永定河系堤防的优化措施

（一）永定河

按照地域，永定河堤防可分为三段，即三家店—卢沟桥段、卢沟桥—梁各庄段和梁各庄—屈家店段。三家店—卢沟桥段左堤全长16.7km、右堤全长15.2km，卢沟桥—梁各庄段左堤全长63.0km、右堤全长62.1km，梁各庄—屈家店段左堤全长81.0km、右堤全长70.6km。

表4-16　左堤堤身工程质量分类表

表4-17　右堤堤身工程质量分类表

以上河段，除梁各庄—屈家店段右堤为Ⅱ级堤防，其余均属Ⅰ级堤防。卢沟桥—梁各庄段由北京市水利规划设计研究院于1999年进行过可行性研究阶段地质勘察工作，梁各庄—屈家店段由水利部天津水利水电勘测设计研究院分别在1989年和1996年进行过初步设计阶段地质勘察工作。本章节内容即根据上述勘察工作成果编制。

1.堤基工程地质

卢沟桥—梁各庄段：本段地面高程60.5～29.0m，钻孔揭露深度范围内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物。综合本段堤基土体组成，可大致分为三种类型，其分布情况详见表4-18。从取样试验结果来看，不同层位、不同堤段但同种类型的土体，其物理力学性质较为接近。构成堤基土体的主要有砂壤土、壤土，多数具有中等压缩性，少量则具有中高压缩性：干密度变化范围较大（1.29～1.87g/cm3，平均1.54～1.59g/cm3），孔隙比平均0.7～0.74，土层属中密状态，具有微—弱透水性，细砂，粉砂属弱透水层，中砂属中等透水层，卵砾石则属强—极强透水层，均呈中密—密实状。

表4-18　永定河堤防卢沟桥—梁各庄段堤基土层分布统计表

梁各庄—屈家店段（左堤基）：本段地面高程23.0～2.5m，钻孔揭露深度范围内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物。综合本段堤基土体组成，可大致分为三种类型。其分布情况详见表4-19。

表4-19　永定河左堤梁各庄—屈家店段堤基土层分布统计表

根据试验结果，砂壤土、壤土，压缩系数平均0.12～0.23MPa-1，属中等压缩性；干密度1.29～1.61g/cm3之间变化，平均1.41～1.49g/cm3，孔隙比平均值0.83～0.92，渗透系数在10-5～10-6cm/s之间，具有微—弱透水性。粘土，压缩系数平均值0.37MPa-1，具有中等压缩性土；干密度1.22～1.56g/cm3，平均1.38g/cm3，孔隙比平均达0.99，渗透系数n×10-6cm/s，具有微透水性。淤泥质土分壤土和粘土两种，一般埋藏于堤基土下部，压缩系数0.33～0.50MPa-1，属中等—高压缩性土，干密度在1.38～1.53g/cm3之间变化，平均1.43～1.48g/cm3，孔隙比平均值0.83～0.92，渗透系数一般小于10-6cm/s，微透水或极微透水。粉细砂多呈中密状，渗透系数一般n×10-4cm/s。具弱透水性。

梁各庄—屈家店段（右堤基）：本段地面高程17.05～2.94m，钻孔揭露深度范围内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物。本段堤基土体组成，以粘土为主，次为壤土和砂壤土，仅在局部段夹有10cm粉砂层。从不同土层的组合方式来看，本段堤基土可大致分为四种类型，其分布情况详见表4-20。

表4-20　永定河右堤梁各庄—屈家店段堤基土层分布统计表

根据试验结果，砂壤土，压缩系数平均0.14～0.20MPa-1，属中等压缩性土，干密度平均1.56～1.57g/cm3，孔隙比平均值0.734～0.735，渗透系数10-4cm/s，具有弱透水性。壤土，压缩系数平均0.28～0.35MPa-1，具中等压缩性土；干密度平均1.44～1.49g/cm3，孔隙比平均0.829～0.902，渗透系数在10-5～10-6cm/s之间，具有微透水—弱透水性。粘土，压缩系数平均0.44～0.54MPa-1，具有中等—高压缩性土；干密度平均1.28～1.35g/cm3，孔隙比平均高达1.036～1.146，渗透系数平均10-6～10-7cm/s，具有极微弱透水性。总体上看，同种土体自上游而下游，有干密度逐渐减小、孔隙比增加、压缩性增强的趋势。

前已述及，各堤段地基土体均为第四系松散堆积物，其中，卢沟桥—梁各庄段以砂壤土、壤土为主，个别堤段为卵砾石或砂性土；梁各庄—屈家店段，左堤以壤土、砂壤土夹砂性土为主，个别堤段则为粘土或砂性土，右堤主要为粘土及壤土、砂壤土。以上土体，多属中等压缩性土，分布较为稳定，土层的天然地基承载力均可满足要求，发生不均匀沉陷的可能性不大。但是，砂性土渗透系数一般大于或等于n×10-4cm/s，属中等或弱透水层，局部则具有强透水性，与堤身土或粘性土的渗透性存在明显差异，若沿河堤防直接坐于砂性土之上，即存在渗透变形破坏的可能。表层有粘性土覆盖地段，渗透变形破坏的可能性甚小。

梁各庄—屈家店段左堤32+400m附近，1976年唐山大地震时，曾出现过堤基土振动液化、裂缝冒砂现象。

2.堤身工程质量

（1）卢沟桥—梁各庄段。卢沟桥—梁各庄段，左堤堤高1.92～7.73m，右堤堤高1.95～7.56m。堤身土体多为堤内、外就近取土堆筑而成，物质组成以砂壤土为主，个别地段则含有粉细砂和壤土。如表4-21。

表4-21　永定河堤防卢沟桥—梁各庄段堤身土质构成汇总表

试验结果，筑堤砂壤土填筑干密度平均1.48～1.53g/cm3，最大1.63g/cm3，最小1.35g/cm3；壤土填筑干密度平均值为1.39～1.59g/cm3，最大1.72g/cm3，最小1.29 g/cm3，由此可见，筑堤土体不甚均一，填筑密实度变化较大。一般而言，左堤土体上部相对松散，中下部则呈中密状；右堤土体干密度偏小，孔隙比偏大，土体多呈稍密—较松散状，渗透系数在n×10-5cm/s上下，属微弱—弱透水性。粉细砂，最大孔隙比0.98，最小孔隙比0.35，多呈稍密—中密状，局部松散或较松散，若其出露于大堤表面，极易为外界因素所改造，属中等—弱透水性。

（2）梁各庄—屈家店段左堤。梁各庄—屈家店段，左堤堤高5.8～3.2m，堤顶宽3～5m。堤身土体多为堤内、外就近取土堆筑而成，物质组成以砂壤土、壤土为主，个别地段则含有粘土及粉细砂。

根据试验结果，筑堤砂壤土填筑干密度平均值1.45g/cm3，最大1.56g/cm3，最小1.23g/cm3；壤土填筑干密度平均值为1.43g/cm3，最大1.56g/cm3，最小1.21g/cm3；粘土填筑干密平均值为1.36g/cm，最大1.53g/cm3，最小1.23g/cm3。由此可见，筑堤土体不甚均一，密实度变化较大。渗透系数，砂壤土在10-4～10-5cm/s；粘土则为10-6～10-7cm/s；分属弱透水、微透水和极微透水性。

该段堤防堤身土未进行击实试验，根据临近地段上土堤土料击实试验结果得出的经验数据，砂壤土、壤土和粘土的最大干密度分别为1.60g/cm3、1.55g/cm3和1.45g/cm3，按堤防设计规范，Ⅰ级堤防压实度应达到0.94，则上堤砂壤土、壤土和粘土的填筑质量控制干密度应分别为1.50g/cm3、1.46g/cm3和1.37g/cm3。取样试验结果，本段堤防堤身土体干密度低于填筑质量控制干密度的占57.9%；若堤身土压实度按0.92考虑，堤身土体干密度低于填筑质量控制干密度的占42.0%。

综合考虑前述堤身土体物理力学指标，该堤段判定为Ⅰ2～Ⅰ3类。

（3）梁各庄—屈家店段右堤土体质量。右堤堤高1.5～5.7m，堤顶宽度一般5～6m，局部为8m或3m。堤身土体多为堤内、外就近取土堆筑，物质组成以壤土、砂壤土和粘土为主。堤身土体构成以及具体分布位置参见表4-22。

根据试验结果，筑堤砂壤土填筑干密度平均1.51g/cm3，最大1.68g/cm3，最小1.39g/cm3；壤土填筑干密度平均值为1.46～1.51g/cm3，最大1.67g/cm3，最小1.35 g/cm3；粘土填筑干密度平均值为1.43～1.45g/cm3，最大1.61g/cm3，最小1.29g/cm3。由此可见，筑堤土体不甚均一，密实度变化较大。渗透系数，砂壤土在10-4～10-5cm/s上下，壤土为10-5～10-6cm/s，粘土则为10-6～10-7cm/s，分属弱透水、微透水和极微透水土体。

表4-22　永定河堤防梁各庄—屈家店段堤身土质构成汇总表

该段堤防堤身土未进行击实试验，根据临近地段上堤土料击实试验结果得出的经验数据，砂壤土、壤土和粘土的最大干密度分别为1.60g/cm3、1.55g/cm3和1.45g/cm3，按堤防设计规范，Ⅱ级堤防压实度应达到0.92，则上堤砂壤土、壤土和粘土的堤身土填筑干密度应分别为1.47g/cm3、1.43g/cm3和1.34g/cm3。取样试验结果，本段堤防堤身土体填筑干密度低于填筑质量控制干密度的占14.5%。

永定河堤防上堤土一般是在堤内或堤外就近采取，有相当一部分上堤土以粘性土为主，尤其是梁各庄—屈家店段较为突出。粘性土料颗粒细，亲水性强，含水量20%～30%，施工中不易夯实。由于堤身土结构松紧不均，导致堤身土体中上部普遍出现不规则的裂缝现象并有碟状沉陷。个别以砂性土为主的堤段，因施工中随意填筑，土体结构松散，迎水面过水后，饱和沉陷，而背水面未下沉，致使堤顶出现近水平裂缝。堤身出现开裂或沉陷均将破坏堤防的整体稳定性，使其抗震性和抗冲刷能力大大下降，梁各庄—屈家店段左堤西辛庄一带1976年唐山地震期间，堤防就曾经发生严重破坏。(www.xing528.com)

根据勘察资料，以下各堤段不同程度地存在堤身裂缝（或裂纹）或沉陷现象：

卢沟桥—梁各庄个别堤段堤身土中夹有粉细砂层，其渗透性明显强于粘性土，当河道过水时，将成为主要的渗水通道。从试验结果看，堤身所夹粉细砂不均匀系数一般小于5，可能出现的渗透破坏形式以流土为主。

永定河堤防沿线，村庄星罗棋布，当地村民贪图方便，开挖和修建了为数众多的穿堤土路。此外，为了便于土地灌溉，不少堤段均埋设了穿堤输水管道。以上穿堤建筑物，或者降低了堤防高度，或者破坏了堤防的整体结构，对堤防行洪安全有不同程度的影响。

作为历史上曾多次发生过决口的河流，永定河堤防修建历史悠久，年代久远，部分堤段因田鼠或獾子活动，已在堤身形成不同大小的空洞，实为工程一大隐患。

（二）永定新河

永定新河位于天津市北郊，是海河流域北系四河（永定河、北运河、潮白河、蓟运河）共同入海尾闾泄洪的人工河道，西起屈家店枢纽闸，东至北塘镇附近入渤海。右堤是天津市防洪圈的北郊防线，长63km，属Ⅰ级堤防，已进行了可研阶段堤防勘察；左堤长63km，属Ⅱ级堤防，尚未进行堤防工程质量检查与勘察。

1.右堤堤防

（1）堤基工程地质。永定新河流经地区属海冲积平原，地势低平，略向东南倾斜，坡降平缓。左右堤相距500～600m，两堤间有河床、漫滩分布，相对高差4～6m。堤背水坡外地面高程大致为2～3m，低洼处仅0.3m；中上段堤背水坡及外侧广布村庄、工厂和农田，下段鱼池、洼淀和水库较多；桩号30+000m以下堤背水坡有大面积排泥场。

据勘探资料，深度20m内，堤基土体均为第四系全新统第一陆相层（al+l）、第一海相层（m）、第二陆相层（m）松散堆积物，现简述如下。

上段（桩号0+000～28+000）：堤基上部为冲湖积松散堆积物（al+l），由上部黄褐色下部灰黄色粉土及粘土、粉质粘土夹淤泥质透镜体组成。相变大，岩性较杂。平均厚度5.80m左右。其中粉土在建基面处广布，堤内外侧坡脚地带大面积出露，最大厚度5m。

中段（桩号28+000～43+000）：堤基上部为冲湖积陆相层（al+l），由粘土和少量粉质粘土组成。岩性比较单一。平均厚度5.10m左右。其中建基面部位均为粘土，属中高压缩性土，内侧坡脚地带粘土裸露。

下段（桩号43+000～62+000）：堤基上部为冲湖积陆相层（al+l），由上部黄褐色粉土、下部灰黄色粉土及粉质粘土和粘土组成。相变较大，岩性比较复杂。平均厚度4.70m左右。其中上部粉土分布范围长5km，占建基面19km长的1/4，单层厚度2m左右。桩号57+000m以下地段，建基面主要为粘土，属高液限、高压缩性土，与淤泥质粘土基本接近，背水侧坡脚部位大面积出露，层厚相对减薄至2.60m左右。

地下水类型基本为孔隙潜水，局部呈弱承压性。地下水主要受大气降水和地表径流补给，季节性变化大，河口段受海水倒灌的影响较为明显。

综上所述，对于永定新河右堤Ⅰ级堤防工程而言，堤基土体的承载力一般可满足堤防工程附加荷载的要求。粉土段堤基土体结构比较松散，粘粒含量少，透水性大，抗渗强度小，因此堤基渗漏、渗透稳定和地震液化等将是堤基主要工程地质问题。粘土、粉质粘土段堤基土体的高液限、中—高压缩性，物理性状近淤泥质土，为低强度软土，堤基土体沉陷、抗滑稳定等问题较突出。

（2）堤身工程质量。

上段（桩号0+000～28+000）：该段堤身土由粉质粘土、粘土和粉土组成。其中在桩号5+000m以上堤段中分布有厚1m左右的旧路基疏松杂填土。本段堤身平均高度4.50m。该段堤身存在裂缝且土质较杂、压实度低、渗透性差异大，抗渗强度小，总体质量较差。

中段（桩号28+000～43+000）：该段堤身土由粉质粘土和粘土组成。堤平均高度3.80m。虽土质较均匀，但压实度较小，总体质量较上段好。

下段（桩号43+000～62+000）：该段堤身土由粉质粘土、粘土和零星粉土组成。平均高度2.80m左右。土体组成均一性差、且有松散体、高压缩性粘土集中带和少量粉土分布，总体强度差，透水性大。

综上所述，永定新河右堤上段和下段堤身土体内存在着松散体、不均质土体和中等透水性的粉土集中带等。桩号57+000m下游有高压缩性、低强度的粘土分布，堤基沉降和抗滑稳定等工程地质问题较突出。

2.左堤堤防

左堤长63km，属于Ⅱ级堤防工程。

（1）堤基工程地质。钻孔揭露深度内，均为第四系全新统松散堆积物，由于沉积环境的差异，土体的颗粒组成和结构较复杂。上部主要由河湖相黄褐色粉土、粘土、粉质粘土组成，厚度3.10～5.60m。下部主要由海积粉质粘土、粉土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土组成，厚度4.2～8.8m。

该堤段地下水为孔隙潜水含水层，因地下水位埋深浅，蒸发大，使得水质较差。近海岸地带，海水、河水、地下水关系密切，局部地段地下水有海水倒灌现象。地下水、地表水的水化学类均属Cl—K+Na型水，对普通硅酸盐水泥具腐蚀性。

该堤段堤基土体由粘土、粉质粘土和粉土组成，局部堤基粘土软弱、力学强度低，堤基沉陷陷量较大；而粉土为主组成的堤基土体在饱水时遇有Ⅶ度地震为可能液化材料，这是大堤加固设计中应注意的问题。另外，堤背水坡外地下水位较高，河水与地下水关系密切，丰水期河水补给地下水，而枯水期地下水向河床内排泄，形成了互补的水文地质环境，减弱或减缓了河口地带海水的入侵，若需要做防渗地质工程，地质工程设计应注意该堤段的水文地质环境不受破坏。

上述粘土、粉质粘土、粉土等物理力学性质与前段粘土、粉质粘土、粉土的物理力学性质无明显的差异，唯淤泥质粘土的工程地质特性较差，其天然含水率39.2%～48.1%，平均值42.5%；天然密度1.77～1.85g/cm3，平均值1.82g/cm3；孔隙比1.036～1.243，平均值1.132；压缩系数0.52～0.79MPa-1，平均值0.67MPa-1；渗透系数1.72×10-7～2.55×10-5cm/s；自然快剪C=10～29kPa，φ=2.4°～4.5°；属于弱—不透水性、高压缩性、低强度的软土土体。

主要工程地质问题与前堤段相同，但土体更加软弱，其堤基土体沉陷问题要大一些。

（2）堤身工程质量。永定新河左堤为人工就地取土填筑而成，堤高3.3～4.9m，堤顶宽8～10m，边坡为1∶4、1∶3两类。桩号19+600～21+000m、26+000～26+600m段堤顶为混凝土、沥青路面。大堤分别由粘土、粉质粘土、粉土组成。

堤身土体填筑质量控制干密度1.50g/cm3考虑，在37组试样中，大于和等于填筑质量控制干密度的样品仅有6组，占18%，有82%的试样干密度小于填筑质量控制干密度。因此，该段堤身土体质量综合判定为Ⅱ3类。