廣州港出海航道試挖槽邊坡穩(wěn)定性分析

袁勝英 ，應(yīng) 強(qiáng)

（1.南京水利科學(xué)研究院，南京210029；2.水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點實驗室，南京210029）

邊坡穩(wěn)定性指邊坡巖、土體在一定坡高和坡角條件下的穩(wěn)定程度，在工程實施過程中尋找穩(wěn)定的邊坡相當(dāng)重要，如果邊坡過緩，勢必加大開挖量，增加資金投入，延誤工期；如果邊坡過陡，不利于邊坡穩(wěn)定，會影響工程正常運行。

廣州港是我國華南最大的主樞紐港。改革開放以來，隨著港口吞吐量的增加且進(jìn)港船舶趨于大型化，廣州港對提高出海航道通航等級的需求日益迫切。目前廣州港出海航道一期和二期工程已投入使用，出海航道的三期（10萬t級航道）工程建設(shè)也進(jìn)入工可研階段，為對三期航道的設(shè)計和建設(shè)進(jìn)行優(yōu)化，廣州市政府先期安排了航道試挖槽工程，文章重點研究伶仃航段（KP17～KP60）（圖1）的邊坡變化，通過對比分析得出航道邊坡穩(wěn)定情況。

圖1 伶仃航段（KP17～KP60）Fig.1Lingding channel（KP17～KP60）

1 伶仃洋概況

伶仃洋是珠江口東部4個口門（虎門、蕉門、洪奇瀝和橫門）注入的河口灣，位于東經(jīng) 113°33′～114°09′，北緯22°12′～22°45′。灣型呈喇叭狀，走向接近 NNW—SSE 方向，灣頂寬約4 km（虎門口），灣口寬約30 km（澳門至香港大濠島之間），縱向長達(dá)72 km［1］。經(jīng)虎門、蕉門、洪奇瀝和橫門注入伶仃洋的年徑流總量為1 670億m3，占珠江年總徑流量的55.3%［2］。珠江徑流年內(nèi)分配極不均勻，汛期4～9月約占全年徑流總量的80%，6～8月則占全年總量的50%以上。

伶仃洋“三灘兩槽”的格局多年不變，東部礬石水道深槽歷年來保持穩(wěn)定［3］。泥沙主要來源于陸域，海域來沙很少，輸沙量的年內(nèi)分配極不均勻。其中海域水體懸移質(zhì)的中值粒徑一般為0.002～0.017 mm，大潮粗，中、小潮細(xì)，但差別不大，床沙的中值粒徑變化范圍在0.002～0.64 mm。有北粗南細(xì)、東粗西細(xì)、槽粗灘細(xì)、峽粗灣細(xì)的空間分布特征［4］。

伶仃洋為弱潮河口，潮差較小，潮差由東向西逐漸遞減，由灣口向灣頂逐漸遞增。潮汐類型屬不規(guī)則半日混合潮型，潮高和潮歷時存在明顯的不等現(xiàn)象，特別是在某些時段，還會出現(xiàn)全日潮。最高潮位一般出現(xiàn)在洪季，最低潮位出現(xiàn)在枯季或汛后。

2 工程概況

廣州港出海航道自伶仃洋灣口附近的桂山錨地，經(jīng)榕樹頭水道、伶仃航道、川鼻航道、大虎航道、坭洲頭航道和蓮花山東航道至黃埔新港，全長約115 km。航道全線主要有2個淺段，即虎門內(nèi)的蓮花山淺段和虎門外的伶仃洋淺段［5］。伶仃航道自1959年開通后，不斷進(jìn)行維護(hù)浚深，1998年11月～2000年8月完成了出海航道一期工程（底寬160 m，底標(biāo)高-11.5 m，3.5萬t級船舶乘潮進(jìn)出港），二期工程于2004年3月開工建設(shè)，2006年底完工，航道設(shè)計底標(biāo)深到-13 m，滿足5萬t級船舶雙向通航，可隨時進(jìn)出廣州港；廣州港出海航道三期工程擬將航道設(shè)計底標(biāo)高浚深到-17 m，底寬拓至24 m，10萬t級集裝箱船舶不乘潮通航、12萬t級散貨船舶可乘潮單向通航，5萬t級船舶可雙向通航［6］。

廣州港出海航道試挖航段由南沙港區(qū)至伶仃洋口外，全長約66 km，按底寬230 m、底標(biāo)高－15.5 m、邊坡1∶5設(shè)計開挖。試挖槽處的伶仃航道比二期工程深度增加了2.5 m，底寬擴(kuò)大了70 m，邊坡也變陡了很多，與即將開展的三期工程建設(shè)有很多類似之處。

虎門以內(nèi)航道水深條件歷來較好，二期工程以前，該航段的維護(hù)疏浚量基本保持在每年幾十萬方的水平。二期工程航道增深了2.5 m，目前還沒有資料表明回淤量是否會增加。為了合理安排疏浚維護(hù)工作，有必要對這段航道的回淤情況開展調(diào)查分析。

3 航道地形檢測分析

3.1 數(shù)據(jù)采集方法

根據(jù)2008年1月、4月、9月3次航道測量的地形資料，對航道邊坡進(jìn)行計算，分析平均坡度，以及不同時間的變化情況。計算坡度用高度H與水平長度L的比值來表示。

3.2 伶仃航道邊坡穩(wěn)定性初步分析

3.2.1 邊坡整體概況

廣州港出海航道三期航道試挖工程，設(shè)計邊坡由原來的1∶10調(diào)整為1∶5，邊坡作了較大調(diào)整。統(tǒng)計時根據(jù)不同組次航道地形的測量資料，計算出伶仃航道挖槽段兩側(cè)的邊坡坡度，統(tǒng)計范圍為KP17～KP60，共計28個斷面，只統(tǒng)計航槽底邊至斷面發(fā)生明顯的拐點地形，不統(tǒng)計斷面邊坡為零或負(fù)邊坡。計算每個斷面東、西側(cè)邊坡坡度（表1）及各組次的平均坡度（表2）。

3.2.2 航道東側(cè)邊坡變化

通過對比航道沿程各樁號不同時間的斷面圖，東側(cè)邊坡變化主要表現(xiàn)為：

（1）樁號KP17～KP31，1～4月主要以淤積為主，淤積集中在坡頂，坡底相對較小，坡頂淤積使得此段航道邊坡變陡，9月份測圖所得的航道東側(cè)邊坡大多介于1～4月份邊坡線之間。典型斷面如KP27+446（圖2）所示，統(tǒng)計可知，此航段東邊坡坡比1月份為1∶10.1，4月份為1∶8.0，9月份較4月份有所沖刷，介于1～4月，9月份坡比為 1∶9.2。

（2）樁號KP32～KP45，1～4月主要以淤積為主，淤積分布于整個坡面，不同斷面淤積強(qiáng)度大小不同，9月份測圖所得的航道東側(cè)邊坡大多介于1～4月份邊坡線之間，統(tǒng)計KP32～KP45的東側(cè)坡比，1月份為1∶9.8，4月份為 1∶9.1，9 月份為 1∶8.2。

（3）樁號KP46～KP60，由于1月份測圖中東側(cè)邊坡的點據(jù)很少，很難反映整個邊坡的實際情況，因此不對1月份測圖進(jìn)行討論。就4月份和9月份測圖比較，KP46～KP48、KP54、KP55及KP59+630斷面邊坡有所淤積，其他斷面則變化不大或有所沖刷。KP46～KP60的東側(cè)坡比，1月份為1∶14.6，4月份為1∶8.7，9月份為1∶8.9。

表1 伶仃航道不同斷面邊坡坡比Tab.1 Slope ratios of different sections in both east and west of Lingding channel

表2 伶仃航道東、西側(cè)平均坡比Tab.2 Average slope ratio in both east and west of Lingding channel

由以上分析可知，2008年1月與4月平均坡比相差較大，4月與9月平均坡比相差較小，1～4月邊坡淤積較多，4～9月邊坡有所沖刷，只有少數(shù)斷面略有淤積。4月與9月平均坡比變化幅度較小，說明邊坡沖淤變化小，邊坡將趨于穩(wěn)定。

3.2.3 航道西側(cè)邊坡變化

通過對比航道沿程各樁號不同時間的斷面圖，西側(cè)邊坡變化主要表現(xiàn)為：

（1）樁號KP17～KP31，1～4月主要以淤積為主，淤積部位也集中在坡頂，4～9月變化不大或略有沖刷，與東側(cè)邊坡比較，樁號KP17～KP24西側(cè)邊坡的淤積量不及東側(cè)邊坡大。9月份的邊坡與4月基本相同，較4月份略有沖刷。此航段西側(cè)邊坡坡比1月份為1∶16.1，4 月份為 1∶16.2，9 月份為 1∶14.0；樁號KP25～KP31西側(cè)邊坡的淤積量大于東側(cè)邊坡，西側(cè)邊坡坡比1月份為1∶10.2，4月份為 1∶6.4，9 月份為 1∶7.3。

（2）樁號 KP32～KP45，1～4 月主要以淤積為主，淤積分布于整個坡面，其中只有少數(shù)斷面的淤積較小或基本不變（如KP34、KP43 及 KP44），4～9 月份的測圖在 KP34～KP39變化不大或略有沖刷，KP40、KP41基本不變，KP42沖刷、KP43淤積，KP44基本不變，9月份實測的邊坡線主要介于1～4月份邊坡線之間，根據(jù)1～9月份邊坡比較可知，除 KP34、KP38、KP42及 KP44變化不大外，其余斷面均為淤積。1月份為1∶8.8，4月份為1∶8.1，9 月份為 1∶7.4。

（3）樁號 KP46～KP60，與東側(cè)邊坡情況相同，西側(cè)邊坡1月份測點據(jù)很少，因此不對1月份測圖進(jìn)行討論。就4月份和9月份測圖比較，KP46～KP53邊坡基本不變或略有沖刷，KP54～KP58邊坡基本不變或略有淤積，KP59～KP60航道底部較寬（與南沙港進(jìn)口航道有關(guān)），西部已無邊坡（圖 3）。統(tǒng)計 KP46～KP58 的西側(cè)坡比，1 月份為 1∶17.3，4 月份為 1∶8.3，9 月份為1∶8.7。

從西側(cè)坡比變化看出，KP17～KP60航道邊坡主要以淤積為主，東側(cè)淤積少，西側(cè)淤積多。從相鄰測量月份平均坡比統(tǒng)計結(jié)果可知，4月份平均坡比比1月大，9月平均坡比介于兩者之間，但1月與4月平均坡比變化幅度明顯大于4月與9月的變化幅度。邊坡隨著季節(jié)變化而變化，但這種變化幅度在不斷減小，4月與9月平均坡比變化較小，說明邊坡處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

圖2 KP27+446斷面東側(cè)邊坡Fig.2 East slope of section KP27+446

圖3 KP59+630斷面不同時間變化情況Fig.3 Variation of section KP59+630 in different months

4 結(jié)語

（1）伶仃航段（KP17～KP60間疏浚）航道東、西兩側(cè)邊坡坡比的總體變化為：2008年1月分別為1∶11.1和 1∶11.7，4 月分別為 1∶8.6 和 1∶8.5，9 月分別為 1∶8.8 和 1∶8.4。1～4 月平均坡比變化較大，4～9 月平均坡比變化較小，基本穩(wěn)定在1∶8.5左右。

（2）文中所采用的邊坡坡度不是最大坡度，也不是坡腳附近的坡度，而是斷面平均坡度。航道東、西兩側(cè)坡腳附近（2 m）的坡度總體變化為：2008 年 1 月分別為 1∶8.9 和 1∶9，4 月分別為 1∶5.8 和 1∶4.9，9 月分別為 1∶6.2和1∶4.9。坡腳坡度與斷面平均坡度隨時間變化趨勢一致，但坡腳坡度比整個坡面陡，說明試挖槽的邊坡還不穩(wěn)定，有進(jìn)一步發(fā)展趨勢，還需更深入的研究。

（3）本文分析是基于現(xiàn)有航道所處的地質(zhì)資料，若航道繼續(xù)挖深至17 m，還需考慮此間土層的地質(zhì)資料組成情況來設(shè)計，以保證航道邊坡的穩(wěn)定性。

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