城市河流整治工程對岸坡淺埋管道影響探究

付東王，朱 杰，周春峰，范成文

(1.南京市水利規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京 210022；2.南京市水務設施管理中心，江蘇 南京 210004；3.河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098)

城市工業廢水和生活廢水中含有大量污染物，排入河流后可造成嚴重的生態破壞。此外，排入河流的混合物會沉積于水底形成粘滯力較強的淤泥。為防止河床抬高，河流不暢，最直接的措施便是清淤整治。對于一些老舊河流，其河床淤泥量很大，清淤施工即相當于卸載的過程，這會引起岸坡發生側滑甚至塌方事故。若此時岸坡沿線有管道穿過，很有可能使得管道發生變形，嚴重時引起管道的剪切破壞或彎矩破壞。

針對城市河流開挖等基坑工程，國內外城市河流整治工程中通常在清淤后采用拋石和設置圍擋結構的措施來加固河床、提高岸坡穩定性。然而，拋石過程對河床持續施加壓力，會導致河床線下降，則岸坡可能會加劇滑移。本文依托南京市某河流整治工程，通過現場監測探究清淤、拋石以及設置圍擋結構對岸坡淺埋管道的影響。

1 工程概況

南京市某河道治理工程全長約300m，整治后的河道橫斷面呈近似梯形，河底寬度4m，河頂寬度20m，河底高程為5.0m。其中一側的漿砌碎石擋墻外側約2m處有一高壓自來水管道，直徑為1.4m，埋深約0.5～1.0m，材質為鋼化玻璃纖維，且與擋墻走向平行，如圖1所示。

圖1 管道位置示意圖

根據現場勘察、室內土工試驗、原位測試結果，勘察范圍內自然沉積土層自上而下劃分為3層5亞層，具體如下：

(1)1- 1雜填土:雜色～褐灰色，松散～稍密，由含量占約20%～50%的碎石、碎磚、混凝土塊混粉質粘土填積而成，土質不均，填齡在5～10年。分布于整個場地，層厚0.60～4.70m，層底標高3.77～6.24m。

(2)1- 2素填土:灰黃、黃灰色～灰褐色，流塑，由粉質粘土混少量碎磚、碎石等填積，夾少量植物根系，局部夾淤泥質土，填齡大于10年。分布于整個場地，層厚0.80～3.10m，層底標高1.66～3.84m。

(3)2- 1淤泥質粉質黏土夾薄層粉砂:灰色，流塑，局部軟塑，為粉質粘土局部夾粉砂薄層，切面稍有光澤，韌性、干強度中等偏低，高壓縮性。分布于整個場地，層厚1.30～4.40m，層底標高-1.30～0.97m。

(4)2- 2粉質粘土夾粉砂:灰色，飽和，軟塑狀態，含少量腐殖物，具淤臭味，以粉質粘土為主，局部為流塑粉質粘土，夾薄層粉土與粉砂。切面稍有光澤，韌性中等偏低，干強度中等偏低。分布于整個場地，層厚2.40～11.80m，層底標高-11.44～-1.56m。

(5)3粉砂:青灰色，飽和，中密狀態，含少量白云母碎片，主要礦物成份為石英，級配一般，局部夾薄層軟塑粉質粘土。該層未鉆穿，最大揭露厚度為14.40m。典型的地質剖面如圖2所示。

圖2 地質典型剖面圖

2 河道治理與現場監測

河道清淤深度約為1.5m，清淤后采用40cm厚塊石擠淤，其上依次為粗砂墊層、土工布和生態格網墊塊。為防止岸坡土體發生較大滑移，在岸坡底部打入木樁，并設置一道漿砌碎石擋墻作為圍擋結構，如圖3所示。

圖3 漿砌碎石擋墻結構示意圖

現場監測采用間接法進行測量，主要內容包括管道前緣土體深層水平位移、管道沉降及水平位移等。觀測工期與河道施工同步開始，完工后繼續觀測1周以確保安全。監測工作大體約為50d(2018年4月20日—6月10日)，各工序持續的時間范圍見表1。

表1 現場施工工序

3 結果分析

3.1 沉降量變化分析

河道整治施工過程中，既有淺埋管道典型監測點的沉降量變化分析結果如圖4所示，由于土質延長度方向變化不大，各測點的變化量也基本一致。

圖4 管道累計沉降量

從其累計沉降量-時間關系可以分析發現，河道管道施工區域開始開挖作業前期，管道近處沉降總體較大且發展較快。往河床拋石擠淤階段，塊石對下臥流塑狀雜填土和2- 1層淤泥質粉質黏土夾薄層粉砂具有一定的加荷作用，但并未加大岸坡土體的沉降變形。漿砌碎石擋墻等圍擋結構設置完成后，沉降逐漸趨于穩定，最大沉降量約為3.8mm。

3.2 表層水平位移量變化分析

河道整治施工過程中，既有淺埋管道監測點的水平變化分析結果如圖5所示。

圖5 管道累計水平位移量

通過對既有管道處累計水平位移-時間關系分析發現，管道表層水平位移受施工的影響基本上跟沉降量呈現出相似的變化規律。其最大變形量約為5.0mm，低于規范限值，且總體較小，對既有淺埋管道的安全穩定性影響不大。5月20日之后，隨著設置擋墻、補打抗滑木樁和回填支撐塊石等措施的實施，水平位移量逐漸穩定，從而有效地抑制了管道周圍土體向河道內側位移的趨勢。

3.3 深層水平位移量變化分析

對管道周邊的岸坡設置了10個深層水平位移監測點，測斜孔深約20.5m，典型變化情況如圖6所示。從深層水平位移變化圖可以分析發現，測斜監測點均產生了不同程度的水平位移，深度越小，位移量越大，在深度1m的位置位移量達到最大，約為4.8mm，這符合土力學中“表層土更易受到擾動”的說法。此外，監測過程中個別日期監測點數據存在波動，可能是由于測量誤差、降雨、大型機械在場地作業等因素導致，不影響整體位移變化趨勢。

圖6 岸坡深層水平位移量

4 結論

(1)清淤時河床卸去大量荷載，使得岸坡淺埋管道向河流內側急劇位移，同時產生沉降。

(2)現場拋石擠淤的施工步驟雖然對河床起到了加載作用，但并未引起岸坡管道的明顯位移。

(3)圍擋結構的設置可有效限制管道的位移變化趨勢，管道最終是安全穩定的。

本項目以河流整治工程中對臨近岸坡既有淺埋管道的保護為出發點，可為今后類似工程提供參考。清淤和拋石過程現場有大型機械長時間作業，此因素對周圍管道影響方面有待進一步探究。