荊江河道岸坡窩崩防治及處理方法

劉凱 唐明

摘 要：長江中游荊江河道沙市河段地質(zhì)組成較為復(fù)雜，河床邊界穩(wěn)定性差。本文結(jié)合工程實例，分析了窩崩形成的過程、特點及窩崩江岸段的地質(zhì)條件、岸坡變化、水流泥沙運動規(guī)律，最后從岸坡崩窩的防治及崩窩后的處理兩方面入手，淺談岸坡崩窩的防治及處理方法。

關(guān)鍵詞：荊江河道 清水下泄 水流泥沙條件 窩崩 防治 處理

引言

荊江河道是長江水流出三峽水庫、經(jīng)過60多km宜都隆起丘陵區(qū)后的一段平原沖積性河段。它是長江中游防洪重點地區(qū)，素有“萬里長江，險在荊江”之稱，也是長江上最復(fù)雜江湖關(guān)系的地區(qū)。

2003年三峽大壩關(guān)閘蓄水，進(jìn)人水庫完全建成前的初期蓄水運用階段，也開始改變自然情況下的下游河段水沙過程，三峽工程蓄水前荊江河道含沙量沿程減小，然而三峽工程蓄水運用以來，含沙量沿程增加，說明荊江河道發(fā)生沿程沖刷。因此，下游河道，特別是荊江河道河床，無疑將發(fā)生長時期的侵蝕沖刷，荊江河道沖淤平衡發(fā)生破壞，崩岸形勢愈演愈烈。

崩岸按其崩塌的類型可分為洗崩、條崩和窩崩等?！案C崩”是長江沿岸危害最嚴(yán)重的一種崩岸形式（見圖1），其崩坍強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其他形式崩岸，往往造成堤外灘地崩失，使防洪大堤失去前沿屏障，嚴(yán)重時會導(dǎo)致防洪大堤崩裂，威脅沿江兩岸的防汛保安，不得不退堤還灘。由此引起耕地面積損失、房屋折遷，給國民經(jīng)濟(jì)帶來巨大損失，更不利于防洪和航運。

圖1 荊江河道崩岸

長江中下游河段崩岸過程及特點

所謂窩崩就是在外營力的作用下，河岸失穩(wěn)發(fā)生崩塌，崩塌形態(tài)像一個“窩”，崩坍尺度(或直徑)為幾十米，甚至百余米和數(shù)百米。

窩崩一般在短時間完成。長江中游沙市河段內(nèi)的窩崩都是在較短的時間內(nèi)(幾小時到幾十小時)分若干次完成的。首先崩塌的部位是正對著深槽楔入的土體，而后每次崩塌間隔或幾分鐘、或十幾分鐘、或幾小時，而且是由外向里，由中間向兩邊發(fā)展的。

種種跡象表明，強(qiáng)崩岸段主要發(fā)生在長江主河道強(qiáng)彎曲段的凹岸處，特別是頂沖部位，弱崩岸主要發(fā)生在河道微彎曲河道的凹岸；區(qū)內(nèi)崩岸大多發(fā)生在分汊河段，尤其是彎曲型汊道。崩岸形成條件主要為岸坡地質(zhì)和水流因素。導(dǎo)致崩岸發(fā)生的水流因素主要有主流的沖蝕作用、局部水流強(qiáng)烈的紊動結(jié)構(gòu)和水位的波動變化。

窩崩發(fā)生的成因分析

1、地質(zhì)因素

荊江河道沙市河段地貌單元屬長江河道河漫灘及江心灘地貌，為典型的二元結(jié)構(gòu)，表層為厚度較薄較耐沖的粘土，以下為組成較厚抗沖能力弱、透水性強(qiáng)的粉細(xì)砂層，其抗滑穩(wěn)定性較差，具易沖刷及易坍塌特點。在水流的沖刷作用下近岸河床泥沙被帶走，近岸河床不斷發(fā)生沖刷形成回流，強(qiáng)大回流使土體坍塌，坍塌土體的慣性造成沖擊波，使水流形成強(qiáng)烈的紊動，帶走崩窩內(nèi)的泥沙，同時又使后面土體開裂和不斷崩塌。

2、水流因素

導(dǎo)致崩岸發(fā)生的水流因素主要有:主流的沖蝕作用、局部水流強(qiáng)烈的紊動結(jié)構(gòu)和水位的波動變化。

2.1主流的沖刷作用

主要發(fā)生在主流的頂沖部位。荊江河道多分汊，江岸彎曲，這就為主流頂沖造成極為有利的條件。河流的沖蝕型崩岸主要發(fā)生在汛期。由于洪水時水大流速急，主流線趨直，常會對彎道的彎頂下游處江岸形成強(qiáng)大沖蝕，而產(chǎn)生崩岸。

2.2局部水流強(qiáng)烈的紊動結(jié)構(gòu)

根據(jù)河流動力學(xué)理論，河道沖刷一般發(fā)生在水流動力作用較強(qiáng)之處，而水流動力的強(qiáng)弱與水流的單寬流量成正比，單寬流量較大的地方容易發(fā)生沖刷現(xiàn)象。諸如河流彎道的凹岸，束流節(jié)點的上游狹窄河段，河道主流的頂沖位置附近和一些導(dǎo)流建筑物(如丁壩、磯頭)的頂部等部位，其單寬流量都較大，豎軸環(huán)流較強(qiáng)，易于發(fā)生局部沖刷。

2.3水位的快速波動變化

高低水位的突變使江岸不適應(yīng)，高水位時由于水體浸泡使得土體的強(qiáng)度降低，但由于受到水體的側(cè)向壓力，岸體仍會處于穩(wěn)定狀態(tài)。而當(dāng)水位快速降低時，隨著側(cè)向水壓力頂托的失去，岸坡內(nèi)未消散的孔隙水壓力就會形成觸發(fā)崩岸的滲透力，岸坡土體由于難以支撐沉重的飽和土體和抗拒側(cè)向土壓力產(chǎn)生的剪應(yīng)力而發(fā)生崩塌。

除了上述因素外，窩崩的發(fā)生還與岸坡土體的演化和江岸地下水的活動狀態(tài)有關(guān)。

窩崩的防治措施

窩崩現(xiàn)象的產(chǎn)生，最根本的原因是水流沖刷河床、帶走部分泥沙、從而出現(xiàn)水流向岸楔入的突破口，形成的較強(qiáng)回流帶走更多的泥沙，促使岸坡發(fā)生窩崩。要防止窩崩現(xiàn)象的發(fā)生，最基本的方法為對河床進(jìn)行守護(hù)，保護(hù)河床不受水流的沖刷。根據(jù)目前長江航道整治工程施工比較成熟的施工工藝，采用水下沉系結(jié)壓載軟體排護(hù)底，并在其上拋石壓載的施工方法，確保排布緊貼床面，達(dá)到護(hù)底施工效果。

但對于水下地形變化較顯著、明顯出現(xiàn)坑槽的部位，按照常規(guī)的水下沉排和拋石施工工序，可能會出現(xiàn)排體與河床間存在間隙，水流在排體下淘刷河床的情形，導(dǎo)致排體下窩崩的持續(xù)發(fā)生，水下護(hù)底不僅未取得防護(hù)效果，反而在一定程度上惡化了岸坡的穩(wěn)定。因此針對水下地形出現(xiàn)深槽的部位，應(yīng)先進(jìn)行拋枕填槽處理，在岸坡達(dá)到穩(wěn)定的坡度后，進(jìn)行水下沉排及拋石壓載施工。對于坡腳段，沉排完成后及時進(jìn)行拋石護(hù)腳。只有保證了河床底部的穩(wěn)定，才能從根本上防止窩崩現(xiàn)象的發(fā)生。

崩窩后的處理

荊江河道沙市河段臘林洲守護(hù)工程施工中先后出現(xiàn)的五次大范圍的窩崩，沿岸線一個個連續(xù)分布，在平面上呈鋸齒形。單個窩崩基本上呈圓弧形，長度在40m～65m之間，崩進(jìn)寬度接近圓弧弦長的1/2，在20m～30m之間，崩坍的土體沿圓弧滑動面下挫，典型窩崩特征如(圖2)所示：

圖2 窩崩現(xiàn)場特征圖

崩窩出現(xiàn)后，岸線呈十分明顯的鋸齒形，并形成較多的磯頭，不利于護(hù)岸的穩(wěn)定。為防止岸線的繼續(xù)崩塌，必須消除較多的磯頭，將窩崩的部位補(bǔ)填完整，使窩崩岸段和整體岸段平順的形成整體，保證岸線的平順。目前長江航道整治工程中，應(yīng)用較普遍的施工方法為拋投沙枕袋填補(bǔ)窩崩部位，進(jìn)行系結(jié)壓載軟體排護(hù)底，并采用拋石護(hù)面的施工形式。在臘林洲項目中，五處窩崩部位的處理與以往窩崩的處理方式大致相同，具體處理方式為：

對未沉排區(qū)域在沉排施工之前增加拋枕補(bǔ)坡和鎮(zhèn)腳。需要補(bǔ)坡的部位先拋枕補(bǔ)坡，不需補(bǔ)坡的部位先拋一層枕進(jìn)行鎮(zhèn)腳。待拋枕岸坡穩(wěn)定后再進(jìn)行沉排護(hù)底的施工，然后進(jìn)行拋石鎮(zhèn)腳。

對已實施沉排區(qū)域但出現(xiàn)崩窩的部位，先進(jìn)行拋枕補(bǔ)坡，然后再從枯水平臺向外拋石鎮(zhèn)腳，岸坡穩(wěn)定后再進(jìn)行護(hù)坡工程的施工。

通過對窩崩部位的及時處理（見圖3），臘林洲項目整體情況良好，在對水下地形進(jìn)行持續(xù)觀測中，岸坡整體已較穩(wěn)定。

圖3 窩崩后修復(fù)的坡面

結(jié)語

本文對荊江河道沙市河段的岸坡窩崩成因及治理措施進(jìn)行了淺析，更高效的防治和處理措施還有待更進(jìn)一步的研究和實踐。在以后的護(hù)岸工程施工中要密切關(guān)注水流的流態(tài)及岸線的變化，加強(qiáng)對水下地形的觀測測量，發(fā)現(xiàn)問題及時予以處理，避免帶來災(zāi)害損失。

（作者單位：長江武漢航道工程局）