宜昌城區(qū)長江岸坡穩(wěn)定性預(yù)測評價

管宏飛 肖詩榮 明成濤

（三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)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(qiáng)，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(hù)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(chǔ)上［5]，對宜昌城區(qū)長江岸坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析及預(yù)測評價，并提出工程治理措施建議，對崩岸治理工程建設(shè)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(fù)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(dá)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(xì)砂等，厚度最厚可達(dá)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?yàn)榉弁?；中部為褐灰色粉質(zhì)粘土夾粉砂，或粉土夾粉砂、局部為細(xì)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(fù)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?。?]，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(yán)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(fù)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(yán)重影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)和生活，嚴(yán)重威脅艾家集鎮(zhèn)的社會經(jīng)濟(jì)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(hù)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(yán)重（如圖6所示），經(jīng)后期加固處理，但目前所見護(hù)坡局部損毀嚴(yán)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(chǔ)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(qiáng)，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(qiáng)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(guān)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(biāo)準(zhǔn)，將工程區(qū)各河岸段進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分類（見表2），結(jié)果如下：城區(qū)護(hù)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(hù)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(yù)測（P法預(yù)測）

采用河岸地質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)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(yán)重，反之，河床的抗沖刷能力就越強(qiáng).

根據(jù)河流實(shí)際及現(xiàn)有資料狀況，本次采用河岸地質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測法進(jìn)行各護(hù)岸段岸坡穩(wěn)定趨勢預(yù)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(biāo)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(hù)等條件對幾段典型的護(hù)岸段岸坡對其進(jìn)行穩(wěn)定性趨勢綜合預(yù)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(hù)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(yù)測結(jié)果對比見表4.

表4 岸坡穩(wěn)定趨勢預(yù)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(hù)條件，預(yù)測結(jié)果比工程地質(zhì)分類預(yù)測評價偏于嚴(yán)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(hù)坡或不連續(xù)或不完整，且已護(hù)岸坡均有不同程度變形和破壞，建議盡快全面實(shí)施護(hù)岸工程，將工程防護(hù)的重點(diǎn)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(hù)措施，徹底解決這些岸坡屢護(hù)屢壞、屢壞屢護(hù)的難題；對于C類岸坡，以維護(hù)、修復(fù)已有護(hù)坡為主，多采取砌塊石護(hù)坡＋腳槽拋石的方法；對于B類岸坡，一般可不支護(hù)，或局部護(hù)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(fù)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(hù)岸工程范圍內(nèi)，岸坡物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)較為復(fù)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(yù)測表明，長江宜昌城區(qū)河段護(hù)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(hù)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(xué)會水文泥沙專業(yè)委員會第四屆學(xué)術(shù)討論會論文集［C].北京：中國水力發(fā)電工程學(xué)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(jī)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(xué)建筑設(shè)計研究院，2011.