河道清淤工程岸坡穩(wěn)定性分析及加固處理
——以大梅沙河清淤工程為例

段佳瑋

(深圳市鹽田區(qū)水務(wù)局，廣東 深圳 518000)

1 大梅沙河巖土層分布特征

為掌握大梅沙河地質(zhì)工程特征，以便于管控河道清淤工程及岸坡穩(wěn)定性分析，本文對大梅沙河道區(qū)域內(nèi)的淤土層種類、物理性質(zhì)和泊松比進(jìn)行采集描述，結(jié)果見表1。通過表1可知，大梅沙河巖土層主要分為雜填土、淤泥、粉質(zhì)黏土和混凝土，其不同土層重度、彈性模量、黏聚力和泊松比均不相同。如，雜填土均勻性差，土壤質(zhì)地松散，主要以人工堆積，其上半部為水泥地板(約50 cm)，下部位為約5 cm的碎石；淤泥層物理性質(zhì)主要特征為流塑性強(qiáng)、土壤質(zhì)地飽和、含水量和壓縮性較強(qiáng)等，而化學(xué)性質(zhì)極為豐富，主要以有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)構(gòu)成，其特點是土質(zhì)表面光滑、強(qiáng)度、土壤韌性中等；混凝土成分則主要由SiO2、黏質(zhì)性土壤和花崗巖等組成，其壓縮性和韌性均較低，主要為中等壓縮性土層。通過對大梅沙河區(qū)域地質(zhì)工程類型進(jìn)行詳細(xì)闡述和匯總，以進(jìn)一步分析岸坡穩(wěn)定性，為河道清淤工程和地質(zhì)災(zāi)害防控措施提供一定的科學(xué)理論依據(jù)[1-3]。

表1 河道清淤土層情況

2 河道清淤治理中岸坡穩(wěn)定性分析

2.1 河道堤岸坡設(shè)計

河水與道路的交界處為飛禽鳥類及魚類的食物來源及動物棲息地。盡可能減少橫斷面面積的挖掘，可以避免水大面積的不合理沖刷，增加岸坡的穩(wěn)定性。同時，可采用卵石、塊石、藤本植物及人為格擋等操作加以穩(wěn)固，本次部分大梅沙河清淤工程清淤方量見表2，K0+028.48里程總挖掘量395.68 m2，K0+041.66里程總挖掘量13.43 m2，K0+043.00里程總挖掘量115.40 m2，其中，三組河段里程淤泥挖除方式進(jìn)行清淤工作，清淤后，K0+028.48段河道橫斷面積提升16.39 m2，平均面積增加11.90 m2，同時總方量為395.68 m2，為三組河段清淤方量最佳指；K0+043.00里程內(nèi)，橫斷面面積增加了12.63 m2，平均面積為8.69 m2，河道清淤結(jié)果表明，采用外挖式積淤清除方式，顯著增加了河道橫斷面積，平均面積和河床深度，有效實現(xiàn)了大梅沙河該河段組岸坡穩(wěn)定性，極大程度降低了安全隱患[4]。

表2 部分大梅沙河清淤工程清淤方量計算情況

2.2 岸坡穩(wěn)定性分析

圖1～圖3為大梅沙河清淤前后河床高度位置和面積變化結(jié)果。通過圖可知，K0+041.66里程岸坡兩端清淤高度顯著優(yōu)于K0+028.48和K0+043.00里程處，表明K0+041.66里程清淤過后，岸坡與淤泥接觸面積降低，有效減少了淤泥長時間對岸坡的物理腐蝕和化學(xué)腐蝕特征，提高了該河段岸坡的安全性。通過圖1～圖3面積、方量和岸坡接觸面計算結(jié)果表明，不同里程采取挖取式清淤工作后，里程河床土體物理結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯改觀，河床線、岸坡線呈現(xiàn)明顯升高。同時針對岸坡穩(wěn)定性位置因素進(jìn)行分析，當(dāng)前，易崩塌岸坡位置常處于擋板墻下方位置，傳統(tǒng)清淤工程常經(jīng)以先挖后填進(jìn)行處理，但在該過程中，受到挖、填等因素引起的應(yīng)力場變化影響較為顯著[5-6]。為解決挖、填應(yīng)力場變化問題，采取不同淤泥深度處采取不同挖掘措施和岸坡加固處理措施，降低不均衡挖取措施致使河道岸坡受應(yīng)力變化，損傷其結(jié)構(gòu)，保證岸坡穩(wěn)定性后再進(jìn)行施工操作。

加固后岸坡穩(wěn)定性分析，有圖1～圖3可知，三種清淤開挖后的河床位移數(shù)值結(jié)果表明，在進(jìn)行加固措施進(jìn)行河道清淤時，河底位置下降，岸坡線易于加工，擾動因素明顯較少，使岸坡穩(wěn)定性有顯著提高，整體位移差位于誤差規(guī)定指標(biāo)范圍內(nèi)。同時為進(jìn)一步提升岸坡穩(wěn)定性，保障大梅沙河道汛情、災(zāi)情等安全保障，在岸坡線處設(shè)置混凝石塊加固措施，按照一定比例設(shè)計河岸線高程，既能保證清淤工作的岸坡穩(wěn)定性，同時又能安全防災(zāi)、降低成本，提高清淤工程施工效率等。

圖1 D1(K0+028.48)清淤前后河面位置和面積變化

圖2 D2(K0+041.66)清淤前后河面位置和面積變化

圖3 D3(K0+43.00)清淤前后河面位置和面積變化

2.3 加固處理分析

大梅沙河不同河段處，淤泥堆積總方量、高度均不同相同，因此，在進(jìn)行岸坡加固處理時，首先通過徠卡TS30全站儀棱鏡和鋼卷尺等設(shè)備儀器測量大梅沙河斷面信息。以全站儀和棱鏡采集河道內(nèi)數(shù)據(jù)信息，坐標(biāo)法進(jìn)行斷面測量，同時在測量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上確定上、下坡點和中間點等。其次，根據(jù)不同河道內(nèi)于淤泥土壤質(zhì)地，對應(yīng)設(shè)計合理的加固預(yù)防措施。目前，國內(nèi)有關(guān)河道清淤工程加固措施主要包括排水固結(jié)法、化學(xué)法和電滲法等。其中，排水固結(jié)法主要是通過在土體中加載壓力，進(jìn)而使土體水產(chǎn)生壓力差，隨著加載時間的推移，水土通過排水板排除的過程，而排水固結(jié)法的作用則集中體現(xiàn)在地基承載力加大，在進(jìn)行清淤工程期間不會出現(xiàn)沉降方面的問題?；瘜W(xué)加固法主要過程是在進(jìn)行清淤工程期間，對河道淤泥加入固化催化劑，一方面增強(qiáng)了淤泥土質(zhì)強(qiáng)度，另一方面使淤泥快速板結(jié)。電滲法利用正負(fù)電極的作用，將淤泥土中水從陰極排除，使陽極板結(jié)化，主要是針對軟細(xì)黏土類土層，通過降低黏土層含水量達(dá)到淤泥板結(jié)化目的，提高了岸坡穩(wěn)定性，有效規(guī)避河道周邊風(fēng)險。本研究依據(jù)不同河段內(nèi)淤泥方量及周邊環(huán)境變化情況，通過排水固結(jié)法使河道淤泥趨于板結(jié)化，隨后通過挖的措施清除淤泥，在保證清淤健康安全施工的前提下，有效地提高了河道區(qū)域岸坡穩(wěn)定性，降低了生活區(qū)域安全隱患[7]。

3 河道岸坡及加固技術(shù)質(zhì)量安全管理措施

3.1 內(nèi)、外業(yè)安全質(zhì)量工作檢查

河道清淤工程岸坡穩(wěn)定性和加固處理過程中，安全是極為關(guān)鍵的。本研究通過對大梅沙河采取的排水固結(jié)法清淤工程內(nèi)、外業(yè)安全質(zhì)量進(jìn)行檢測，避免可能出現(xiàn)的危險性事件。首先，大梅沙河和不同河段(K0+028.48、K0+041.66、K0+043.00)岸坡結(jié)構(gòu)、淤泥堆積量、河床深度、區(qū)域環(huán)境和坡體建筑物等均不相同，如在K0+043.00處，其淤泥堆積量、岸坡接觸面均為最小，因此，在進(jìn)行內(nèi)外業(yè)工作處理中，針對淤泥與岸坡接觸面較大區(qū)域集中處理，其余接觸面低區(qū)域按照比例實現(xiàn)清淤工作，合理劃分即降低了清淤工作量，同時降低了高危區(qū)域的安全事故概率。同時，不同河道在設(shè)計斷面過程中，不僅要考慮到河道清淤工程超挖情況，而且對河道、岸坡穩(wěn)定性和超寬要進(jìn)行標(biāo)定校正，如K0+028.48，其清淤量大，標(biāo)定后便于工作開展。在外業(yè)工作中，需選取合理的施工方法，以防止安全事故產(chǎn)生。如嚴(yán)禁超挖、深挖、超采等；在施工過程中深入考核工程區(qū)域現(xiàn)狀，設(shè)計制定施工措施和預(yù)警方案，對工程地質(zhì)環(huán)境脆弱區(qū)域，控制施工速度，調(diào)配施工順序等，以保障河道岸坡和加固施工操作時的安全管理[5]。

3.2 質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)、職業(yè)健康和安全措施

由于大梅沙河毗鄰深圳市居民生活區(qū)域，同時河道錯綜復(fù)雜，施工人員多，工作時間長，因此，在進(jìn)行清淤處理，提升岸坡穩(wěn)定性過程中方式選取、QEHS職業(yè)健康保護(hù)具有重要意義。在不同大梅沙河河段清淤工作中，首先要明確劃分工作任務(wù)、管理職責(zé)等，構(gòu)建清淤工程項目的質(zhì)量、環(huán)境、職業(yè)健康和安全(QEHS)的一體化管理體系。以此，通過QEHS體系運用管理信息、控制論和工程施工。其次，依據(jù)不同河道區(qū)域環(huán)境和岸坡接觸面穩(wěn)定性，通過QEHS指標(biāo)評估岸坡出現(xiàn)的質(zhì)量安全風(fēng)險、噪聲風(fēng)險的總體概率，以保證施工過程中質(zhì)量安全；在加固處理施工中，做好隔音措施、施工人員工作設(shè)備等，降低施工過程中可能出現(xiàn)的職業(yè)病危害，同時通過QEHS評估指導(dǎo)建立一套適合大梅沙河區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，人類社會可持續(xù)發(fā)展的管理措施，使其不僅能有效監(jiān)測岸坡穩(wěn)定性，而且能對相似河道清淤工程施工安全管理提供科學(xué)依據(jù)[7]。

4 結(jié) 論

本研究通過理論公式推導(dǎo)大梅沙河和不同里程變化情況，得出大梅沙河清淤工程清淤方量K0+028.48里程總挖掘量最高395.68 m2，K0+041.66里程總挖掘量13.43 m2，顯著低于其他部分里程總挖掘量。根據(jù)清淤前后河面位置和面積變化K0+041.66里程穩(wěn)定性最高，該結(jié)論與舒安平等利用Fellenius方法針對國內(nèi)河道區(qū)域岸坡穩(wěn)定性分析的治理理論公式結(jié)果較為相似。本研究通過分析河道岸坡及加固技術(shù)質(zhì)量安全管理措施，進(jìn)一步表明優(yōu)化后的加固措施是安全合理的，為相似區(qū)域清淤治理保護(hù)岸坡穩(wěn)定性提供一定的科學(xué)依據(jù)。