航道整治岸坡坍岸區(qū)的形成條件及機(jī)制

唐正濤，胡冬冬，陸雨晨，肖 翔

(長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，長江航道勘察設(shè)計院(武漢)有限公司，湖北 武漢 430040)

在航道岸坡穩(wěn)定性分析中，降雨和江水位變化是十分重要的因素，在長江中上游地區(qū)雨季滑坡數(shù)量占全年滑坡總數(shù)的87%以上[1-3]。水位下降時，岸坡內(nèi)水位線的變化滯后于岸坡外水位的變化；水位上升時，土體密度增加，飽和度也同時增加，導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為這是造成岸坡失穩(wěn)破壞的主要原因[4-8]。土質(zhì)岸坡失穩(wěn)按照運(yùn)動形式可分為推移式和牽引式[9]，推移式滑坡是上部巖土層滑動擠壓下部產(chǎn)生變形，滑動速度較快，滑體表面波狀起伏，多見于有堆積物分布的斜坡地段[10]；牽引式滑坡主要特征為下部先滑使上部失去支撐而變形滑動，一般速度較慢，多呈上小下大的塔式外貌，橫向張性裂隙發(fā)育，表面多呈階梯狀或陡坎狀，常形成沼澤地[11]。本文針對某航道整治工程岸坡的已坍岸區(qū)開展了地質(zhì)勘察，有針對性地布置了勘探孔，從水文條件、地層分布組成、巖土體物理力學(xué)性質(zhì)等方面進(jìn)行形成條件和形成機(jī)制分析，查明了滑移原因，能夠為岸坡坍岸區(qū)整治提供治理思路和方案依據(jù)。

1 坍岸區(qū)特征與勘探點布置方案

1.1 坍岸區(qū)特征

坍岸區(qū)坡頂高程約27.3 m，坡腳水邊高程為14.2 m，高差13.1 m，總體坡度約11°。坍岸區(qū)平面范圍沿航道方向，上下游長約153 m，坡頂至坡腳水平距離約60 m，平面呈圈椅狀，坍岸區(qū)平面見圖1。坍滑體厚度5.0～6.0 m、前后緣一般2.0～3.0 m，約2.3萬m3。地層依次為第四系全新統(tǒng)人工堆積層、沖積層。

圖1 坍岸區(qū)平面

1.2 坍岸區(qū)勘探點布置方案

為查明并比較分析坍岸區(qū)域內(nèi)外的地質(zhì)及水文等條件，以便于坍岸區(qū)的成因條件及機(jī)制分析研究，在坍岸區(qū)域內(nèi)針對坍岸區(qū)橫向布置2個鉆孔SMS1和SMS2，在坍岸區(qū)后緣坡頂布置1個鉆孔SMS3，在坍岸區(qū)域外靠下游側(cè)布置1個鉆孔SMS4。這樣以SMS3、SMS2及前期鉆孔JH33形成1條坍岸區(qū)縱向剖面，以SMS2、SMS1、SMS4形成1條坍岸區(qū)橫向剖面。勘探點平面布置見圖1。

2 坍岸區(qū)巖土層物質(zhì)組成及物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)勘察揭露，在坍岸區(qū)范圍附近的巖土層分為5個單元層，自上而下分別為①1雜填土(Qml)、①2素填土(Qml)、②粉質(zhì)黏土(Q4al)、③粉細(xì)砂(Q4al)和③T1粉質(zhì)黏土(Q4al)，其中③T1層為③粉細(xì)砂(Q4al)中的夾層，在鉆孔SMS1、SMS2中有揭露。坍岸區(qū)縱向地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 坍岸區(qū)縱向地質(zhì)剖面

2.1 原位測試分析

按土層統(tǒng)一統(tǒng)計坍岸區(qū)內(nèi)鉆孔SMS1、SMS2、SMS3的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)平均值，按土層單獨統(tǒng)計坍岸區(qū)外鉆孔SMS4的標(biāo)貫擊數(shù)平均值，見表1?？梢钥闯觯秴^(qū)外①2素填土和②粉質(zhì)黏土兩個土層中的標(biāo)貫擊數(shù)比坍岸區(qū)內(nèi)同樣兩個土層中的標(biāo)貫擊數(shù)有所偏高。

表1 標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)

2.2 室內(nèi)土工試驗分析

統(tǒng)一統(tǒng)計坍岸區(qū)內(nèi)鉆孔SMS1、SMS2、SMS3的②粉質(zhì)黏土層的含水率、直接快剪指標(biāo)，單獨統(tǒng)計坍岸區(qū)外鉆孔SMS4的②粉質(zhì)黏土層的含水率、直接快剪指標(biāo)平均值，見表2。

表2 ②粉質(zhì)黏土層的含水率、直接快剪指標(biāo)

可以看出，坍岸區(qū)內(nèi)鉆孔SMS1、SMS2、SMS3的②粉質(zhì)黏土層的含水率比坍岸區(qū)外鉆孔SMS4的②粉質(zhì)黏土層的含水率偏高，SMS1、SMS2、SMS3的②粉質(zhì)黏土層的直接快剪指標(biāo)比SMS4的②粉質(zhì)黏土層的直接快剪指標(biāo)偏低。根據(jù)勘察中的原位測試及室內(nèi)試驗成果，分析得出各巖土層物理力學(xué)指標(biāo)建議值，見表3。

表3 各巖土層物理力學(xué)指標(biāo)建議值

3 坍岸形成條件分析

3.1 巖土性質(zhì)條件

坍岸區(qū)江水位浮動范圍及以上岸坡土層為①1雜填土、①2素填土等松散土層，在土體自重作用下，易產(chǎn)生蠕動變形，不利于岸坡穩(wěn)定。

3.2 地形地貌條件

坍岸區(qū)地形總體呈前緩后陡形態(tài)，中前部綜合坡角11°，單級岸坡坡度14°～18°，后緣填土形成陡坡約33°，局部60°左右，高約3.5 m，在后緣重力作用下對坡體的變形破壞創(chuàng)造了有利條件。

3.3 氣候條件

坍岸發(fā)生前20余天基本一直有降雨天氣，降雨量較大，雨水入滲后會加速岸坡內(nèi)部土體特性的改變，加速地下水循環(huán)和水力聯(lián)系，易于引起土體蠕動變形。

3.4 坍岸區(qū)地下水位偏高

鉆孔SMS1、SMS2、SMS3位于坍岸區(qū)內(nèi)，SMS4位于坍岸區(qū)外。根據(jù)對鉆孔的地下水位觀測，SMS1中穩(wěn)定水位比江水位高8.19 m、比坍岸區(qū)外SMS4中穩(wěn)定水位高4.12 m，SMS2中穩(wěn)定水位比江水位高7.75 m、比坍岸區(qū)外SMS4中穩(wěn)定水位高3.69 m，SMS3中穩(wěn)定水位比江水位高11.96 m。由此可見，坍岸區(qū)內(nèi)地下水位較江水位及坍岸區(qū)外地下水位均高出很多，并已經(jīng)接近于地表(圖3、4)，水力梯度較大。江水位為場區(qū)地表和地下水最低排泄基準(zhǔn)面，地表水、地下水由坡表和松散層(雜填土及素填土)向江中排泄，降低了土體的強(qiáng)度，導(dǎo)致岸坡的變形破壞。地下水位過高降低了坍岸區(qū)內(nèi)土體的強(qiáng)度及坍岸區(qū)滑動帶的抗滑力，進(jìn)而影響坍岸區(qū)岸坡的穩(wěn)定性。

圖3 坍岸區(qū)內(nèi)、外鉆孔水位相對高差(單位：m)

圖4 坍岸區(qū)內(nèi)鉆孔水位與江水位相對高差(單位：m)

3.5 坍岸區(qū)坡頂?shù)缆泛蠓降牡乇磉^長積水

據(jù)調(diào)查，坍岸區(qū)坡頂?shù)缆泛蠓降目盏丶八疁侠锓e水時間長，且地勢高，空地及水溝里的地表水入滲可能向坍岸區(qū)內(nèi)滲流，引起坍岸區(qū)內(nèi)地下水位抬升。

3.6 坍岸區(qū)后緣坡頂重載問題

在坍岸區(qū)后緣坡頂有一條臨時道路，經(jīng)常會有重載卡車、混凝土罐車等經(jīng)過，加大了坍岸區(qū)后緣的動荷載，增加了坍岸區(qū)土體的下滑力，不利于坍岸區(qū)的穩(wěn)定。

4 坍岸形成機(jī)制

1)護(hù)岸工程完成后，河床坡腳進(jìn)行了拋石處理，高程23 m以下進(jìn)行護(hù)岸治理，綜合坡度約11°，高程23 m以上為自然岸坡，坡度較陡，形成早期的前緩后陡地形。

2)受強(qiáng)降雨影響，后緣積水嚴(yán)重，岸坡地下水位大幅度抬升，岸坡土層從上至下依次為①1雜填土、①2素填土、②粉質(zhì)黏土，②粉質(zhì)黏土為相對隔水層，地下水下滲深度有限，大部分從①1雜填土、①2素填土層內(nèi)滲出排入江中，從而改變了土的性能，降低了土體強(qiáng)度。

3)強(qiáng)降雨后，受地表水、地下水的影響，在土體自重及外部荷載影響下，后緣出現(xiàn)拉裂縫，岸坡產(chǎn)生蠕動變形。

4)蠕動變形后，地表仍有積水，地下水仍處于高位，未能得到及時疏排，岸坡出現(xiàn)大量拉裂縫，逐漸形成了坍岸。

5)根據(jù)上述土層性狀分析，①1雜填土屬中等透水、①2素填土屬弱透水，土層性狀較差；②粉質(zhì)黏土屬微-不透水層，軟可塑狀，土層性狀一般。根據(jù)鉆孔揭露，結(jié)合岸坡地形形態(tài)、土層性狀及分布特征綜合分析，坍岸變形是在①1雜填土、①2素填土內(nèi)，①2素填土底面大概率為坍岸變形底部邊界即滑移面，下部②粉質(zhì)黏土淺部土層可能受上部牽引作用稍有變化。

5 結(jié)語

1)坍岸區(qū)內(nèi)存在地下水位偏高、坡頂?shù)缆泛蠓椒e水時間長、后緣坡頂重載等3個地質(zhì)問題。第1個問題降低了坍岸區(qū)地下水位以下土體的抗剪強(qiáng)度；第2個問題可能抬升坍岸區(qū)內(nèi)地下水位；第3個問題有助于增加坍岸區(qū)的下滑力。3個工程地質(zhì)問題均不利于坍岸區(qū)的穩(wěn)定。

2)結(jié)合岸坡地形形態(tài)、土層性狀及分布特征綜合分析，坍岸變形是在①1雜填土、①2素填土內(nèi)，①2素填土底面大概率為坍岸變形底部邊界即滑移面，下部②粉質(zhì)黏土淺部土層可能受上部牽引作用稍有變化。

3)坡頂緊鄰垃圾掩埋場，建議做好垃圾掩埋場的地表水疏排，對坡頂采取防滲措施，隔斷垃圾掩埋場與岸坡的水力聯(lián)系。

4)建議對高程23 m以上自然邊坡采取削坡降緩措施，并對坡頂填土層進(jìn)行壓實加固。對坍岸區(qū)①2素填土進(jìn)行換填，并進(jìn)行分層壓實處理，除采取合理的護(hù)頂、護(hù)坡和護(hù)腳措施外，還應(yīng)設(shè)置通暢的排水措施，建議設(shè)置反濾層防止地表水的潛蝕和江水的沖刷淘蝕。