荆江河道岸坡窝崩防治及处理方法

刘凯 唐明

摘 要：长江中游荆江河道沙市河段地质组成较为复杂，河床边界稳定性差。本文结合工程实例，分析了窝崩形成的过程、特点及窝崩江岸段的地质条件、岸坡变化、水流泥沙运动规律，最后从岸坡崩窝的防治及崩窝后的处理两方面入手，浅谈岸坡崩窝的防治及处理方法。

关键词：荆江河道 清水下泄 水流泥沙条件 窝崩 防治 处理

引言

荆江河道是长江水流出三峡水库、经过60多km宜都隆起丘陵区后的一段平原冲积性河段。它是长江中游防洪重点地区，素有“万里长江，险在荆江”之称，也是长江上最复杂江湖关系的地区。

2003年三峡大坝关闸蓄水，进人水库完全建成前的初期蓄水运用阶段，也开始改变自然情况下的下游河段水沙过程，三峡工程蓄水前荆江河道含沙量沿程减小，然而三峡工程蓄水运用以来，含沙量沿程增加，说明荆江河道发生沿程冲刷。因此，下游河道，特别是荆江河道河床，无疑将发生长时期的侵蚀冲刷，荆江河道冲淤平衡发生破坏，崩岸形势愈演愈烈。

崩岸按其崩塌的类型可分为洗崩、条崩和窝崩等。“窝崩”是长江沿岸危害最严重的一种崩岸形式（见图1），其崩坍强度远大于其他形式崩岸，往往造成堤外滩地崩失，使防洪大堤失去前沿屏障，严重时会导致防洪大堤崩裂，威胁沿江两岸的防汛保安，不得不退堤还滩。由此引起耕地面积损失、房屋折迁，给国民经济带来巨大损失，更不利于防洪和航运。

图1 荆江河道崩岸

长江中下游河段崩岸过程及特点

所谓窝崩就是在外营力的作用下，河岸失稳发生崩塌，崩塌形态像一个“窝”，崩坍尺度(或直径)为几十米，甚至百余米和数百米。

窝崩一般在短时间完成。长江中游沙市河段内的窝崩都是在较短的时间内(几小时到几十小时)分若干次完成的。首先崩塌的部位是正对着深槽楔入的土体，而后每次崩塌间隔或几分钟、或十几分钟、或几小时，而且是由外向里，由中间向两边发展的。

种种迹象表明，强崩岸段主要发生在长江主河道强弯曲段的凹岸处，特别是顶冲部位，弱崩岸主要发生在河道微弯曲河道的凹岸；区内崩岸大多发生在分汊河段，尤其是弯曲型汊道。崩岸形成条件主要为岸坡地质和水流因素。导致崩岸发生的水流因素主要有主流的冲蚀作用、局部水流强烈的紊动结构和水位的波动变化。

窝崩发生的成因分析

1、地质因素

荆江河道沙市河段地貌单元属长江河道河漫滩及江心滩地貌，为典型的二元结构，表层为厚度较薄较耐冲的粘土，以下为组成较厚抗冲能力弱、透水性强的粉细砂层，其抗滑稳定性较差，具易冲刷及易坍塌特点。在水流的冲刷作用下近岸河床泥沙被带走，近岸河床不断发生冲刷形成回流，强大回流使土体坍塌，坍塌土体的惯性造成冲击波，使水流形成强烈的紊动，带走崩窝内的泥沙，同时又使后面土体开裂和不断崩塌。

2、水流因素

导致崩岸发生的水流因素主要有:主流的冲蚀作用、局部水流强烈的紊动结构和水位的波动变化。

2.1主流的冲刷作用

主要发生在主流的顶冲部位。荆江河道多分汊，江岸弯曲，这就为主流顶冲造成极为有利的条件。河流的冲蚀型崩岸主要发生在汛期。由于洪水时水大流速急，主流线趋直，常会对弯道的弯顶下游处江岸形成强大冲蚀，而产生崩岸。

2.2局部水流强烈的紊动结构

根据河流动力学理论，河道冲刷一般发生在水流动力作用较强之处，而水流动力的强弱与水流的单宽流量成正比，单宽流量较大的地方容易发生冲刷现象。诸如河流弯道的凹岸，束流节点的上游狭窄河段，河道主流的顶冲位置附近和一些导流建筑物(如丁坝、矶头)的顶部等部位，其单宽流量都较大，竖轴环流较强，易于发生局部冲刷。

2.3水位的快速波动变化

高低水位的突变使江岸不适应，高水位时由于水体浸泡使得土体的强度降低，但由于受到水体的侧向压力，岸体仍会处于稳定状态。而当水位快速降低时，随着侧向水压力顶托的失去，岸坡内未消散的孔隙水压力就会形成触发崩岸的渗透力，岸坡土体由于难以支撑沉重的饱和土体和抗拒侧向土压力产生的剪应力而发生崩塌。

除了上述因素外，窝崩的发生还与岸坡土体的演化和江岸地下水的活动状态有关。

窝崩的防治措施

窝崩现象的产生，最根本的原因是水流冲刷河床、带走部分泥沙、从而出现水流向岸楔入的突破口，形成的较强回流带走更多的泥沙，促使岸坡发生窝崩。要防止窝崩现象的发生，最基本的方法为对河床进行守护，保护河床不受水流的冲刷。根据目前长江航道整治工程施工比较成熟的施工工艺，采用水下沉系结压载软体排护底，并在其上抛石压载的施工方法，确保排布紧贴床面，达到护底施工效果。

但对于水下地形变化较显著、明显出现坑槽的部位，按照常规的水下沉排和抛石施工工序，可能会出现排体与河床间存在间隙，水流在排体下淘刷河床的情形，导致排体下窝崩的持续发生，水下护底不仅未取得防护效果，反而在一定程度上恶化了岸坡的稳定。因此针对水下地形出现深槽的部位，应先进行抛枕填槽处理，在岸坡达到稳定的坡度后，进行水下沉排及抛石压载施工。对于坡脚段，沉排完成后及时进行抛石护脚。只有保证了河床底部的稳定，才能从根本上防止窝崩现象的发生。

崩窝后的处理

荆江河道沙市河段腊林洲守护工程施工中先后出现的五次大范围的窝崩，沿岸线一个个连续分布，在平面上呈锯齿形。单个窝崩基本上呈圆弧形，长度在40m～65m之间，崩进宽度接近圆弧弦长的1/2，在20m～30m之间，崩坍的土体沿圆弧滑动面下挫，典型窝崩特征如(图2)所示：

图2 窝崩现场特征图

崩窝出现后，岸线呈十分明显的锯齿形，并形成较多的矶头，不利于护岸的稳定。为防止岸线的继续崩塌，必须消除较多的矶头，将窝崩的部位补填完整，使窝崩岸段和整体岸段平顺的形成整体，保证岸线的平顺。目前长江航道整治工程中，应用较普遍的施工方法为抛投沙枕袋填补窝崩部位，进行系结压载软体排护底，并采用抛石护面的施工形式。在腊林洲项目中，五处窝崩部位的处理与以往窝崩的处理方式大致相同，具体处理方式为：

对未沉排区域在沉排施工之前增加抛枕补坡和镇脚。需要补坡的部位先抛枕补坡，不需补坡的部位先抛一层枕进行镇脚。待抛枕岸坡稳定后再进行沉排护底的施工，然后进行抛石镇脚。

对已实施沉排区域但出现崩窝的部位，先进行抛枕补坡，然后再从枯水平台向外抛石镇脚，岸坡稳定后再进行护坡工程的施工。

通过对窝崩部位的及时处理（见图3），腊林洲项目整体情况良好，在对水下地形进行持续观测中，岸坡整体已较稳定。

图3 窝崩后修复的坡面

结语

本文对荆江河道沙市河段的岸坡窝崩成因及治理措施进行了浅析，更高效的防治和处理措施还有待更进一步的研究和实践。在以后的护岸工程施工中要密切关注水流的流态及岸线的变化，加强对水下地形的观测测量，发现问题及时予以处理，避免带来灾害损失。

（作者单位：长江武汉航道工程局）