雅鲁藏布江堤防主要工程地质问题

刘海峰, 易　鸣, 巫玉皇, 白咸勇

(1.长江岩土工程总公司(武汉),湖北 武汉　430010; 2.长江委 网络与信息中心水利发展研究所,湖北 武汉　430010; 3.国务院 南水北调工程建设委员会办公室 建管司，北京　100038)

1　概述

雅鲁藏布江流域地处西藏高原南部的喜马拉雅山与冈底斯山—念青唐古拉山之间的藏南谷地,雅鲁藏布江中游河道长度1 293 km,流经日喀则、拉萨、山南、林芝三地区一市。根据现场查勘,雅鲁藏布江中游防护河段总长度约142.637 km,工程级别大部分为四级,防洪标准为20年一遇。雅鲁藏布江流域面积较大,洪峰流量也较大,洪水发生频率高。目前沿江除部分县城达标建设防洪设施外,其他段基本为当地群众义务投劳所修筑堤防或处于无防护状态。目前主要存在着防洪工程建设标准低、河岸侵蚀严重等问题。洪水常引起堤防漫溃、河岸坍塌等灾害。

雅江堤防堤基多为砂性土与砂砾石组成的二元结构,多数堤防也由砂砾石填筑而成,这是违背现代水坝设计原则的,而且绝大多数堤防都没有采取基础处理措施。这类堤防堤基渗漏是问题的一方面,更重要的是由于砂性土的临界比降较低,容易在近堤和浅部发生渗透破坏,造成溃口性险情。而雅江堤防是西藏地区极为典型的堤防形式,研究此类堤防的主要工程地质问题,对西藏地区的水利建设有着重大工程意义。

根据堤防工程地质勘察结果和对汛期险情分析,雅江堤防存在冻融侵蚀、堤身变形破坏、堤基抗冲刷损坏、堤基渗透破坏、砂土液化、岸坡稳定等工程地质问题。

2　雅江堤基地质结构分类

雅江堤防的主要工程地质问题多和堤基结构有关。本文类比于《堤防工程地质勘察规程》(SL188-2005)[1]相关规定,将雅江堤基地质结构分为均一结构、二元结构和多层结构。考虑到雅江堤防多以2～6 m高为主,堤内外水头差多<6 m,而在二元结构地层中黏性土厚度<2 m,少黏性土厚度<4 m,考虑黏性土和少黏性土的渗透性差异,将二元结构堤基又分为上薄黏土层下砂性土和上少粘性土层下部砂砾卵石层2个亚类(表1)。

3　工程地质问题

3.1　冻融侵蚀

冻融侵蚀是高寒地区由于温度的变化,导致土体或岩石中的水分发生相变,体积发生变化,以及由于土壤或岩石不同矿物的差异胀缩,造成了土体或岩石的机械破坏,被破坏的土体或岩块在重力等作用下被搬运、迁移、堆积的整个过程。冻融侵蚀多发生在高纬度、高海拔、气候寒冷的区域,是除水蚀和风蚀之外的第三大土壤侵蚀类型。

表1　雅鲁藏布江堤基地质结构分类

雅江堤防位于素有“世界屋脊”之称的青藏高原。这里海拔高,气温低,日、年气温温差较大的气候特点使得该区冻融交替频繁,为冻融侵蚀的发生、发展创造了条件,使冻融侵蚀成为了该区最主要的土壤侵蚀类型之一,也成为了该区所面临的主要生态环境问题之一。

工程区冻融侵蚀区分布具有以下特点:①冻融侵蚀区分布面积广;②雅江南北冻融侵蚀区分布差异明显,雅江以北分布范围广,雅江以南范围小;③地区分布差异明显,冻融侵蚀区集中在日喀则地区,根据资料,日喀则地区最大冻土深度为67 cm,拉萨及山南地区26 cm,林芝地区14 cm。

冻融侵蚀可严重破坏侵蚀区地表环境,不但使堤防冻胀冻裂,而且在热融过程中使堤防出现沉陷与滑塌,同时反复冻融过程使地表破碎、裸露、干燥化过程加快,进而造成堤身土体酥软化、松散化,导致堤身密实度下降,使其渗透性增大,抗冲刷能力进一步下降;也导致堤基表层及岸坡崩解破碎进程加快,地表植被退化,土体渗透性增大,而加速堤基的土体的变形与破坏[2]。

3.2　堤身变形破坏

雅江堤防目前除部分县城达标建设防洪设施外,其他段基本为当地群众义务投劳所修筑堤防。目前主要存在着防洪工程建设标准低;填筑材料多样,堤身填筑材料不均匀性显著;填筑时多未进行碾压,导致堤身密实度较低。加之西藏地区物理风化较快,人为破坏严重,许多堤防出现开裂、不均匀变形，甚至局部出现堤身变形滑动。

3.3　堤基抗冲刷损坏

雅鲁藏布江堤防主要位于里孜至米林县派乡的中游段,河流海拔高程在4 530～2 880 m,河道长1 293 km,落差1 520 m,平均比降1.28‰。该段河谷宽窄相间,水面宽多在200～400 m,最宽可达4 km。雅江洪水季节性较强,6-9月过水量占到全年流量的一半左右。这导致雅江堤防洪水期内部分堤基冲刷损坏严重。

冲刷损坏段主要分布在堤外滩宽度<20 m,随着江水位涨落,部分堤外滩宽度较窄,江水顶冲或侧蚀严重,导致堤基表层薄黏性土或少黏性土冲刷流失,下部砂卵石层细颗粒流失,进而使砂卵石发生转动或轻微移动而导致堤身变形、损毁;而随着顶冲和侧蚀效果的加剧,部分堤基砂卵石直接被冲走,导致堤身快速溃口、坍塌,从而造成大量突发性洪水灾害。

3.4　堤基渗透及渗透破坏问题

雅江堤防堤基以砂性土为主,局部覆盖有薄黏性土或者少黏性土。不管是Ⅰ3、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅲ类堤基都会发生渗透,而且容易产生渗透破坏。

(1)砂性土均一结构堤基的渗透破坏。雅江堤基砂性土多为砂卵石,砂卵石多级配不良,而且渗透性强,渗透临界比降较低,虽然江内外水头差不是很大,但容易产生表层渗透破坏；渗透破坏一般出现在近堤脚处,由于孔隙水压力消散较快,一般险情并不严重。

(2)上薄层黏性土、下砂性土结构堤基的渗透破坏。尽管有上部不透水的黏土、粉质黏土层,但因其太薄,当水头差达到一定高度时,而且由于不透水层的存在下部砂卵石层空隙水压力不易消散,易将其顶穿。

(3)上少黏性土、下砂性土堤基的渗透破坏。该结构类型堤基较砂土均一结构堤基抗渗性稍好,但是抗冲性较差,而且在层间常见接触流失,更加剧渗透破坏的发生。

(4)多层结构堤基的渗透破坏。多层结构堤基较复杂,渗透破坏产生与各层的组合方式有关,还和各层的物质成分有关,但雅江堤基下部多以砂卵石为主,较易产生渗透破坏,其所夹砂性、少黏性地层对堤基的抗渗性和抗冲性影响不大[3]。

3.5　砂土液化

3.6　岸坡稳定

照片1　羌纳段岸坡崩岸

根据岸坡变形破坏机制,将工程区岸坡变形破坏划分为侵蚀型和坍塌型两大类型。

侵蚀型指在江(河)水、地表水及其它外营力作用下,岸坡表面物质逐渐被搬运带走,从而使岸坡坡面产生缓慢后退。此种类型的破坏形式一般发生凸岸和凹岸相衔接的部位和凸岸处,岸坡坡度较缓,破坏规模较小,具有缓慢性及持久性(照片2)。

照片2　朗嘎段侵蚀型岸坡

坍塌型是指岸坡坡脚在江、河水长期软化和掏蚀作用下,岸坡上部物质失去支撑而下挫坍塌。此种类型一般发生在受河水冲刷的凹岸,岸坡坍塌后常形成陡坎,破坏规模一般较大,岸坡破坏具有突发性,特别是在洪水期间最易发生(照片3)。

照片3　孜玛岗段坍塌型岸坡

4　结语

经过本次对雅江堤防系统的分析研究发现,雅江堤防堤基多以砂性土为主,堤基地质结构简单。堤身多以砂砾卵石填筑而成,填筑质量较差。其主要存在的冻融侵蚀、堤身变形破坏、堤基抗冲刷损坏、堤基渗透破坏、砂土液化、岸坡稳定等工程地质问题。其中尤以堤基抗冲刷、堤基渗透破坏和岸坡稳定问题最为突出,这也是西藏地区类似堤防存在的普遍现象。在西藏堤防建设和运行管理过程中,应进一部深入分析上述相关问题,以提高西藏堤防抗汛能力。

参考文献:

[1]SL 188—2005，堤防工程地质勘察规程[S].

[2]长江流域水利水电工程地质编委会.长江流域水利水电工程地质[M] 北京:中国水利水电出版社,2012.

[3]马贵生,长江中下游堤防主要工程地质问题[J].人民长江,2001(9)：169-170.