广州市中心城区堤防陷坑特征及防治措施研究

张勇强，徐梦华

(1.广州市珠江前后航道流域事务中心，广州 510640；2.华南理工大学，广州 510640)

1 概述

广州市中心城区珠江堤防总长为138 km，主要分布在西航道、前航道、后航道3个航道，堤防长度分别为44 km、49 km、45 km，防洪设计标准为200年一遇[1-3]。广州市珠江堤防前航道白鹅潭至海印桥段为民国时期所建设，具有悠久的历史，其断面设计采用浆砌条石结构，其他新建各段堤防根据其不同的地质、地形条件，选择不同的设计结构形式，主要包括重力式结构(沉箱式、扶壁式)、灌注桩结构、复式结构等[4]。堤防经过多年的运行，由于暴雨、天文大潮、止水失效、堤顶重型机械违章碾压等自然、人为原因，堤顶出现周期性的陷坑[5-6]。本文拟对2016—2020期间陷坑在时间和空间分布规律进行深入分析，探讨陷坑的主要影响因素以及措施的有效性，为其他城市内涝区的堤防设施防护提供借鉴。

1.1 陷坑时间分布规律

对2016—2020年逐月的陷坑总数进行统计，结果如图1所示，采取处理措施前后陷坑数月度平均值对比如图2所示。

从图1和图2可以看出：① 2016—2020年月平均陷坑个数分别为19、19、14、10、6，可见采取了相关措施后，陷坑发生频率显著降低，2018年环比下降24%，

图1 2016-2020年月度堤防陷坑数量统计示意

图2 采用措施前后年月度平均陷坑数量统计示意

2019年环比下降32%，2020年环比下降40%。2018—2020年月平均陷坑10个相比2016—2017月平均陷坑19个，下降比例为48%；② 2016—2020年堤防陷坑总数虽然差距较大，月平均个数分布规律比较相似，2016—2019年4—5月、8—9月出现频次较高，主要原因是4—5月梅雨、8—9月台风引发暴雨，加快了堤防回填砂土的流失，导致陷坑的出现。2020年陷坑高发月集中在5—6月，8—9月较少主要原因是2020年采取措施前和措施后降雨量均是影响堤防陷坑数量增加的外部原因。

1.2 陷坑空间分布规律

广州市中心城区珠江空间分布为西航道(含沉香岛、大坦沙岛)、前航道(含二沙岛、海心沙岛)、后航道(含大学城环岛)，堤防分布位于河道两侧及江心岛。其中西航道左岸堤防简称西左、右岸堤防简称西右，其他航道简称类似。根据堤段的长度统计出不同堤段陷坑分布密度。2016—2020年各堤段陷坑分布数量、分布密度统计见图3～图4。

图3 2016—2020年不同堤段陷坑数量分布示意

图4 2016—2020年不同堤段陷坑密度分布示意

从2016—2020年各堤段陷坑分布数量、分布密度统计结果可以看出：

1)从陷坑数量来看，2016—2020年所有堤段陷坑数量基本呈现下降趋势，但后左堤段在2017—2018年出现较大程度反弹，2019—2020年陷坑数量恢复下降趋势。主要原因：后左堤段2017年度陷坑封堵较晚，大部分伸缩缝破损堤段已漏砂，导致后续年度陷坑继续出现，加之2018年度的山竹台风引发海水倒灌、水位升高，加速了回填砂的外漏。西右堤段2016—2020年陷坑个数年平均为7个，年度分布情况基本在7个上下波动，未呈明显下降趋势。主要原因：陷坑主要发生在芳村码头段和花地河上游段，该段岸线为码头占用，伸缩缝水上封堵无法作业，后续年度陷坑逐渐发生，从陷坑修复开挖现场可以明显判断。

2)2020年度从分布数量来看，排名前3的堤段分别为：西左16个、后左14个、大坦沙10个、前右10个；从分布密度来看，排名前3的堤段分别为：大坦沙1.1个/km、沉香岛1.1个/km、西右0.8个/km。综合考虑2020年堤防长度、陷坑个数和陷坑分布密度，要加强后左、西左、大坦沙等堤段的巡查工作。

3)对后左堤段开展专项分析。对2016—2019年数据进行初步筛选，发现陷坑基本集中在后左2+000～8+000，年度陷坑平均数占比85%。以500 m为1段进一步细分，后左3+000～3+500和后左4+000～4+500年度陷坑平均数和为15，占比为55%，是后左堤段陷坑分布密度的13倍。但是2020年后左3+000～3+500陷坑个数为0，后左4+000～4+500陷坑个数为7，分布密度仍然较高。后续年度后左堤段应重点关注后左4+000～4+500。

4)海心沙、大学城陷坑出现概率极低。

2 堤防陷坑其它特征

2.1 陷坑位置分布特征

陷坑发生位置呈现一定的规律，以前航道某段堤防为例，其结构为抛石、沉箱和L形挡墙组成，陷坑位置见图5～图6，陷坑易在可见岸墙分缝位置附近产生(见图7～图8)，陷坑边界距离挡墙距离见表1。

图5 陷坑断面位置示意(单位：高程m，尺寸mm)

图6 现场某陷坑位置示意

图7 陷坑局部开挖照片1示意

图8 陷坑局部开挖照片2示意

表1 2016—2020年陷坑边界距离挡墙距离S统计规律 m

由陷坑位置统计结果可以看出：① 2016—2020年陷坑数量83%集中在贴近岸墙0～1 m位置，其中S=0贴近岸墙边的占68%；② 2016—2020年陷坑发生位置平均值分别为1 m、0.8 m、1 m、0.9 m、0.9 m，5个年度加权平均值为0.9 m；分析陷坑修复现场开挖后可发现，珠江潮水位的经常变动导致伸缩缝处止水失效，大暴雨引发回填砂加速渗漏是陷坑出现的主要原因，因此，岸边0～1 m范围内伸缩缝位置是陷坑巡查防护的重点区域；1 m范围外如遇到地下有煤气、排水管线等设施的区域同样要加强巡查；③ 在陷坑实施有效的预防措施作用下，2018—2020年0～1 m内陷坑比例逐渐减少，但是其中部分挡墙区间内陷坑比例增加，可能是由市政煤气排水管道所造成，因此，有必要对管道所在区域进行相应的防护。

2.2 陷坑深度分布规律

陷坑深度也呈现了一定的分布规律，对2016—2020年堤防陷坑深度的分布范围、平均值、标准差和中位数进行统计分析见表2。

表2 2016—2020年堤防陷坑巡查深度统计 m

从表2可以看出，2016—2020年陷坑深度平均值为0.53 m，堤顶高程一般为3.1 m左右，陷坑底部平均高程为2.55(堤顶高程为3.1～0.55)，比沉箱顶部高2.0 m，低于200年一遇水位2.76 m[8]。陷坑分布深度比较稳定，标准差和中位数比较稳定。巡查人员携带陷坑深度探测工具略大于0.5 m即可，建议取1 m的探测杆基本满足要求。

3 陷坑隐患处理工程措施和非工程措施

3.1 工程措施[9-10]

1)预防性工程措施

2016—2017年对陷坑容易发生的前后西3个航道所有堤段，岸墙外侧伸缩缝位置填充泡沫剂，但部分堤段建设水利工程堤防后被其他行业占用，如客轮类码头、淤泥渣土码头、货运码头、涉河项目如桥梁隧道施工，水上作业船只无法靠近岸墙作业。其他堤段作业充分利用潮位时刻表，小型船只高潮位封堵上部分，低潮位封堵下部分，刮除表面多余部分，用水泥颜色涂料粉刷伸缩缝，保持封堵后岸墙面整洁美观(见图9所示)。

图9 岸墙外侧伸缩缝填充泡沫胶示意

2)维修措施1

陷坑修复时，根据涨落潮时刻，选择水位一般低于胸墙底(沉箱顶)时间段，按照1∶1坡比拆除地砖和水泥稳定层后开挖至胸墙底(沉箱顶)高程，如伸缩缝处止水破损，则人工利用针管样式工具填充高分子泡沫胶(见图10所示)。

图10 陷坑维修伸缩缝填充泡沫胶示意

3)维修措施2

填充泡沫胶后，参照堤防工程养护修理规程第八章堤防工程抢修第七节跌窝(陷坑)抢修[11]和堤防工程施工规范第六章堤身填筑与砌筑第七节反滤、排水工程施工[12]方法，沉箱类结构堤防陷坑修复一般先铺设土工布，底面铺设反滤层，分层回填中粗砂(不大于50 cm)并冲水密实，最后恢复垫层和地砖。并按照标准[13]组织开展验收工作(见图11～图12所示)。

图11 陷坑维修时铺设土工布+反滤排水示意

图12 陷坑维修回填冲水密实示意

根据现场调研，采取相关工程措施后，修复过的陷坑基本没有再次出现塌陷；部分堤段虽然已从岸墙外侧填充了伸缩缝，但是填充之前可能已经漏砂，之后经历暴雨或者天文大潮等地面才会出现陷坑，这类陷坑在开挖修复的时候能够明显发现漏砂痕迹。其他结构如浆砌石挡墙+粘性土堤发生陷坑应急抢修可参照处理[14]。

3.2 非工程措施

1)做好堤防工程管理规范化建设[13]。按照《加快推进新时代水利现代化的指导意见》《水利工程管理考核办法》《广州市水利工程标准化管理试点实施方案》等要求，2020年开展广州市中心城区138 km珠江堤防标准化管理创建工作，2021年2月通过验收，完成问题整改后2021年6月获得上级主管部门批复。通过标准化创建，落实管理责任主体、完善管理制度、加强教育培训、规范巡查养护、落实隐患整改。涉及陷坑防治巡查方面[15]：完善巡查制度、配置巡查人员、落实巡查人员堤防巡查培训工作，巡查人员根据陷坑区间、时间、局部坐标的分布规律，安排巡查人员在风险高发区域(某些堤段)、高发时间(台风、暴雨、天文大潮)加强巡查，尤其是走路有“砰砰”空洞的回声，巡查人员拨开地砖使用探测杆判断是否有陷坑，如有做好标志及时上报。年度陷坑统计表明，部分陷坑能够在地面未塌陷之前提前发现。

2)及时开展堤防安全评价工作。根据堤防工程安全评价导则[16]等相关规定规范要求，2019年度开展5个较老旧和陷坑高发区域堤段的安全评价工作。2021年8月获得主管部门批复，评价结果为一类堤防6 km，评价结果为二类堤防32 km。安全评价发现的问题如：岸墙掏空、伸缩缝漏砂、岸墙杂草等。相关问题2020年度已安排维修单位及时进场维修，尤其是隐患探测雷达探测发现的堤防空洞问题已安排专项灌浆设计、确保堤防安全。

采取相关非工程措施后，堤防管理水平将有一定程度提升。巡查人员落实各项巡查制度如分段巡查、昼夜巡查，注意“五时”，做到“五到”“三清”“三快”[17]，一定程度提前预判发现陷坑，维修单位及时破除路面提前修复，降低人民生命财产损失。

4 总结与展望

1)通过实施各类工程措施和非工程措施，堤防陷坑数量基本呈现明显的下降趋势，2018年下降24%，2019年下降32%，2020年下降41%，且修复过的陷坑基本没有再次出现塌陷，部分陷坑能够提前发现，说明各类措施具有良好的效果。但是汛期尤其是降雨量较大的月份陷坑数量相比于旱季较大，因此，加强汛期易发生陷坑堤段巡查，做到“五到”“三清”“三快”，发现问题及时上报处理。

2)2020年度从分布数量来看，排名前3堤段分别为：西左16个、后左14个、大坦沙10个、前右10个；从分布密度来看，排名前3堤段分别为：大坦沙1.1个/km、沉香岛1.1个/km、西右0.8个/km。综合考虑2020年堤防长度、陷坑个数和陷坑分布密度，要加强后左、西左、大坦沙等堤段巡查工作。经过专项分析，后左堤段应重点关注后左4+000～4+500。

3)2016—2020年陷坑发生位置中的83%集中在贴近岸墙0～1 m位置，因此，岸边0～1 m范围内伸缩缝位置是陷坑巡查防护的重点区域，1 m范围外如遇到地下有煤气、排水管线等设施的区域同样要加强巡查。

4)2016—2020陷坑深度平均值为0.53 m，陷坑底部平均高程为2.55 m(珠基高程)，其他指标如标准差、中位数都比较稳定。巡查人员携带陷坑深度探测工具大于0.5 m即可，建议取1 m的探测杆基本满足要求。

5)2021年及以后应继续开展堤防陷坑统计和原因分析，更新陷坑高发区域，及时调整陷坑防治工程和非工程措施，加强巡查人员堤防应急抢险培训，险情初期能够及时初步抢险，等待专业抢险队伍到来后做好配合工作。