软土区黄河故道疏浚工程岸坡稳定性分析

张丽媛　郭连峰　王赟

摘要：河流流经冲积淤泥形成的软土地区容易发生淤积，需要进行河道疏浚。为了分析疏浚工程施工对河岸边坡的影响，以苏北沿海平原地区和响坎河为研究对象，分析了软土地质条件下黄河故道疏浚治理中沿岸边坡的稳定性，并对干法施工和带水施工两种方式进行对比。在综合考虑河道特征、功能定位以及地质条件的基础上，采用框格混凝土植草护坡方案对经流黄河故道的河道两岸进行生态防护。结果表明：采用干法施工易造成岸坡失稳，且抗滑安全系数低于规范要求值，宜采用带水施工方式。防护后的边坡抗倾覆稳定性和整体安全系数均满足要求，安全系数提高显著。

关键词：疏浚工程； 边坡稳定性； 边坡加固； 生态防护； 软土地区;黄河故道

中图法分类号：TV851

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.12.004

文章编号：1006-0081（2023）12-0025-06

0引言

有泥沙覆盖的黄淮冲积淤层形成以沙土和泥沙为主的土层，极易造成水土流失，因此该地质条件下的河流常发生河道淤积［1-2］。河道淤积会造成水闸冲刷严重、河道排涝标准不能满足需求；河道淤积抬高河床、缩窄河口宽度，影响灌区引水灌溉［3］。河道疏浚可以提高区域排涝能力、提高区域灌溉引水能力、优化水资源配置和改善河流水生态［4-5］。

前人对河道岸坡稳定性的影响因素和土力学理论进行了研究。Athanasios等［6］和舒安平等［7］研究了弯道水流对河床岸滩侵蚀的发展过程及其影响。张幸农等［8］在总结长江中下游河道边坡失稳影响因素的基础上，归纳发现长江中下游河段4/5的岸坡失稳都发生在受水流剧烈冲刷的河道迎流顶冲点和凹岸弯顶区域，明确指出土体组成、潜水位及河道水位会对岸坡失稳产生重要影响，但是岸坡失稳的最主要影响因素是近岸水流冲刷。假冬冬等［9］通过引入侧向黏聚力，针对黏性边坡的稳定性受相邻岩土体影响进行分析研究。Dang等［10］基于极限平衡法（LEM）的数值分析评估了不同河流水位条件下加固河岸系统的安全系数。李宗华［11］以松花江干流治理工程为研究对象，通过对比分析不同形式岸坡对边坡稳定性的影响，发现生态护坡固岸作用最明显。侯晋芳等［12］分析了抗剪强度低、灵敏度高的软土边坡在施工期间反映实际土体滑动面抗剪强度的抗剪强度指标，采用回归分析法对边坡安全系数进行修正。

前人对软土河道边坡稳定性的研究较少，本文以苏北沿海平原地区响坎河软土地质条件的黄河故道河段为研究对象，分析河道疏浚治理工程软土边坡的稳定性，在总结引起河道边坡失稳因素的基础上，计算干法施工和带水施工情况下的边坡安全系数，通过对比确定该段河道治理采用带水施工方式。

1研究区域概况

响坎河南起黄河故道，北至灌河，穿越沂南区和废黄河区，长约24.6 km。以运响河节制闸为界分为两段，北段长约20.7 km，属沂南地区；南段长约3.9 km，属黄河故道地区。节制闸以北沂南段主要功能为排涝、引水以及航运；以南黄河故道段主要功能为引水。在响坎河实际排涝时，北岸河漫地涝水主要通过坡面汇水及沿线支河自排汇入黄河故道。

2工程地质条件

响坎河黄河故道沿线为第四系潟湖相和滨海相地层，除浅部填土外，均为第四系全新统沉积地层。综合地层成因类型、土层发育情况与分布特征，河道开挖线以上主要为第（1A）、（1B）、（1C）、（2）、（3A）、（3B）层，河底多位于第（3B）层，局部河段河底位于第（3）、（3A）层土中。第（3）层淤泥质粉质黏土属软土，流塑状态，偶夹薄层（0.1～0.2 cm）砂壤土，欠均匀，孔隙比大于1，天然含水率大于液限，液性指数大于1，具有含水率高、压缩性高、孔隙比大、灵敏度高、强度低以及触变性、流变性和抗冲刷能力差等特点，是该场地较软弱的工程地质单元之一，工程性质差。第（3）层淤泥质粉质黏土在河道开挖线以内，抗冲刷能力差，直接影响河道的边坡稳定。此外，第（3A）层轻粉质砂壤土夹淤泥质粉质黏土、第（3C）、（5）层轻粉质壤土夹淤泥质粉质黏土的工程性质与软土相近，均按照软土考虑。岩土物理力学性质见表1。

地表水主要汇集于响坎河中，水位随季节变化较大，汛期水位较高，枯水期水位较低。河道两岸勘探深度范围内地下水主要为赋存于松散沉积物中的孔隙水，第（3）层以浅地下水具潜水性质，与地表水连通较好，其补给来源为大气降水和地表水，主要排泄方式为蒸发和径流。

3河道边坡稳定性分析

3.1边坡失稳原因

在土体性质、地形地貌、气象条件和水文作用等主要因素的影响下［13-15］，河道岸坡出现失稳现象。在水流冲刷作用下，邊坡土体的基本物理状态稳定性发生变化，土体抗剪强度降低，可能发生岸坡失稳［16］。当河道水流漫过边坡坡面时，岸坡土体软化，抗剪强度降低，会发生土坡的下切侵蚀。

在河道变水位区间内，边坡坡面被波动水流侵蚀，当波动区水流速度从高流速突然变慢时会产生水跃。水跃冲击坡面、冲刷岸坡、舔舐坡面，会导致坡面破坏进而失稳。根据河道水力特征，水跃现象的剧烈程度取决于弗劳德数Fr（表2），计算如下：

3.2边坡稳定计算

由于河道两岸淤泥层较厚，若采用将河道流水排干的干法施工，水位快速下降，坡内水位的下降速度显著滞后于坡外，边坡孔隙水压力降低，产生指向坡外的渗流，直接干扰两岸岩土体渗流场和应力场。受到高剪切力和有效应力改变的影响，坡体内有滑坡的风险，并且呈现出典型的牵引式发展模式。河道处于软土地区，在水位快速下降过程中，边坡土体所受到的浮力减小，但同时边坡土体内的孔隙水无法及时排出导致坡体内水位比河水位高，形成影响岩坡稳定的超孔隙水压力，外部水体推力消失和基质吸力恢复缓慢，饱和淤泥质边坡稳定系数的下降率相比砂质边坡提高了超过3倍。本研究对干法工况进行试算，结果显示，除局部钻孔外，沿线钻孔大多不符合规范中的稳定要求，试算结果如图1所示。

如果采用带水施工方法，即施工期不进行抽水、降水等，不改变河道岸坡渗流场和坡体

抗剪强度，并对边坡在设计洪水下稳定渗流期正常运行期的饱和渗流状态和设计洪水骤降期水位降落期的临水侧堤稳定性进行计算。计算方式如图2所示，计算结果如表3所示。

4河道岸坡防护

根据地质情况，结合河道断面现状，设置驳岸护坡时，基础设计形式应视相应河段的土层土质情况确定。可采用天然地基，并进行地基承载力、变形和抗滑、抗倾覆等验算。应根据拟整治河道的实际情况合理选择岸坡整治防护形式。在河道疏浚过程中，综合运用排水截水加固、增加滑坡阻力、减小下滑力和土质改良4种方式对河道护坡进行加固。

4.1岸坡生态防护方案比选

主流的河道生态防护技术可分为单纯的植物边坡绿化防护技术和植物-工程措施复合防护技术两大类。纯植物防护技术施工简便且造价低，但是生态修复缓慢，复合防护技术效果好且成效稳固，但造价较高。为了选择最适合的方案对河道进行有效防护，通过总结前人研究，对10种边坡生态防护技术进行适用性比较，如表4所示［17-25］。

4.2岸坡防护效果分析

考虑到河道边坡防护效果的持久性和稳定性，岸坡防护方式更倾向于采用植物-工程措施复合防护技术［26］。在综合考虑河道特征、功能定位以及地质条件以后，该工程在岸坡前缘采用仿木桩进行加固，坡面采用框格混凝土植草防护方案对河道两岸进行生态防护。仿木桩阻挡滑坡体下滑推力，框格混凝土使坡面骨架化，能够有效提高河道岸坡整体坡面强度，增加边坡整体稳定性。岸坡防护剖面如图3所示。

5结论

（1） 经综合条件考量及抗滑安全系数复核计算，黄河故道软土地区河道治理若采用干法施工，会造成岸坡孔隙水压力和应力场的改变，从而使边坡发生失稳。因此，宜采用带水施工方式。

（2） 在综合考虑河道特征、功能定位以及地质条件以后，在岸坡前缘采用仿木桩进行加固，坡面采用框格混凝土植草防护方案对河道两岸进行生态防护。防护后的边坡的抗倾覆稳定性和整体安全系数均满足要求，且设计洪水下稳定渗流期的安全系数平均提高约42%，骤降期邻水侧堤坡的安全系数平均提高约31%，防护效果显著。

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（编辑：李慧）

Slope stability analysis of dredging project in soft soil area of old Yellow River channel

ZHANG Liyuan，GUO Lianfeng，WANG Yun

（Yancheng City Water Resources Survey and Design Research Institute Co.，Ltd.，Yancheng 224055，China）

Abstract：Rivers flowing through soft soil areas formed by alluvial silt were prone to siltation，and required channel dredging.To analyze the impact of dredging project construction on river bank slopes，the coastal plain area of northern Jiangsu Province and Xiangkan River were used as the research objects.The stability of the coastal slopes during the dredging construction of old Yellow River section under soft soil geological conditions was analyzed，and the two methods of construction with and without water were compared.On the basis of comprehensive consideration of the river channel characteristics，functional positioning and geological conditions，a frame concrete grass planting slope protection scheme was adopted to carry out ecological protection on both sides of the river flowing through the old Yellow River channel.The results showed that dry construction can easily cause bank slope instability，and the anti-sliding safety factor was lower than the value required by the specification，so the construction with water should be used.The anti-overturning stability and overall safety factor of the slope after protection can meet with the requirements，and the safety factor was significantly improved.

Key words：dredging project； slope stability； slope stabilization； ecological protection； soft soil area； old Yellow River channel