張麗媛　郭連峰　王赟

摘要：河流流經(jīng)沖積淤泥形成的軟土地區(qū)容易發(fā)生淤積，需要進行河道疏浚。為了分析疏浚工程施工對河岸邊坡的影響，以蘇北沿海平原地區(qū)和響坎河為研究對象，分析了軟土地質(zhì)條件下黃河故道疏浚治理中沿岸邊坡的穩(wěn)定性，并對干法施工和帶水施工兩種方式進行對比。在綜合考慮河道特征、功能定位以及地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，采用框格混凝土植草護坡方案對經(jīng)流黃河故道的河道兩岸進行生態(tài)防護。結(jié)果表明：采用干法施工易造成岸坡失穩(wěn)，且抗滑安全系數(shù)低于規(guī)范要求值，宜采用帶水施工方式。防護后的邊坡抗傾覆穩(wěn)定性和整體安全系數(shù)均滿足要求，安全系數(shù)提高顯著。

關(guān)鍵詞：疏浚工程； 邊坡穩(wěn)定性； 邊坡加固； 生態(tài)防護； 軟土地區(qū);黃河故道

中圖法分類號：TV851

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.12.004

文章編號：1006-0081（2023）12-0025-06

0引言

有泥沙覆蓋的黃淮沖積淤層形成以沙土和泥沙為主的土層，極易造成水土流失，因此該地質(zhì)條件下的河流常發(fā)生河道淤積［1-2］。河道淤積會造成水閘沖刷嚴重、河道排澇標準不能滿足需求；河道淤積抬高河床、縮窄河口寬度，影響灌區(qū)引水灌溉［3］。河道疏?？梢蕴岣邊^(qū)域排澇能力、提高區(qū)域灌溉引水能力、優(yōu)化水資源配置和改善河流水生態(tài)［4-5］。

前人對河道岸坡穩(wěn)定性的影響因素和土力學(xué)理論進行了研究。Athanasios等［6］和舒安平等［7］研究了彎道水流對河床岸灘侵蝕的發(fā)展過程及其影響。張幸農(nóng)等［8］在總結(jié)長江中下游河道邊坡失穩(wěn)影響因素的基礎(chǔ)上，歸納發(fā)現(xiàn)長江中下游河段4/5的岸坡失穩(wěn)都發(fā)生在受水流劇烈沖刷的河道迎流頂沖點和凹岸彎頂區(qū)域，明確指出土體組成、潛水位及河道水位會對岸坡失穩(wěn)產(chǎn)生重要影響，但是岸坡失穩(wěn)的最主要影響因素是近岸水流沖刷。假冬冬等［9］通過引入側(cè)向黏聚力，針對黏性邊坡的穩(wěn)定性受相鄰巖土體影響進行分析研究。Dang等［10］基于極限平衡法（LEM）的數(shù)值分析評估了不同河流水位條件下加固河岸系統(tǒng)的安全系數(shù)。李宗華［11］以松花江干流治理工程為研究對象，通過對比分析不同形式岸坡對邊坡穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)生態(tài)護坡固岸作用最明顯。侯晉芳等［12］分析了抗剪強度低、靈敏度高的軟土邊坡在施工期間反映實際土體滑動面抗剪強度的抗剪強度指標，采用回歸分析法對邊坡安全系數(shù)進行修正。

前人對軟土河道邊坡穩(wěn)定性的研究較少，本文以蘇北沿海平原地區(qū)響坎河軟土地質(zhì)條件的黃河故道河段為研究對象，分析河道疏浚治理工程軟土邊坡的穩(wěn)定性，在總結(jié)引起河道邊坡失穩(wěn)因素的基礎(chǔ)上，計算干法施工和帶水施工情況下的邊坡安全系數(shù)，通過對比確定該段河道治理采用帶水施工方式。

1研究區(qū)域概況

響坎河南起黃河故道，北至灌河，穿越沂南區(qū)和廢黃河區(qū)，長約24.6 km。以運響河節(jié)制閘為界分為兩段，北段長約20.7 km，屬沂南地區(qū)；南段長約3.9 km，屬黃河故道地區(qū)。節(jié)制閘以北沂南段主要功能為排澇、引水以及航運；以南黃河故道段主要功能為引水。在響坎河實際排澇時，北岸河漫地澇水主要通過坡面匯水及沿線支河自排匯入黃河故道。

2工程地質(zhì)條件

響坎河黃河故道沿線為第四系潟湖相和濱海相地層，除淺部填土外，均為第四系全新統(tǒng)沉積地層。綜合地層成因類型、土層發(fā)育情況與分布特征，河道開挖線以上主要為第（1A）、（1B）、（1C）、（2）、（3A）、（3B）層，河底多位于第（3B）層，局部河段河底位于第（3）、（3A）層土中。第（3）層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土屬軟土，流塑狀態(tài)，偶夾薄層（0.1～0.2 cm）砂壤土，欠均勻，孔隙比大于1，天然含水率大于液限，液性指數(shù)大于1，具有含水率高、壓縮性高、孔隙比大、靈敏度高、強度低以及觸變性、流變性和抗沖刷能力差等特點，是該場地較軟弱的工程地質(zhì)單元之一，工程性質(zhì)差。第（3）層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土在河道開挖線以內(nèi)，抗沖刷能力差，直接影響河道的邊坡穩(wěn)定。此外，第（3A）層輕粉質(zhì)砂壤土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、第（3C）、（5）層輕粉質(zhì)壤土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的工程性質(zhì)與軟土相近，均按照軟土考慮。巖土物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

地表水主要匯集于響坎河中，水位隨季節(jié)變化較大，汛期水位較高，枯水期水位較低。河道兩岸勘探深度范圍內(nèi)地下水主要為賦存于松散沉積物中的孔隙水，第（3）層以淺地下水具潛水性質(zhì)，與地表水連通較好，其補給來源為大氣降水和地表水，主要排泄方式為蒸發(fā)和徑流。

3河道邊坡穩(wěn)定性分析

3.1邊坡失穩(wěn)原因

在土體性質(zhì)、地形地貌、氣象條件和水文作用等主要因素的影響下［13-15］，河道岸坡出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。在水流沖刷作用下，邊坡土體的基本物理狀態(tài)穩(wěn)定性發(fā)生變化，土體抗剪強度降低，可能發(fā)生岸坡失穩(wěn)［16］。當河道水流漫過邊坡坡面時，岸坡土體軟化，抗剪強度降低，會發(fā)生土坡的下切侵蝕。

在河道變水位區(qū)間內(nèi)，邊坡坡面被波動水流侵蝕，當波動區(qū)水流速度從高流速突然變慢時會產(chǎn)生水躍。水躍沖擊坡面、沖刷岸坡、舔舐坡面，會導(dǎo)致坡面破壞進而失穩(wěn)。根據(jù)河道水力特征，水躍現(xiàn)象的劇烈程度取決于弗勞德數(shù)Fr（表2），計算如下：

3.2邊坡穩(wěn)定計算

由于河道兩岸淤泥層較厚，若采用將河道流水排干的干法施工，水位快速下降，坡內(nèi)水位的下降速度顯著滯后于坡外，邊坡孔隙水壓力降低，產(chǎn)生指向坡外的滲流，直接干擾兩岸巖土體滲流場和應(yīng)力場。受到高剪切力和有效應(yīng)力改變的影響，坡體內(nèi)有滑坡的風(fēng)險，并且呈現(xiàn)出典型的牽引式發(fā)展模式。河道處于軟土地區(qū)，在水位快速下降過程中，邊坡土體所受到的浮力減小，但同時邊坡土體內(nèi)的孔隙水無法及時排出導(dǎo)致坡體內(nèi)水位比河水位高，形成影響巖坡穩(wěn)定的超孔隙水壓力，外部水體推力消失和基質(zhì)吸力恢復(fù)緩慢，飽和淤泥質(zhì)邊坡穩(wěn)定系數(shù)的下降率相比砂質(zhì)邊坡提高了超過3倍。本研究對干法工況進行試算，結(jié)果顯示，除局部鉆孔外，沿線鉆孔大多不符合規(guī)范中的穩(wěn)定要求，試算結(jié)果如圖1所示。

如果采用帶水施工方法，即施工期不進行抽水、降水等，不改變河道岸坡滲流場和坡體

抗剪強度，并對邊坡在設(shè)計洪水下穩(wěn)定滲流期正常運行期的飽和滲流狀態(tài)和設(shè)計洪水驟降期水位降落期的臨水側(cè)堤穩(wěn)定性進行計算。計算方式如圖2所示，計算結(jié)果如表3所示。

4河道岸坡防護

根據(jù)地質(zhì)情況，結(jié)合河道斷面現(xiàn)狀，設(shè)置駁岸護坡時，基礎(chǔ)設(shè)計形式應(yīng)視相應(yīng)河段的土層土質(zhì)情況確定?？刹捎锰烊坏鼗?，并進行地基承載力、變形和抗滑、抗傾覆等驗算。應(yīng)根據(jù)擬整治河道的實際情況合理選擇岸坡整治防護形式。在河道疏浚過程中，綜合運用排水截水加固、增加滑坡阻力、減小下滑力和土質(zhì)改良4種方式對河道護坡進行加固。

4.1岸坡生態(tài)防護方案比選

主流的河道生態(tài)防護技術(shù)可分為單純的植物邊坡綠化防護技術(shù)和植物-工程措施復(fù)合防護技術(shù)兩大類。純植物防護技術(shù)施工簡便且造價低，但是生態(tài)修復(fù)緩慢，復(fù)合防護技術(shù)效果好且成效穩(wěn)固，但造價較高。為了選擇最適合的方案對河道進行有效防護，通過總結(jié)前人研究，對10種邊坡生態(tài)防護技術(shù)進行適用性比較，如表4所示［17-25］。

4.2岸坡防護效果分析

考慮到河道邊坡防護效果的持久性和穩(wěn)定性，岸坡防護方式更傾向于采用植物-工程措施復(fù)合防護技術(shù)［26］。在綜合考慮河道特征、功能定位以及地質(zhì)條件以后，該工程在岸坡前緣采用仿木樁進行加固，坡面采用框格混凝土植草防護方案對河道兩岸進行生態(tài)防護。仿木樁阻擋滑坡體下滑推力，框格混凝土使坡面骨架化，能夠有效提高河道岸坡整體坡面強度，增加邊坡整體穩(wěn)定性。岸坡防護剖面如圖3所示。

5結(jié)論

（1） 經(jīng)綜合條件考量及抗滑安全系數(shù)復(fù)核計算，黃河故道軟土地區(qū)河道治理若采用干法施工，會造成岸坡孔隙水壓力和應(yīng)力場的改變，從而使邊坡發(fā)生失穩(wěn)。因此，宜采用帶水施工方式。

（2） 在綜合考慮河道特征、功能定位以及地質(zhì)條件以后，在岸坡前緣采用仿木樁進行加固，坡面采用框格混凝土植草防護方案對河道兩岸進行生態(tài)防護。防護后的邊坡的抗傾覆穩(wěn)定性和整體安全系數(shù)均滿足要求，且設(shè)計洪水下穩(wěn)定滲流期的安全系數(shù)平均提高約42%，驟降期鄰水側(cè)堤坡的安全系數(shù)平均提高約31%，防護效果顯著。

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（編輯：李慧）

Slope stability analysis of dredging project in soft soil area of old Yellow River channel

ZHANG Liyuan，GUO Lianfeng，WANG Yun

（Yancheng City Water Resources Survey and Design Research Institute Co.，Ltd.，Yancheng 224055，China）

Abstract：Rivers flowing through soft soil areas formed by alluvial silt were prone to siltation，and required channel dredging.To analyze the impact of dredging project construction on river bank slopes，the coastal plain area of northern Jiangsu Province and Xiangkan River were used as the research objects.The stability of the coastal slopes during the dredging construction of old Yellow River section under soft soil geological conditions was analyzed，and the two methods of construction with and without water were compared.On the basis of comprehensive consideration of the river channel characteristics，functional positioning and geological conditions，a frame concrete grass planting slope protection scheme was adopted to carry out ecological protection on both sides of the river flowing through the old Yellow River channel.The results showed that dry construction can easily cause bank slope instability，and the anti-sliding safety factor was lower than the value required by the specification，so the construction with water should be used.The anti-overturning stability and overall safety factor of the slope after protection can meet with the requirements，and the safety factor was significantly improved.

Key words：dredging project； slope stability； slope stabilization； ecological protection； soft soil area； old Yellow River channel