直渗透试验K=1.12E-5cm/s，标准贯入试验击数平均值为4击，承载力标准值fk＝135kpa；比贯入阻力Ps=0.70MPa,承载力特征值fak=115kPa，十字板剪切试验，Cu=29.7Kpa,Cu’=4.7Kpa,St=6.23；④淤泥质粘土、淤泥质粉质壤土（al+lQ/4）：其物理力学性质指标如下：颗粒组成（粒径mm）砾砂粗中细粗中细粉粒粘粒60~2020~55~22~0.50.5~0.250.25~0.0750.075~0.005＜0.0050.10.10.10.10.369.429.9含水量w=38.8%，湿密度ρ=1.80g/cm3，干密度ρd=1.30g/cm3，8饱和密度ρsat=1.81g/cm3，孔隙比e=1.13，比重Gs=2.72g/cm3，液限WL17=39.88%,塑限Wp=22.65%,塑性指数Ip=17.22%,液性指数IL=0.96，凝聚力C=10.33Kpa，摩擦角φ=4.88o；压缩系数a1-2=0.72Mpa-1，压缩模量Es=2.85Mpa。室内垂直渗透试验K=4.31E-6cm/s，标准贯入试验击数平均值为3击，承载力标准值fk＝105kpa；比贯入阻力Ps=0.24MPa,承载力特征值fak=75kPa，十字板剪切试验，Cu=20Kpa,Cu’=2.5Kpa,St=8；该土层具低承载力，高压缩性，灵敏度较高，透水性能差。⑤砂壤土夹粉质壤土（al+plQ