航道整治岸坡坍岸區的形成條件及機制

唐正濤，胡冬冬，陸雨晨，肖 翔

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

在航道岸坡穩定性分析中，降雨和江水位變化是十分重要的因素，在長江中上游地區雨季滑坡數量占全年滑坡總數的87%以上[1-3]。水位下降時，岸坡內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，導致土體抗剪強度降低。大多數學者認為這是造成岸坡失穩破壞的主要原因[4-8]。土質岸坡失穩按照運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開展了地質勘察，有針對性地布置了勘探孔，從水文條件、地層分布組成、巖土體物理力學性質等方面進行形成條件和形成機制分析，查明了滑移原因，能夠為岸坡坍岸區整治提供治理思路和方案依據。

1 坍岸區特征與勘探點布置方案

1.1 坍岸區特征

坍岸區坡頂高程約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人工堆積層、沖積層。

圖1 坍岸區平面

1.2 坍岸區勘探點布置方案

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

2 坍岸區巖土層物質組成及物理力學性質

根據勘察揭露，在坍岸區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粉質黏土(Q4al)、③粉細砂(Q4al)和③T1粉質黏土(Q4al)，其中③T1層為③粉細砂(Q4al)中的夾層，在鉆孔SMS1、SMS2中有揭露。坍岸區縱向地質剖面見圖2。

圖2 坍岸區縱向地質剖面

2.1 原位測試分析

按土層統一統計坍岸區內鉆孔SMS1、SMS2、SMS3的標準貫入試驗擊數平均值，按土層單獨統計坍岸區外鉆孔SMS4的標貫擊數平均值，見表1。可以看出，坍岸區外①2素填土和②粉質黏土兩個土層中的標貫擊數比坍岸區內同樣兩個土層中的標貫擊數有所偏高。

表1 標準貫入擊數

2.2 室內土工試驗分析

統一統計坍岸區內鉆孔SMS1、SMS2、SMS3的②粉質黏土層的含水率、直接快剪指標，單獨統計坍岸區外鉆孔SMS4的②粉質黏土層的含水率、直接快剪指標平均值，見表2。

表2 ②粉質黏土層的含水率、直接快剪指標

可以看出，坍岸區內鉆孔SMS1、SMS2、SMS3的②粉質黏土層的含水率比坍岸區外鉆孔SMS4的②粉質黏土層的含水率偏高，SMS1、SMS2、SMS3的②粉質黏土層的直接快剪指標比SMS4的②粉質黏土層的直接快剪指標偏低。根據勘察中的原位測試及室內試驗成果，分析得出各巖土層物理力學指標建議值，見表3。

表3 各巖土層物理力學指標建議值

3 坍岸形成條件分析

3.1 巖土性質條件

坍岸區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，易產生蠕動變形，不利于岸坡穩定。

3.2 地形地貌條件

坍岸區地形總體呈前緩后陡形態，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造了有利條件。

3.3 氣候條件

坍岸發生前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部土體特性的改變，加速地下水循環和水力聯系，易于引起土體蠕動變形。

3.4 坍岸區地下水位偏高

鉆孔SMS1、SMS2、SMS3位于坍岸區內，SMS4位于坍岸區外。根據對鉆孔的地下水位觀測，SMS1中穩定水位比江水位高8.19 m、比坍岸區外SMS4中穩定水位高4.12 m，SMS2中穩定水位比江水位高7.75 m、比坍岸區外SMS4中穩定水位高3.69 m，SMS3中穩定水位比江水位高11.96 m。由此可見，坍岸區內地下水位較江水位及坍岸區外地下水位均高出很多，并已經接近于地表(圖3、4)，水力梯度較大。江水位為場區地表和地下水最低排泄基準面，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，降低了土體的強度，導致岸坡的變形破壞。地下水位過高降低了坍岸區內土體的強度及坍岸區滑動帶的抗滑力，進而影響坍岸區岸坡的穩定性。

圖3 坍岸區內、外鉆孔水位相對高差(單位：m)

圖4 坍岸區內鉆孔水位與江水位相對高差(單位：m)

3.5 坍岸區坡頂道路后方的地表過長積水

據調查，坍岸區坡頂道路后方的空地及水溝里積水時間長，且地勢高，空地及水溝里的地表水入滲可能向坍岸區內滲流，引起坍岸區內地下水位抬升。

3.6 坍岸區后緣坡頂重載問題

在坍岸區后緣坡頂有一條臨時道路，經常會有重載卡車、混凝土罐車等經過，加大了坍岸區后緣的動荷載，增加了坍岸區土體的下滑力，不利于坍岸區的穩定。

4 坍岸形成機制

1)護岸工程完成后，河床坡腳進行了拋石處理，高程23 m以下進行護岸治理，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)受強降雨影響，后緣積水嚴重，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粉質黏土，②粉質黏土為相對隔水層，地下水下滲深度有限，大部分從①1雜填土、①2素填土層內滲出排入江中，從而改變了土的性能，降低了土體強度。

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

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，岸坡出現大量拉裂縫，逐漸形成了坍岸。

5)根據上述土層性狀分析，①1雜填土屬中等透水、①2素填土屬弱透水，土層性狀較差；②粉質黏土屬微-不透水層，軟可塑狀，土層性狀一般。根據鉆孔揭露，結合岸坡地形形態、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，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粉質黏土淺部土層可能受上部牽引作用稍有變化。

5 結語

1)坍岸區內存在地下水位偏高、坡頂道路后方積水時間長、后緣坡頂重載等3個地質問題。第1個問題降低了坍岸區地下水位以下土體的抗剪強度；第2個問題可能抬升坍岸區內地下水位；第3個問題有助于增加坍岸區的下滑力。3個工程地質問題均不利于坍岸區的穩定。

2)結合岸坡地形形態、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，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，并對坡頂填土層進行壓實加固。對坍岸區①2素填土進行換填，并進行分層壓實處理，除采取合理的護頂、護坡和護腳措施外，還應設置通暢的排水措施，建議設置反濾層防止地表水的潛蝕和江水的沖刷淘蝕。