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組成較為復雜，河床邊界穩(wěn)定性差。本文結合工程實例，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，也是長江上最復雜江湖關系的地區(qū)。

2003年三峽大壩關閘蓄水，進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。“窩崩”是長江沿岸危害最嚴重的一種崩岸形式（見圖1），其崩坍強度遠大于其他形式崩岸，往往造成堤外灘地崩失，使防洪大堤失去前沿屏障，嚴重時會導致防洪大堤崩裂，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，給國民經濟帶來巨大損失，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，甚至百余米和數百米。

窩崩一般在短時間完成。長江中游沙市河段內的窩崩都是在較短的時間內(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，強崩岸段主要發(fā)生在長江主河道強彎曲段的凹岸處，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和水流因素。導致崩岸發(fā)生的水流因素主要有主流的沖蝕作用、局部水流強烈的紊動結構和水位的波動變化。

窩崩發(fā)生的成因分析

1、地質因素

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，為典型的二元結構，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、透水性強的粉細砂層，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，使水流形成強烈的紊動，帶走崩窩內的泥沙，同時又使后面土體開裂和不斷崩塌。

2、水流因素

導致崩岸發(fā)生的水流因素主要有:主流的沖蝕作用、局部水流強烈的紊動結構和水位的波動變化。

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大沖蝕，而產生崩岸。

2.2局部水流強烈的紊動結構

根據河流動力學理論，河道沖刷一般發(fā)生在水流動力作用較強之處，而水流動力的強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，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，高水位時由于水體浸泡使得土體的強度降低，但由于受到水體的側向壓力，岸體仍會處于穩(wěn)定狀態(tài)。而當水位快速降低時，隨著側向水壓力頂托的失去，岸坡內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向土壓力產生的剪應力而發(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。

窩崩的防治措施

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

但對于水下地形變化較顯著、明顯出現坑槽的部位，按照常規(guī)的水下沉排和拋石施工工序，可能會出現排體與河床間存在間隙，水流在排體下淘刷河床的情形，導致排體下窩崩的持續(xù)發(fā)生，水下護底不僅未取得防護效果，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深槽的部位，應先進行拋枕填槽處理，在岸坡達到穩(wěn)定的坡度后，進行水下沉排及拋石壓載施工。對于坡腳段，沉排完成后及時進行拋石護腳。只有保證了河床底部的穩(wěn)定，才能從根本上防止窩崩現象的發(fā)生。

崩窩后的處理

荊江河道沙市河段臘林洲守護工程施工中先后出現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 窩崩現場特征圖

崩窩出現后，岸線呈十分明顯的鋸齒形，并形成較多的磯頭，不利于護岸的穩(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，應用較普遍的施工方法為拋投沙枕袋填補窩崩部位，進行系結壓載軟體排護底，并采用拋石護面的施工形式。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坡和鎮(zhèn)腳。需要補坡的部位先拋枕補坡，不需補坡的部位先拋一層枕進行鎮(zhèn)腳。待拋枕岸坡穩(wěn)定后再進行沉排護底的施工，然后進行拋石鎮(zhèn)腳。

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

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，在對水下地形進行持續(xù)觀測中，岸坡整體已較穩(wěn)定。

圖3 窩崩后修復的坡面

結語

本文對荊江河道沙市河段的岸坡窩崩成因及治理措施進行了淺析，更高效的防治和處理措施還有待更進一步的研究和實踐。在以后的護岸工程施工中要密切關注水流的流態(tài)及岸線的變化，加強對水下地形的觀測測量，發(fā)現問題及時予以處理，避免帶來災害損失。

（作者單位：長江武漢航道工程局）