管宏飛 肖詩榮 明成濤

（三峽大學 土木與建筑學院，湖北 宜昌 443002）

三峽水庫修建與蓄水后，由于清水下泄［1]，三峽大壩下游河段沖刷加強，崩岸頻率顯著加快，崩岸規(guī)模明顯加大［2－4]，由此，國家三峽工程后續(xù)規(guī)劃啟動了三峽大壩下游長江崩岸治理工程.長江宜昌城區(qū)段崩岸治理工程長江南岸部分上游始于卷橋河，下游止于艾家油庫；江北部分上游始于宜昌市鎮(zhèn)江閣，下游止于枝城對河長江北岸的沙集坪，即工程區(qū)位于長江中游“宜枝河段”.宜昌市作為湖北省省域副中心城市，是長江沿線的明星城市之一，城市濱江護岸工程、崩岸治理工程對于城市的發(fā)展空間、環(huán)境美化與防洪安全具有十分重要意義.本文在岸坡工程勘察的基礎上［5]，對宜昌城區(qū)長江岸坡進行了穩(wěn)定性分析及預測評價，并提出工程治理措施建議，對崩岸治理工程建設有一定的參考意義.

1 岸坡地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

長江出西陵峽口后呈“之”字形流經(jīng)宜昌市主城區(qū).主城區(qū)長江河谷為寬谷型不對稱復式斷面形態(tài)，南岸為侵蝕剝蝕低山丘陵區(qū)，地形蜿蜒起伏，溝谷深切，具典型溝梁相間地形地貌特征；北岸為崗垅和階地組成的垅溝地形，大致以東山大道為界，以南為長江一、二級階地堆積區(qū)（階地高程分別為50～60m、60～72m），地勢寬闊平緩，地形稍有起伏.

1.2 地層巖性

工程區(qū)以第四系覆蓋層為主，低山丘陵區(qū)見基巖出露.

1）第四系覆蓋層.根據(jù)野外地質(zhì)測繪及鉆孔揭露，長江岸坡宜昌城區(qū)范圍內(nèi)第四系地層主要分布有人工堆積層（QS）和全新統(tǒng)沖積層（Q4al）.人工堆積層按物質(zhì)成份分為雜填土和素填土.①雜填土：呈雜色，主要由粉質(zhì)粘土、粉土夾建筑垃圾、煤渣、碎石、卵石、礫石組成.一般厚5～10m，最厚可見達30m以上.②素填土：見為二類，一類是灰褐色、褐黃色粉質(zhì)粘土、粉土（局部夾粉砂），粉質(zhì)粘土一般呈可塑狀，厚度一般2.0～6.0m；另一類為碎石、卵石土及粉土、細砂等，厚度最厚可達30m.全新統(tǒng)沖積層（Q4al）主要為長江一級階地物質(zhì)，具二元結(jié)構(gòu)，最大厚度大于25 m，各工程段在鉆探深度內(nèi)從上而下大致可分為：上部為褐黃色粉質(zhì)粘土，或為粉土；中部為褐灰色粉質(zhì)粘土夾粉砂，或粉土夾粉砂、局部為細砂；下部為砂卵石層，局部地區(qū)出露有膠結(jié)礫石.

2）基巖.長江岸坡宜昌城區(qū)段基巖主要為白堊系至第三系地層.下第三系為方家河組（Ef）地層，白堊系主要為紅花套組（K2h）、羅鏡灘組（K2l）及五龍組（K1w）地層，巖性為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及礫巖等，主要屬于一套軟巖巖組.

1.3 岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類

工程范圍內(nèi)，岸坡物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)較為復雜，總體來看，自然河流段主要為自然岸坡，大部分為由河流沖積物組成的岸坡，具二元結(jié)構(gòu)，部分岸坡中上部為河流沖積物、下部或坡腳為基巖；在城市、工礦碼頭區(qū)，岸坡多為填土組成，或上部為填土、下部為沖積物或基巖.在深泓以上岸坡穩(wěn)定影響范圍內(nèi)，根據(jù)岸坡物質(zhì)組成將岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)劃分為3大類（如圖1所示）：自然河流沖積岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)類（Ⅰ類）、自然基座岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)類（Ⅱ類）、人工岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)類（Ⅲ類），各大類又分若干亞類.

圖1 岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類概化示意圖

2 岸坡崩岸現(xiàn)狀

2.1 岸坡主要破壞形式

根據(jù)岸坡變形破壞特征可分為3類［4]，如圖2所示.

圖2 岸坡變形破壞概化模式

根據(jù)野外調(diào)查，宜昌城區(qū)岸坡段變形破壞類型主要以坍塌型為主，整體滑移型少見，侵蝕型見于近岸水流侵蝕較弱的具有較寬闊沙灘的沙集坪下段、艾家中上段以及白洋上沙灣等岸坡段.

2.2 典型崩岸現(xiàn)象

近年來，由于三峽水庫清水下泄，宜昌城區(qū)河段岸坡崩岸加劇［1]，典型崩岸現(xiàn)象如下.

1）艾家河段岸坡崩岸（如圖3所示）.艾家油庫上游約1 100m段見有多個圓弧滑塌型塌岸，單個滑體控制長度20～40m，后緣砍高4～6m，塌岸寬度10～15m；見有侵蝕（掏蝕）塌岸，后緣塌岸砍高3～5m，坡腳見有掏蝕洞，塌岸寬度10～20m.繼續(xù)崩岸，將嚴重毀壞農(nóng)田（Ⅰ級階地）和威脅工礦企業(yè)、居民安全.

圖3 艾家河段崩岸現(xiàn)象

2）劉家河村雙溪口段崩岸坍塌.包括兩條溪溝的出口段（公路以北）以及長江岸坡，由于為沖積土質(zhì)岸坡，河流匯合處水流條件復雜，岸坡特別是支流岸坡多處見有崩塌（如圖4所示），為坍塌型塌岸，單個滑塌一般控制長約20m，寬5～8m，后緣高8～10m.本段崩岸已嚴重影響當?shù)鼐用竦纳a(chǎn)和生活，嚴重威脅艾家集鎮(zhèn)的社會經(jīng)濟發(fā)展.

圖4 艾家雙溪口野人溪岸坡坍塌

3）白洋沙灣～向家壩岸坡崩岸.白洋沙灣～向家壩岸坡岸坡段由于深泓逼岸、迎流頂沖，歷史和近期崩岸險情十分突出，雖經(jīng)治理但未得到徹底治理，險情仍有發(fā)展加重的趨勢.其中沙灣段岸坡崩岸劇烈，岸坡近直立，2009年共連續(xù)形成了6個弧形崩岸（如圖5所示），控制長度約500m，崩岸后形成最大垂直坎高9m，最大崩寬18m，雖經(jīng)2010年拋石護岸，但目前崩岸仍有繼續(xù)加重的趨勢，變形破壞類型為整體滑移型.

圖5 白洋沙灣崩岸（2009年）

向家壩段岸坡崩岸劇烈，2009年近500m岸坡崩岸嚴重（如圖6所示），經(jīng)后期加固處理，但目前所見護坡局部損毀嚴重，且見有新近崩岸現(xiàn)象，崩岸坎高1～2m.

圖6 白洋向家壩崩岸（2009年）

3 岸坡穩(wěn)定性分析與評價

3.1 岸坡穩(wěn)定影響因素分析

影響岸坡穩(wěn)定性的因素主要有近岸水流條件、岸坡形態(tài)與地質(zhì)結(jié)構(gòu)等.具體各影響因素分類見表1.

表1 影響岸坡穩(wěn)定三因素分類表

3.2 岸坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)分類

在綜合近岸水流條件、岸坡形態(tài)與土層抗沖刷能力等因素的基礎上，結(jié)合歷史險情，將岸坡穩(wěn)定狀態(tài)分為A（穩(wěn)定）、B（基本穩(wěn)定）、C（穩(wěn)定性較差）與D（穩(wěn)定性差）4類.各類基本特征簡述如下：

A類（穩(wěn)定）：主要為S1－α1－Ⅰ1類岸坡，非迎流頂沖岸段，江水對岸坡側(cè)蝕作用相對較弱，外灘一般為寬或較寬外灘，岸坡形態(tài)平緩，坡角小于15°，坡體土層為單一粘性土，無歷史險情和岸坡穩(wěn)定問題.

B類（基本穩(wěn)定）：主要為 S1－α2－Ⅰ2、S1－α1－Ⅰ3、S2－α2－Ⅰ2、S2－α1－Ⅰ3、S2－α1－Ⅰ2、S2－α2－Ⅰ1、S1－α2－Ⅱ1、S2－α2－Ⅱ1類岸坡，非迎流頂沖岸段，江水對岸坡的側(cè)蝕作用相對較弱，岸坡形態(tài)較平緩，坡角15～25°，坡體土層以粘性土為主，或單一粘性土，或岸坡下部為基巖，歷史上無較大的險情，目前亦無較大的崩岸發(fā)生，岸坡僅存在局部穩(wěn)定問題.

C類（穩(wěn)定性較差）：主要為S2－α2－Ⅰ3、S2－α1－Ⅰ3、S2－α3－Ⅰ3、S2－α3－Ⅰ4、S2－α2－Ⅰ2、S2－α2－Ⅰ1、S2－α2－Ⅱ2、S2－α1－Ⅱ2、S2－α2－Ⅲ1、S2－α1－Ⅲ1類岸坡，岸坡沿線河床主要表現(xiàn)為沖刷，非迎流頂沖岸段，但江水對岸坡的側(cè)蝕作用較強，岸坡坡角大于15°，坡體土層以砂性土為主，或單一砂性土，少數(shù)粘性土稍多，或岸坡上部為回填土、中下部為砂性土，歷史上有崩岸險情，目前岸坡沿線有較多崩岸發(fā)生，規(guī)模一般較小.

D類（穩(wěn)定性差）：主要為 S3－α3－Ⅰ2、S3－α2－Ⅰ2、S3－α3－Ⅰ3、S3－α3－Ⅰ4、S2－α2－Ⅲ2、S3－α3－Ⅲ2、S3－α2－Ⅲ2類，岸坡迎流頂沖，深泓貼岸，江水對岸坡的沖刷作用強烈，岸坡坡角多大于20°，一般為窄外灘或無外灘，為歷史上有名的險工險段，岸坡的穩(wěn)定與否直接關系到沿江大堤的安全.

按照上述岸坡穩(wěn)定狀態(tài)工程地質(zhì)分類標準，將工程區(qū)各河岸段進行穩(wěn)態(tài)分類（見表2），結(jié)果如下：城區(qū)護岸工程岸坡中（總長31.47km），不存在穩(wěn)定（A）類岸坡；基本穩(wěn)定（B）類岸坡長度約7.17km，占城區(qū)護岸工程段總長的22.78%；穩(wěn)定性較差（C）類岸坡長度約15.63km，占49.66%；穩(wěn)定性差（D）類岸坡長度約8.67km，占27.55%.

表2 岸坡工程地質(zhì)條件分段及評價表

3.3 岸坡穩(wěn)定性趨勢預測（P法預測）

采用河岸地質(zhì)結(jié)構(gòu)預測法，通常將河床以上砂層的厚度與河水深度之比稱為高坡比（用P表示）.P介于0～1之間，可衡量河岸的抗侵蝕能力，P值越大，河岸的抗侵蝕能力越差，崩岸就越嚴重，反之，河床的抗沖刷能力就越強.

根據(jù)河流實際及現(xiàn)有資料狀況，本次采用河岸地質(zhì)結(jié)構(gòu)預測法進行各護岸段岸坡穩(wěn)定趨勢預測.利用下列公式計算：

式中，P為坡高比，hs為岸坡砂層（或回填土）厚度，hr為河水深度，取最大洪水深度.

由P指標劃分的岸坡穩(wěn)定性分級見表3，現(xiàn)根據(jù)考慮水流侵蝕條件及岸坡支護等條件對幾段典型的護岸段岸坡對其進行穩(wěn)定性趨勢綜合預測.

表3 岸坡穩(wěn)定性分級表

據(jù)統(tǒng)計，單純考慮P值即岸坡坡高比，岸坡穩(wěn)定性基本穩(wěn)定（P＝0～0.3）段長2.65km，占8.4%，穩(wěn)定性較差（P＝0.3～0.6）段長10.05km，占31.9%，穩(wěn)定性差（P＝0.6～1）段長18.77km，占59.6%；但綜合考慮岸坡水流侵蝕條件及支護條件，岸坡基本穩(wěn)定段長7.17km，占22.78%，岸坡潛在不穩(wěn)定（穩(wěn)定性較差）段長15.63km，占49.66%，岸坡不穩(wěn)定（穩(wěn)定性差）段長8.67km，占27.55%.兩種方法預測結(jié)果對比見表4.

表4 岸坡穩(wěn)定趨勢預測結(jié)果對比表

對比表明，P法由于不考慮水流條件及岸坡支護條件，預測結(jié)果比工程地質(zhì)分類預測評價偏于嚴重.

3.4 岸坡加固治理措施建議

工程范圍內(nèi)大部分岸段護坡或不連續(xù)或不完整，且已護岸坡均有不同程度變形和破壞，建議盡快全面實施護岸工程，將工程防護的重點放在D類岸坡，采取鋼筋混凝土擋墻（或砌石擋墻）＋拋石的防護措施，徹底解決這些岸坡屢護屢壞、屢壞屢護的難題；對于C類岸坡，以維護、修復已有護坡為主，多采取砌塊石護坡＋腳槽拋石的方法；對于B類岸坡，一般可不支護，或局部護坡治理.

4 結(jié)論與建議

1）宜昌主城區(qū)長江河谷為寬谷型不對稱復式斷面形態(tài)，南岸為侵蝕剝蝕低山丘陵區(qū)，地形蜿蜒起伏，溝谷深切，具典型溝梁相間地形地貌特征；北岸為崗垅和階地組成的垅溝地形.

2）護岸工程范圍內(nèi)，岸坡物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)較為復雜，總體來看，自然河流段主要為自然岸坡，大部分為由河流沖積物組成的岸坡，具二元結(jié)構(gòu).

3）岸坡穩(wěn)定與否是由內(nèi)因與外因等各種因素綜合作用的反映.影響岸坡穩(wěn)定性的因素主要有近岸水流條件、岸坡形態(tài)與地質(zhì)結(jié)構(gòu).在岸坡為土質(zhì)岸坡的條件下，近岸水流條件、地下水滲流是影響岸坡穩(wěn)定性的決定性因素.

4）工程地質(zhì)評價及預測表明，長江宜昌城區(qū)河段護岸工程岸坡不存在穩(wěn)定（A）類岸坡；基本穩(wěn)定（B）類岸坡長度約7.03km，占城區(qū)護岸工程段總長的23%；穩(wěn)定性較差（C）類岸坡長度約14.8km，占48.5%；穩(wěn)定性差（D）類岸坡長度約8.67km，占28.5%.

［1]方崇惠.試分析三峽水庫清水下泄對荊江河床侵蝕的方向［A].中國水力發(fā)電工程學會水文泥沙專業(yè)委員會第四屆學術討論會論文集［C].北京：中國水力發(fā)電工程學會，2003：486－486.

［2]肖詩榮，劉德富，胡志宇.宜都市長江洋溪段河岸塌岸（滑坡）機理研究［J].人民長江，2009，40（1）：65－66.

［3]劉紅星，夏金梧，王小波，等.長江中下游岸坡變形破壞的主要型式及處理［J].人民長江，2002，33（6）：8－10.

［4]劉承新，潘金鶴，李 志.宜昌城區(qū)長江岸坡破壞型式分析及處理措施研究［J].人民長江，2010，41（21）：45－47.

［5]肖詩榮，管宏飛.三峽后規(guī)宜昌江段宜昌城區(qū)崩岸治理勘察報告［R].宜昌：長江委三峽勘測研究院／三峽大學建筑設計研究院，2011.