鐵黃沙圍區(qū)望虞河預(yù)留通道邊坡坍塌治理探析

錢 波

(常熟市長江河道管理處，江蘇 蘇州 215513)

1 概 況

長江澄通河段常熟鐵黃沙圍區(qū)，涉及長江岸線約17.1 km。圍堤堤頂高程9.22 m(吳淞高程)，堤頂寬度8.0 m，圍堤全部采用袋裝砂方式填筑大堤，迎水坡采用二級混凝土柵欄板或漿砌塊石護(hù)坡，堤腳采用拋石防護(hù)；背水坡全線采用香根草防護(hù)，建有順堤河環(huán)繞。圍區(qū)于2015年5月完工并投入試運(yùn)行。

在鐵黃沙圍區(qū)上游正對望虞河入江河口，南北向預(yù)留著一條封閉內(nèi)河——望虞河預(yù)留通道，通道全長2 km，上游寬362 m、下游寬432 m、面積為95.3 hm2，南北兩端有通江涵洞控制相通。河道上游1 km長滿水草蘆葦，幾乎沒有裸露的水面。邊坡局部出現(xiàn)坍塌之處即發(fā)生在該預(yù)留通道東岸，連接鐵黃沙南北主江堤、圍堤頂寬為6m的混凝土路，南北全長約2 km，西側(cè)面向通道為迎水坡面，東側(cè)為背水坡坡底挖有1條排水溝，路面兩側(cè)路肩寬2.5 m。該混凝土路基礎(chǔ)全部采用袋裝砂填筑方式，袋裝砂上用建筑磚塊夯實(shí)再澆筑混凝土路面，路基最底層袋裝砂寬度為45 m，階梯形向上收小。因原江灘較淺，填筑之圍堤不高且為內(nèi)塘，無長江潮位及船行波影響，故圍堤邊坡防護(hù)未作嚴(yán)格要求，施工時(shí)就地取材用砂土護(hù)坡，并有樹、草等植物防護(hù)措施。

2 邊坡坍塌及其原因

2.1 存在問題

望虞河預(yù)留通道東岸圍堤(混凝土路)及其護(hù)坡投入運(yùn)行以來，兩側(cè)邊坡砂土護(hù)坡因雨量、雨強(qiáng)、通道水位方面的頗為平衡而未出現(xiàn)高強(qiáng)度侵蝕，僅有零星雨淋溝及少量塌陷，然而至2018年汛期強(qiáng)降雨的出現(xiàn)致混凝土路西側(cè)迎水坡面陸續(xù)出現(xiàn)嚴(yán)重的水力侵蝕，坡面土壤坍塌嚴(yán)重，局部路肩種植的樹、球狀綠化相繼跌入河中，數(shù)條溝壑直達(dá)堤頂混凝土路面邊緣，個(gè)別點(diǎn)位甚至出現(xiàn)建筑磚塊及黑色袋裝砂袋裸露現(xiàn)象，直接威脅堤防及混凝土路面的安全[1]。雖用常規(guī)方式進(jìn)行了突擊搶修，治理效果不佳。至2019年7月份，混凝土路西側(cè)路肩及迎水坡面坍塌范圍不斷擴(kuò)大，形成近100 m斷斷續(xù)續(xù)的缺口，坡面坍塌現(xiàn)象嚴(yán)重，多處黑色袋裝砂袋暴曬于陽光下，迫切需要治理防護(hù)。

同期預(yù)留通道圍堤東側(cè)背水坡由于沿線排水溝較淺、排水量分散等原因，坡面水土流失輕微。因2019年春在排水溝東側(cè)栽種近13.33 hm2香根草需要，對北端近100 m排水溝進(jìn)行了挖深修整，擾動(dòng)了部分背水坡面土壤，由于缺少集中排水溝及邊坡防護(hù)方面有欠缺，混凝土路面雨水持續(xù)沖刷背水坡面，導(dǎo)致混凝土路東側(cè)北端近100 m的邊坡陸續(xù)出現(xiàn)了數(shù)10條大小不一的雨淋溝，個(gè)別點(diǎn)位溝壑直通堤頂混凝土路面板之下，建筑磚塊及黑色袋裝砂袋裸露在外。

2.2 邊坡坍塌及水土流失原因

根據(jù)水土保持基本理論，水土流失影響因子包括土壤可侵蝕因子、雨量雨強(qiáng)、坡度坡長、植被覆蓋、土壤擾動(dòng)等因素，另外徑流及外來水力沖刷等亦起重大作用。可侵蝕因子即土壤的抗蝕能力，砂性越大則抗侵蝕性能越差，雨量大雨強(qiáng)強(qiáng)則沖擊力大、形成徑流多，土壤易流失，坡越陡、越長則越易引起水土流失，植被覆蓋可減少雨水擊濺并提高抗侵蝕強(qiáng)度。望虞河預(yù)留通道東岸混凝土路兩側(cè)邊坡的護(hù)坡土壤為江灘砂土故抗侵蝕性能差，圍堤邊坡較陡，預(yù)留通道水面寬闊，高水位時(shí)風(fēng)浪沖擊等均易引起較大水土流失。另外，近年來的雨量、雨強(qiáng)較大以及2019年春在種植香根草進(jìn)行防護(hù)時(shí)措施失當(dāng)?shù)?，?dǎo)致土壤擾動(dòng)偏大，不久又遭遇大雨，而排水溝加深時(shí)，沒有配套必要的集中排水溝等設(shè)施，導(dǎo)致了近年來邊坡水土流失加劇并形成坍塌。2020年遭遇多雨、強(qiáng)雨的罕見雨季以及圍區(qū)預(yù)留通道長時(shí)間超高水位，導(dǎo)致局部地段再次出現(xiàn)邊坡坍塌。

3 治理方案

針對預(yù)留通道堤岸(東岸混凝土路)兩側(cè)邊坡出現(xiàn)的重大水土流失現(xiàn)象及水土流失加劇趨勢，于2019年8月著手組織治理工作，管理單位多次赴現(xiàn)場勘察情況，并對圍堤邊坡?lián)p毀嚴(yán)重、亟需搶修治理的地段進(jìn)行測量，摸清了邊坡?lián)p毀狀況，繪制出了相關(guān)斷面的圖紙，計(jì)算出了維修治理工程量。之后組織工管單位技術(shù)人員及水利施工方面有經(jīng)驗(yàn)的專家進(jìn)行商討，研究防護(hù)與治理方案。在防護(hù)治理的措施上，認(rèn)為防護(hù)與治理措施因?yàn)樯婕八虏糠郑沂菨袷绞┕?，因而提出?種方案：其一是打樁筑堤后用黏土充填覆蓋護(hù)坡，其二是用尼龍(或土工布)袋裝黏土置水下筑基然后黏土充填覆蓋護(hù)坡，其三是直接用機(jī)械將黏土覆蓋河道岸坡。3種方案各有利弊，通過對3種施工維修方案進(jìn)行比選、權(quán)衡與論證，考慮到圍堤填筑采用的基礎(chǔ)是袋裝砂，打樁的方案一被否決；方案二不僅費(fèi)用偏高且材料準(zhǔn)備頗費(fèi)時(shí)日，加上圍堤高度不高，連續(xù)多年通道水位偏低故未被采用；最終選定最為常見、施工最為簡單的方案三，即直接采用機(jī)械施工將黏土覆蓋河道岸坡，其時(shí)適逢市水務(wù)局在距需護(hù)坡段約15 km的耿涇塘實(shí)施河道疏浚，有適用黏土需要處置，經(jīng)協(xié)調(diào)后既解決了黏土來源問題，又僅需補(bǔ)貼運(yùn)輸費(fèi)用而無購?fù)临M(fèi)用，施工便捷，合理可行。

3.1 黏土直接覆蓋

護(hù)坡治理施工時(shí)由管理單位派出技術(shù)人員在現(xiàn)場指揮施工，選用噸位較大的運(yùn)輸車將耿涇塘河道疏浚開挖，黏土直接運(yùn)至需護(hù)岸圍堤，并盡可能地調(diào)控車輛間隔，集中傾倒黏土，對其邊際進(jìn)行控制，這樣有利于減少黏土被水浸泡時(shí)間，護(hù)坡采用自然密實(shí)辦法。根據(jù)圍堤迎水坡面214 m坍塌嚴(yán)重地段河道岸坡現(xiàn)狀地形測量斷面圖(岸邊黏土填埋水平寬度為10 m，垂直高度為4 m)計(jì)算，路肩恢復(fù)至2.5 m，需要2 070 m3的土方(表1～2)。

表1 南段土方測算表

表2 北段土方測算表

工程于2019年10月上旬用1周時(shí)間將所需黏土按計(jì)劃如期運(yùn)到鐵黃沙東岸圍堤西側(cè)坍塌地段，覆蓋河道迎水坡共長214 m，護(hù)岸治理任務(wù)完成。

3.2 黏土裝袋筑基護(hù)岸

2020年上半年常熟地區(qū)遭遇的雨季之雨量總值及雨強(qiáng)強(qiáng)度為歷史罕見，長江水位亦達(dá)到歷史上少見之高潮位(5.69 m吳淞高程)，直接導(dǎo)致圍區(qū)內(nèi)澇，通道持續(xù)高水位，且持續(xù)時(shí)間特長，局部地段路面偏低導(dǎo)致徑流匯集，在連續(xù)高強(qiáng)度大雨量的滲透和高水位的浸泡等多重因素作用下，鐵黃沙預(yù)留通道東岸圍堤迎水坡護(hù)岸局部崩塌下滑、損毀嚴(yán)重。2019年治理的214 m全線均有不同程度損壞，但損壞最嚴(yán)重的有35 m；背水坡北端因2019年春種植香根草進(jìn)行防護(hù)時(shí)導(dǎo)致土壤擾動(dòng)偏大，排水溝加深時(shí)，防沖刷設(shè)施不配置等導(dǎo)致了在近百米坡面上也陸續(xù)出現(xiàn)了數(shù)十條大小不一的雨淋溝，從堤防頂邊直插排水溝底部。

面對該情況，管理部門再次組織專家和專業(yè)技術(shù)人員商討對策，一致確定用袋裝黏土水下筑基，水上部分用黏土回填覆蓋的辦法進(jìn)行突擊搶修。2020年6月下旬開始施工，對最嚴(yán)重的35 m坍塌地段采用尼龍袋裝黏土堆壩方式進(jìn)行突擊治理。

具體施工過程：施工人員用1臺(tái)P120履帶式挖掘機(jī)在距坍塌地段200 m處就地挖掘黏土倒入8 t自卸汽車車廂，運(yùn)至現(xiàn)場后用挖機(jī)裝入噸位尼龍袋中，然后用8 t汽式起重機(jī)吊入河道預(yù)定位置堆砌成壩(由2排尼龍袋垂直疊成)，再用C50裝載機(jī)將黏土推入尼龍袋堆壩與河道邊坡之中，最后用P220履帶式挖掘機(jī)整出2.5 m路肩及迎水坡邊坡并拍實(shí)。

工程于2020年6月30日全部完成，在此后的超強(qiáng)梅雨季節(jié)經(jīng)受住了考驗(yàn)，至出梅時(shí)為止，35 m尼龍袋堆砌工程設(shè)施完好無損。

對于混凝土路東側(cè)背水坡北端數(shù)十條雨淋溝則采用小型編織袋裝滿黏土構(gòu)筑了3條小型集中排水溝，再在集中排水溝周邊用黏土填滿，適當(dāng)移植香根草護(hù)坡，同時(shí)對混凝土路東側(cè)較深的排水溝進(jìn)行填埋，減小了溝的深度，基本解決了雨水沖刷邊坡的問題。

4 綜合分析

維修治理分別采用了2種方式，2019年度采用了黏土直接覆蓋迎水邊坡，2020年度則嘗試采用了黏土裝袋筑基方式，然而回填覆蓋黏土并拍實(shí)，較之直接用黏土覆蓋護(hù)坡增加了投資與施工難度，當(dāng)然亦增加了基礎(chǔ)強(qiáng)度，從而對防止因長期水下浸泡而坍塌具明顯作用，是護(hù)坡治理的一種較好方式。

4.1 費(fèi)用分析

采用黏土直接覆蓋治理方式，治理214 m費(fèi)用需8.2萬元，單價(jià)為383.18元/m；采用裝袋堆壩填埋治理方式，治理35 m費(fèi)用需2.4萬元，單價(jià)為685.71元/m。袋裝黏土筑基施工較之直接黏土覆蓋治理方式主要增加了機(jī)械設(shè)備費(fèi)、尼龍噸位袋購置費(fèi)、人工費(fèi)等3項(xiàng)費(fèi)用。

4.2 治理效果比較

2019年10月采用黏土直接覆蓋河道邊坡的214 m治理地段，因施工時(shí)僅考慮到這一段圍堤的正常水深小于1 m，自然覆蓋僅需1～2年即可自然密實(shí)，在還沒有完全達(dá)到自然密實(shí)之前遭遇特殊情況，坡面全線均有不同程度損壞，出現(xiàn)坍塌亦屬正常，損毀嚴(yán)重突擊治理的35 m這一段主要是路面偏低導(dǎo)致徑流匯集，覆蓋黏土的土質(zhì)偏砂，水深略深，水浪拍擊侵蝕等多重因素的疊加引起邊坡坍塌。

而2020年6月30日完成的袋裝黏土筑基施工治理地段，則是針對今年特殊情況采取的特殊手段，其耐浸泡、抗坍塌能力大大高于自然回填護(hù)坡，事實(shí)上其在應(yīng)對后期的超長雨季降雨及高水位浸泡時(shí)表現(xiàn)良好，至梅雨期結(jié)束，治理段路肩及迎水坡面完好無損，后期尚需進(jìn)一步完善水土保持植物防護(hù)措施。

4.3 土壤坡面穩(wěn)定性

長江灘地促淤圈圍，圍區(qū)內(nèi)部的一些溝、河邊坡坡面大部分為砂土，而坡面的穩(wěn)定性影響到路面的安全可靠。砂性土黏聚力小，天然含水量大，含水量對砂性土壓實(shí)效果影響顯著，因此機(jī)械壓實(shí)困難，常采用水沖式壓實(shí)，而在接近坡面處，砂性土易形成坡面滑移，不利于其邊坡穩(wěn)定。望虞河預(yù)留通道東岸圍堤兩側(cè)邊坡設(shè)施建成投運(yùn)時(shí)均為砂土坡面，在滲水及徑流等作用下，砂性土坡面產(chǎn)生了顯著的坡面沖刷、滑移，形成嚴(yán)重的水土流失及邊坡滑落崩塌[2]。

黏土直接覆蓋邊坡方式，在原有砂土坡面上覆蓋一定厚度黏土，使得邊坡的剪切屈服區(qū)向邊坡內(nèi)部移動(dòng)，改緩了坡面平行滑移的破壞模式，這一地段路面略低于其他地段，致使積水涌向該段，在尚未完全自然密實(shí)且被覆蓋的黏土之下仍為砂土的情況下遭遇長時(shí)間大雨量的下滲和高水位的長期浸泡等多重因素的作用下形成坡面坍塌。袋裝黏土筑基施工治理方式，則是利用黏土裝尼龍袋在預(yù)停位置堆筑基礎(chǔ)，并在基礎(chǔ)之上覆蓋堆填黏土進(jìn)行護(hù)坡，這樣基礎(chǔ)牢固，坡長減短，可有效阻止坡面滑落增加邊坡穩(wěn)定，而袋裝黏土亦可成功阻擋水浪的沖擊，確保迎水坡面完好無損。

4.4 效益簡析

袋裝黏土筑基施工治理方式施工工序相對復(fù)雜，動(dòng)用的機(jī)械、材料、人工也多，單位投資額約增加300元/m；其治理效果明顯，在其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及抗擊水中風(fēng)浪沖擊方面則優(yōu)勢明顯，尤其是在水深略深的情況下其作用更加顯著。鐵黃沙區(qū)域?yàn)殚L江生態(tài)大保護(hù)之組成部分，也是常熟市黨性教育微基地、紅色生態(tài)驛站，是外地及常熟市黨員組織活動(dòng)的重要場所。望虞河預(yù)留通道橫貫鐵黃沙區(qū)域，其東岸混凝土路來往車輛人員也較多，及時(shí)全面治理好堤頂混凝土路兩側(cè)邊坡坍塌，確保圍堤安全和所有工程設(shè)施完好，具有顯著的生態(tài)效益和社會(huì)效益。

5 下一步治理設(shè)想

在采用袋裝黏土筑基施工治理方式的基礎(chǔ)上再配套水土保持措施，可應(yīng)用一些外地的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)[3]，在河道路肩及坡面上就地移植香根草，香根草根深葉茂，是固沙土防沖刷的最佳措施[4]。另外在河道邊坡淺水區(qū)域就地移植蒲草，既可阻擋河道邊坡西曬太陽直射堆壩的尼龍袋，從而延長尼龍袋使用壽命，還能阻擋因?qū)掗熕嫘纬傻乃藢ζ旅娴呐膿?。通過種植香根草、蒲草植物等水保措施，再結(jié)合黏土裝袋堆壩填埋治理工程措施，可徹底解決鐵黃沙望虞河?xùn)|岸混凝土路邊坡坍塌的問題。