堤防工程与环境地质问题（一）

摘要：由于人类对自然环境的影响或改变，导致了一些异常自然现象的产生，1998年全国流域性的特大洪水，除了大气环境反常外，与我们不注意保护自然生态环境也有必然的联系。在汛后大规模的堤防建设过程中，由于防止堤基渗透破坏而采取的垂直防渗措施的实施，将带来一系列环境地质问题。本文在此阐明我们的观点，希望引起大家的重视。

　　1998年全国流域性的特大洪水，损失是惨重的。大洪水给人们以大警示，因而在汛后的很短时间内，国家投入了大量人力物力进行堤防工程建设。堤防工程建设的主要内容是对那些达不到防洪标准和汛期出现险情的堤防进行整险加固。堤防出险主要是堤基渗透破坏、江河水流冲刷产生崩岸、堤基软弱产生沉降变形破坏、堤身散浸或脱皮滑坡等；一些堤防的防洪标准不够，出现子堤挡水或漫堤溃堤等险情。1998年汛期的堤防工程，可谓是八方告急呼救，到处险象环生。所有出险问题中，与地质有直接关系且隐蔽性、危险性的是堤基的渗透破坏，牵动全国的九江溃口就是堤基渗透破坏引起的。针对这些情况，在进行工程设计时，采取的主要措施是提高堤防的防洪标准，对已出险的堤段进行必要的加固，例如对易崩岸部位进行抛石护坡，标准不够的进行加高加固，对堤身渗漏采取锥探灌浆，而对堤基的渗透破坏则除了采取加长加厚铺盖外，比较普遍的是对堤基采取垂直防渗措施。堤防工程建设与地质环境有着十分密切的关系，地质环境可以影响堤防建设，堤防工程也会反作用于地质环境，带来新的环境地质问题。

　　1　堤防工程与地质环境的关系

　　堤防工程是为了抵御洪、潮水给人类正常活动以及生存环境带来的自然灾害而修建的水利防护工程的总称。堤防工程的主体是众所周知的各类挡水堤、墙，而堤上的各类闸、涵、洞、管等穿堤建筑物以及堤防维护、抢险所需的交通和通讯设施等等，则应归为堤防工程的附属工程或附属建筑物。

　　1.1 堤防工程的特点

　　（1）线路长，分布范围广。据统计，我国已建堤防总长20余万公里，尚有若干堤防工程正在规划和建设之中，主要分布在各大江大河的干、支流上和各湖泊周围及沿海一带。

　　（2）堤防工程的主体主要是线性水工建筑物，其它附属建筑物则另当别论。

　　（3）堤防工程的主体—大堤，多为阶段性（或临时性）挡水建筑物，建筑物高度在数米至十余米之间，并不象大坝一样是长年挡水的数十米至数百米高的集中式枢纽建筑物。

　　（4）堤防工程的主要附属建筑物之一是支流（沟）与主流汇合口附近的挡水闸，这种闸往往具有双向挡水的性质，这与大坝的受力条件是有区别的。

　　（5）堤防工程有严格的等级标准，对于特别重要的一级堤防，例如保护江汉平原的荆江大堤，是不允许溃堤的；而一般性的河滩围堤，在超过设计洪水时则只好放弃。但是对于大坝而言，基本上是不允许垮坝的，在勘测设计施工运行的全过程中，均采取十分谨慎的运作策略。

　　1.2 堤防工程所处的地质环境

　　堤防工程所处的地质环境多为江河冲洪积平原区，地层以第四系冲积、洪积、湖积相为主；堤防工程的地基大多座落在此类沉积相的漫滩和一级阶地之上；也有一些堤防工程是在岸边岗地丘陵区，但不多见；还有一些城市的堤防工程是建在人工填土（杂填土、素填土）之上，例如武汉城区的部分堤防工程。

　　就某一地区或某一河段的堤防工程而言，其所处的地质环境相对比较简单；从全国范围内的堤防工程来论，其地质环境则相对较为复杂。长江中下游与黄河中下游的地质环境显然是不同的；南方河流与北方河流的地质环境也有区别；湖泊、海堤的地质环境与江河漫滩更是相差甚远。

　　堤防工程所处地质环境的一个重要特征是，水文地质条件较为简单，地下水的补排关系较为明确。江河湖岸地层中的地下水（松散沉积物中的孔隙水，二元结构地层中的承压水）与江河湖水之间的水力联系十分密切，互为阶段性的补排关系。堤防工程所处的江河湖岸既是堤内地下水的排泄边界，又是江河湖水位较高时补给堤内地下水的补给边界。这种边界条件一旦改变，实际上就是地质环境的改变，这是我们应该认真思考的。

　　1.3 堤防工程与地质环境的关系

　　堤防工程的特点决定了堤防工程对地质环境有较强的适应性，工程虽然规模巨大，线性工程跨越了不同的工程地质单元，地质环境差异较大，但在相同的地质环境和工程地质单元上，工程地质条件则相对较为简单，工程地质问题也相对较为明确。如果不从环境地质的角度来考虑，单从工程建筑物本身的角度来看，堤防工程并不复杂。

　　堤防工程所处的地质环境是客观存在的现实，由于堤防工程的修建，或者说堤防工程措施的实施，对客观地质环境的改变是毋庸置疑的。改变了客观地质环境，会带来什么样的环境地质问题，这是我们地质师需要认真思考和研究的。忽略了堤防工程的环境地质问题，人类社会肯定要受到大自然的惩罚。

　　2　堤防工程带来的环境地质问题

　　堤防工程的三大主要工程地质问题：堤基土层在渗流作用下的渗透破坏、堤基为软土层存在稳定问题、岸坡受水流冲刷侧蚀产生崩塌破坏影响大堤安全。针对此三大工程地质问题需要采取相应的工程处理措施。如果工程处理措施不当或对地质环境的分析不够，就可能带来新的环境地质问题。

　　2.1 堤基垂直防渗阻断地下水的正常排泄

　　堤基垂直防渗阻断地下水的正常排泄引起的环境地质问题堤基表层为砂性土，或砂性土埋藏较浅，或表层粘性土较薄的二元结构地层，在外江水位高于堤内侧地面高程时均将不同程度地存在堤基渗漏问题（实际上，只要外江水位高于堤内地下水位时，渗漏就已经发生了）。堤基渗漏并不可怕，对堤基稳定影响的是渗透破坏。当渗透水流坡降大于堤基土体的临界水力坡降时，渗透破坏就会发生。工程上对于渗透破坏一般采用铺盖（增加上伏粘性土层的厚度，也有延长渗径的意思）、堤内侧设排水减压井、浅基截渗墙和垂直防渗帷幕。前三种方法是堤基防渗的传统工程处理措施，较为适用，多年来的实践证明效果也是较好的。而最后一种即垂直防渗则是1998大洪水后普遍被提及和宣传的一种以往很少用于堤防工程（多用于大坝坝基）的防渗措施。

　　一般说来，江河湖海是区域性地表水和地下水的最低排泄基准面，由于堤防工程的兴建，地表水将只能通过闸、泵等穿堤建筑物排出堤外；在没有进行堤基垂直防渗的情况下，地下水仍然能按照区域性地下水的总体流向，通过最短路径排向江河湖海中。显然，当实施了一定范围内的连续性垂直防渗措施后，天然状态下的地下水渗流场被人类工程活动改变了，水文地质条件发生了一定程度的变化，有些地方可能发生了根本性的变化，地下水的排泄通道被阻断了，它的出路在哪里？地下水没有了出路，实际上是地质环境的改变，新的环境地质问题将随之产生。