广州港出海航道试挖槽边坡稳定性分析

袁胜英 ，应 强

（1.南京水利科学研究院，南京210029；2.水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京210029）

边坡稳定性指边坡岩、土体在一定坡高和坡角条件下的稳定程度，在工程实施过程中寻找稳定的边坡相当重要，如果边坡过缓，势必加大开挖量，增加资金投入，延误工期；如果边坡过陡，不利于边坡稳定，会影响工程正常运行。

广州港是我国华南最大的主枢纽港。改革开放以来，随着港口吞吐量的增加且进港船舶趋于大型化，广州港对提高出海航道通航等级的需求日益迫切。目前广州港出海航道一期和二期工程已投入使用，出海航道的三期（10万t级航道）工程建设也进入工可研阶段，为对三期航道的设计和建设进行优化，广州市政府先期安排了航道试挖槽工程，文章重点研究伶仃航段（KP17～KP60）（图1）的边坡变化，通过对比分析得出航道边坡稳定情况。

图1 伶仃航段（KP17～KP60）Fig.1Lingding channel（KP17～KP60）

1 伶仃洋概况

伶仃洋是珠江口东部4个口门（虎门、蕉门、洪奇沥和横门）注入的河口湾，位于东经 113°33′～114°09′，北纬22°12′～22°45′。湾型呈喇叭状，走向接近 NNW—SSE 方向，湾顶宽约4 km（虎门口），湾口宽约30 km（澳门至香港大濠岛之间），纵向长达72 km［1］。经虎门、蕉门、洪奇沥和横门注入伶仃洋的年径流总量为1 670亿m3，占珠江年总径流量的55.3%［2］。珠江径流年内分配极不均匀，汛期4～9月约占全年径流总量的80%，6～8月则占全年总量的50%以上。

伶仃洋“三滩两槽”的格局多年不变，东部矾石水道深槽历年来保持稳定［3］。泥沙主要来源于陆域，海域来沙很少，输沙量的年内分配极不均匀。其中海域水体悬移质的中值粒径一般为0.002～0.017 mm，大潮粗，中、小潮细，但差别不大，床沙的中值粒径变化范围在0.002～0.64 mm。有北粗南细、东粗西细、槽粗滩细、峡粗湾细的空间分布特征［4］。

伶仃洋为弱潮河口，潮差较小，潮差由东向西逐渐递减，由湾口向湾顶逐渐递增。潮汐类型属不规则半日混合潮型，潮高和潮历时存在明显的不等现象，特别是在某些时段，还会出现全日潮。最高潮位一般出现在洪季，最低潮位出现在枯季或汛后。

2 工程概况

广州港出海航道自伶仃洋湾口附近的桂山锚地，经榕树头水道、伶仃航道、川鼻航道、大虎航道、坭洲头航道和莲花山东航道至黄埔新港，全长约115 km。航道全线主要有2个浅段，即虎门内的莲花山浅段和虎门外的伶仃洋浅段［5］。伶仃航道自1959年开通后，不断进行维护浚深，1998年11月～2000年8月完成了出海航道一期工程（底宽160 m，底标高-11.5 m，3.5万t级船舶乘潮进出港），二期工程于2004年3月开工建设，2006年底完工，航道设计底标深到-13 m，满足5万t级船舶双向通航，可随时进出广州港；广州港出海航道三期工程拟将航道设计底标高浚深到-17 m，底宽拓至24 m，10万t级集装箱船舶不乘潮通航、12万t级散货船舶可乘潮单向通航，5万t级船舶可双向通航［6］。

广州港出海航道试挖航段由南沙港区至伶仃洋口外，全长约66 km，按底宽230 m、底标高－15.5 m、边坡1∶5设计开挖。试挖槽处的伶仃航道比二期工程深度增加了2.5 m，底宽扩大了70 m，边坡也变陡了很多，与即将开展的三期工程建设有很多类似之处。

虎门以内航道水深条件历来较好，二期工程以前，该航段的维护疏浚量基本保持在每年几十万方的水平。二期工程航道增深了2.5 m，目前还没有资料表明回淤量是否会增加。为了合理安排疏浚维护工作，有必要对这段航道的回淤情况开展调查分析。

3 航道地形检测分析

3.1 数据采集方法

根据2008年1月、4月、9月3次航道测量的地形资料，对航道边坡进行计算，分析平均坡度，以及不同时间的变化情况。计算坡度用高度H与水平长度L的比值来表示。

3.2 伶仃航道边坡稳定性初步分析

3.2.1 边坡整体概况

广州港出海航道三期航道试挖工程，设计边坡由原来的1∶10调整为1∶5，边坡作了较大调整。统计时根据不同组次航道地形的测量资料，计算出伶仃航道挖槽段两侧的边坡坡度，统计范围为KP17～KP60，共计28个断面，只统计航槽底边至断面发生明显的拐点地形，不统计断面边坡为零或负边坡。计算每个断面东、西侧边坡坡度（表1）及各组次的平均坡度（表2）。

3.2.2 航道东侧边坡变化

通过对比航道沿程各桩号不同时间的断面图，东侧边坡变化主要表现为：

（1）桩号KP17～KP31，1～4月主要以淤积为主，淤积集中在坡顶，坡底相对较小，坡顶淤积使得此段航道边坡变陡，9月份测图所得的航道东侧边坡大多介于1～4月份边坡线之间。典型断面如KP27+446（图2）所示，统计可知，此航段东边坡坡比1月份为1∶10.1，4月份为1∶8.0，9月份较4月份有所冲刷，介于1～4月，9月份坡比为 1∶9.2。

（2）桩号KP32～KP45，1～4月主要以淤积为主，淤积分布于整个坡面，不同断面淤积强度大小不同，9月份测图所得的航道东侧边坡大多介于1～4月份边坡线之间，统计KP32～KP45的东侧坡比，1月份为1∶9.8，4月份为 1∶9.1，9 月份为 1∶8.2。

（3）桩号KP46～KP60，由于1月份测图中东侧边坡的点据很少，很难反映整个边坡的实际情况，因此不对1月份测图进行讨论。就4月份和9月份测图比较，KP46～KP48、KP54、KP55及KP59+630断面边坡有所淤积，其他断面则变化不大或有所冲刷。KP46～KP60的东侧坡比，1月份为1∶14.6，4月份为1∶8.7，9月份为1∶8.9。

表1 伶仃航道不同断面边坡坡比Tab.1 Slope ratios of different sections in both east and west of Lingding channel

表2 伶仃航道东、西侧平均坡比Tab.2 Average slope ratio in both east and west of Lingding channel

由以上分析可知，2008年1月与4月平均坡比相差较大，4月与9月平均坡比相差较小，1～4月边坡淤积较多，4～9月边坡有所冲刷，只有少数断面略有淤积。4月与9月平均坡比变化幅度较小，说明边坡冲淤变化小，边坡将趋于稳定。

3.2.3 航道西侧边坡变化

通过对比航道沿程各桩号不同时间的断面图，西侧边坡变化主要表现为：

（1）桩号KP17～KP31，1～4月主要以淤积为主，淤积部位也集中在坡顶，4～9月变化不大或略有冲刷，与东侧边坡比较，桩号KP17～KP24西侧边坡的淤积量不及东侧边坡大。9月份的边坡与4月基本相同，较4月份略有冲刷。此航段西侧边坡坡比1月份为1∶16.1，4 月份为 1∶16.2，9 月份为 1∶14.0；桩号KP25～KP31西侧边坡的淤积量大于东侧边坡，西侧边坡坡比1月份为1∶10.2，4月份为 1∶6.4，9 月份为 1∶7.3。

（2）桩号 KP32～KP45，1～4 月主要以淤积为主，淤积分布于整个坡面，其中只有少数断面的淤积较小或基本不变（如KP34、KP43 及 KP44），4～9 月份的测图在 KP34～KP39变化不大或略有冲刷，KP40、KP41基本不变，KP42冲刷、KP43淤积，KP44基本不变，9月份实测的边坡线主要介于1～4月份边坡线之间，根据1～9月份边坡比较可知，除 KP34、KP38、KP42及 KP44变化不大外，其余断面均为淤积。1月份为1∶8.8，4月份为1∶8.1，9 月份为 1∶7.4。

（3）桩号 KP46～KP60，与东侧边坡情况相同，西侧边坡1月份测点据很少，因此不对1月份测图进行讨论。就4月份和9月份测图比较，KP46～KP53边坡基本不变或略有冲刷，KP54～KP58边坡基本不变或略有淤积，KP59～KP60航道底部较宽（与南沙港进口航道有关），西部已无边坡（图 3）。统计 KP46～KP58 的西侧坡比，1 月份为 1∶17.3，4 月份为 1∶8.3，9 月份为1∶8.7。

从西侧坡比变化看出，KP17～KP60航道边坡主要以淤积为主，东侧淤积少，西侧淤积多。从相邻测量月份平均坡比统计结果可知，4月份平均坡比比1月大，9月平均坡比介于两者之间，但1月与4月平均坡比变化幅度明显大于4月与9月的变化幅度。边坡随着季节变化而变化，但这种变化幅度在不断减小，4月与9月平均坡比变化较小，说明边坡处于相对稳定状态。

图2 KP27+446断面东侧边坡Fig.2 East slope of section KP27+446

图3 KP59+630断面不同时间变化情况Fig.3 Variation of section KP59+630 in different months

4 结语

（1）伶仃航段（KP17～KP60间疏浚）航道东、西两侧边坡坡比的总体变化为：2008年1月分别为1∶11.1和 1∶11.7，4 月分别为 1∶8.6 和 1∶8.5，9 月分别为 1∶8.8 和 1∶8.4。1～4 月平均坡比变化较大，4～9 月平均坡比变化较小，基本稳定在1∶8.5左右。

（2）文中所采用的边坡坡度不是最大坡度，也不是坡脚附近的坡度，而是断面平均坡度。航道东、西两侧坡脚附近（2 m）的坡度总体变化为：2008 年 1 月分别为 1∶8.9 和 1∶9，4 月分别为 1∶5.8 和 1∶4.9，9 月分别为 1∶6.2和1∶4.9。坡脚坡度与断面平均坡度随时间变化趋势一致，但坡脚坡度比整个坡面陡，说明试挖槽的边坡还不稳定，有进一步发展趋势，还需更深入的研究。

（3）本文分析是基于现有航道所处的地质资料，若航道继续挖深至17 m，还需考虑此间土层的地质资料组成情况来设计，以保证航道边坡的稳定性。

［1］陈志民，蔡南树，辛文杰.珠江口伶仃洋航道的回淤分析［J］.海洋工程，2002，20（3）：61-68.CHEN Z M，CAI N S，XIN W J.Anlaysis on the sedimentation of the Lingding channel in the Zhujiang estuary［J］.The Ocean Engineering，2002，20（3）：61-68.

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