广州北江大堤工程地质条件

（一）工程概况

北江大堤位于北江下游左岸，距广州市仅约50km，北起清远市石角镇骑背岭，南至南海市狮山镇，跨清远、三水、南海三市，全长63.34km，是全国七大堤坊之一，目前已达防御百年一遇洪水标准，现进一步按国家重点堤坊标准加固而进行初设工作。

北江大堤保护范围属北江下游三角洲，历史上系洪潮泛滥之地，由固体径流淤积成陆，地势较低，地面高程在1～6m（珠基）之间。北江大堤保护着华南最大都市广州和花都、三水、佛山、南海等济发达的珠江三角洲部分地区，人口450万，耕地100万亩和2100亿元的工农业产值，以及京广、广深、三茂等铁路。沿堤修筑有芦苞、西南两分洪水闸及25座排灌涵闸。

北江大堤的前身是13条分散的各自独立的低矮单薄的小堤围。历史上曾溃口几十次，1915年历史上最大洪水，沿堤多处决口。解放后，经1954年进行联围，并逐年加高培厚。1964年、1966年、1968年和1982年北江出现10年到20年一遇洪水，大堤险情严重，堤内大量渗漏和管涌（流土），堤脚渗水和牛皮胀，石角段出现管涌口达60～80cm，涌出大量细砂和地面沉降，黄圹堤段劳文滔险段1964年洪水，一处管涌曾涌出细砂200m3，并导致地面下陷。黄圹堤段和西南堤段迎流顶冲堤身滑塌，每年汛期都动员成千上万民工和解放军守卫大堤和抢险，才得以安全度汛。1984～1987年北江大堤按百年一遇洪水标准加固，工程勘测设计由广东省水电勘测设计院负责，1987年加固工程竣工。1992～1994年北江大堤管理处于北江大堤险情最严重的石角堤段堤顶进行了高压定喷防渗墙施工。1994年6月北江遭遇超过50年一遇的历史罕见暴雨洪水灾害（解放后最大洪水），北江大堤经受了严峻考验，全线共出现基础渗漏管涌（流土）30处，其中石角堤段莲藕圹离堤脚100m处出现管涌，管涌出口直径达150cm，流量200L/s，涌出细砂300m3；全线堤内坡脚出现牛皮胀共11处，堤外坡冲刷2处。1997年北江遇20年一遇洪水，大堤共出现堤内渗漏管涌14处，堤内坡脚渗漏、牛皮胀5处，其中石角堤段在1994年管涌处附近出现新管涌口，流量100L/s，涌出20m3细砂，地面下沉1.2m。1999年起为彻底摸清石角堤段堤内渗流状况，省水科所布置了一系列勘探剖面和27个深孔测压管，除测定第四系含水层的剩余水头外，还了解基岩内的地下水剩余水头。2001年又布置了全国重点堤防的加固勘探。北江大堤自1962～2001年共进行了1/10万区域地质测绘501km2，钻孔950个，总进尺21284m，钻孔最大孔深101.5m，钻孔抽水试验41段，注水试验106段，压水试验81段，岩样22组，水样48个，原状土样760组，砂样762组，钻孔内还进行了标准贯入试验、动力触探等原位测试，此外还在石角堤段进行了地震勘探4条剖面，碘同位素示踪测试，地下水温度场变化测试，地下水电导率测试共26个孔，还进行了天然建筑材料调查等。

经1987年加固，北江大堤堤顶高程17.5m（石角），堤顶宽8m，最大堤高11m（石角），外坡1∶3.0，内坡1∶2.5～3.0，堤顶加防浪墙。

大堤堤身填筑土，由于堤防始建于宋、明朝，又是各自分散填筑，历史上又多次溃决，因此堤身填筑土很复杂。经1954年联围、1984～1987年加固和历年堤身灌浆，堤身断面基本一致，但堤身土质仍变化较大，有些堤段是“金包银”即外表为粘性土，内部为细中砂，有些堤身是用土块垒成，孔隙度大，填筑土大多在堤前、堤后或稻田中挖圹取土，成分复杂，但1984～1987年加固时大堤的加高和培厚则用第三系红色粉细砂岩、泥岩风化土和花岗岩风化土填筑。

（二）地质概况

北江大堤沿线地形是冲积阶地和断续残丘。依照堤基的地貌单元和第四系冲积层成分、厚度、结构可将大堤的堤基划分为漫滩型、古河床型、阶地型、山间洼地型和残丘型，此外历史上的溃口段，地质条件特殊而复杂，其范围虽不大，但经常出现险情，单独划为一种类型。

漫滩型堤基，原地表高程约6～3m，冲积层总厚度为28～32m，表层为黄褐色细中砂，中部为灰色细砂或淤质细砂，下部为含砾粗砂，卵砾石层，基本为透水的单一地层结构。古河床型堤基，原地表高程为6.5～4.0m，冲积层总厚度28～30m，河口堤段超过50m，它紧贴现河床，为河床变动范围，它的表层为黄褐色粘土、粉土和含粘粒的细砂土，中部为灰色细砂或淤泥质细砂，底部含砾粗砂，卵砾石层，为二元结构堤基。阶地型堤基：地面高程7～4m，第四系沉积总厚度为15～20m，其上部为黄褐色粘土、粉土，中部为厚层淤泥间夹薄层粉细砂，下部为黄白色粘土，有时底部有薄层砂砾、卵砾石层。基本属相对不透水的一元结构堤基。山间洼地型堤基，它为残丘间低洼地的冲、淤积层，地面高程8～5m，断续分布，堆积厚度一般为8～12m，堆积物表面为灰黄色粘土或粉土，中部为含较多粘粒的细中砂，底部为灰白—深灰色粘土，透水性小，为一元结构堤基。残丘型堤基全部为残积粘性土层，表面少量坡积土。溃口段堤基，堤防溃口时将原来堤基的上层及中层冲去，重新堆积洪水带来的粗、中、细砂层。根据石角及大塘堤段的崩基潭深度推测，溃口冲蚀底高程可达-13～-18m，其下部的结构仍保存，因此它基本属透水的一元结构堤基。

根据地震烈度区划图，场区的地震基本烈度为6度区。

地下水类型为孔隙水、孔隙承压水和基岩中的岩溶水。孔隙水赋存于上部的粘土、粉土和含粘粒的砂土中和一元结构的粘性土中。孔隙承压水赋存于二元结构的中、下部砂及卵砾石层中，地下水中二价铁含量普遍较高，且氧化成棉絮状黄色胶状体，常堵塞减压井、减压沟中的过滤器或土工织物。地下水对混凝土不具侵蚀性。在石灰岩或红层中钙质胶结的砂砾岩、砾岩（砾石多含灰岩成分）中有岩溶水，普遍具承压现象，根据石角段基岩中灰岩的堤段测压管水位，堤内、堤外测压管水位几乎相同，连通性良好。(www.xing528.com)

（三）地层结构

位于一级阶地上的堤防地基多为二元结构；漫滩、支流河口、溃口段的堤基常为砂层为主的一元结构。二元结构堤基上覆粘性土层厚度变化大，且常因修堤取土而破坏或削薄了粘土盖层，因而险情较多。此外，堤线中不少是靠近河道有逆流顶冲段，给堤外坡带来不稳定因素，珠江流域河床近20年来人工采砂不止，河床疏浚过剧，形成了河道主槽迫岸，冲深河床，这也给河岸及堤外坡的稳定带来隐患。

根据堤基土层结构的特征、堤基所处地貌单元、堤外水流冲刷状态、洪水期的险情状况等将堤基划分为四个类型，详见表5-1。

表5-1　堤基工程地质类型分段因素表

北江大堤堤身土和堤基土的主要物理力学指标及渗透性能列表于表5-2。

表5-2　土的主要物理力学性质指标

注堤身填土（素填土）标准贯入试验N 63.5，老堤5～7，新堤8～15。

（四）堤基工程地质评价

根据堤基的类型、上覆粘土的厚薄及抗渗性、历次险情的发生及其重要性将堤基分为四个工程地质类型段，见表5-3。

表5-3　工程地质分类简表