深厚软基河道岸坡生态治理方案研究

李逸之，孙凌凯，吴从林，柯启龙

摘要：为解决深厚软基河道岸坡整治中的安全性与生态性、景观性难以兼顾的问题，达到人水和谐的生态治河要求，以湖北省鄂州市长港河旭东村段为研究对象，提出了集安全性、生态性、观赏性于一体的“亲水平台+生态框+植生块护坡+水生植物”护岸形式以及预应力管桩加固地基的岸坡综合整治方案。采用AutoBank 7.7软件计算不同桩长的软基加固方案在不同工况条件下的河岸稳定安全系数，并分析了桩长与河岸稳定之间的关系。结果表明：用于加固地基的管桩桩长变化对于岸坡的稳定影响较大，在桩长达到临界长度之前，岸坡的安全系数逐渐增大，当桩长达到一定程度后，安全系数不再随桩长的增加而增加。该方案治理效果良好，可为类似工程提供一定参考。

关键词：深厚软基； 河道岸坡； 生态治理； 鄂州市

中图法分类号：TVl39.14文獻标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.09.011

文章编号：1006-0081（2023）09-0068-06

0引言

生态文明理念已深入人心，以硬质护岸为主的传统护岸形式隔绝了水体、土体和生物之间的有机联系，使河道生态系统遭到破坏，已不能适应新时期的治水要求［1-3］。以往的治理思路需转变，要在确保河道安全稳定的前提条件下，将生态工程学原理融于河道岸坡治理中，让河岸生态系统的内部关系变得协调［4-5］，以达到恢复河岸生态环境和提升河岸景观的目的。

对于河道岸坡深厚软基的加固处理，通常采用水泥土搅拌桩、预应力钢筋混凝土管桩、块石换填、抛石挤淤等处理方案［6-8］。由于预应力管桩具有耐久性好、造价低、承载力高以及施工效率高等优点，在软土地基处理中得到了广泛应用。目前已有大量研究证明了预应力管桩技术的可行性：Dai等［9］对不同工况下的PC管桩进行了承载性能的数值模拟，得到了相应工况下管桩的应力-应变规律；周小鹏等［10-11］利用ABAQUS有限元模拟了管桩沉桩的过程，验证了管桩在固结效率方面优于普通桩。黄勇等［12］通过模型试验，探究了透水管桩桩周土超静孔压随时间、空间的变化规律。吴燕开等［13］结合实际工程对预应力管桩加固软土地基的效果进行验证和分析，证明该方法适用于工期紧、软基深厚的地基；谢新宇等［14］结合某工程现场试验和施工过程桩土应力现场监测，研究了该类复合地基桩、土应力和孔压力的发展规律。然而，上述对预制管桩的研究中并未提及管桩在河道岸坡深厚软土地基加固中的应用及研究。

本文以湖北省鄂州市长港河旭东村段河道岸坡整治为例，通过比选提出了采用预应力管桩加固深厚软土地基以及采用“亲水平台+生态框+植生块+水生植物”的岸坡生态治理形式，并对预应力桩河道岸坡软基加固方案进行研究，通过计算不同桩长在不同工况下的岸坡稳定安全系数来确定设计桩长。

1工程概况

1.1工程简介

长港河位于湖北省鄂州市中部，是梁子湖湖水排入长江的唯一通道。梁子湖湖水经东沟镇磨刀矶节制闸进入长港河，途中流经梁子镇、东沟镇、长港镇、杜山镇、鄂州经济开发区，过樊口大闸或樊口泵站至洲尾入长江，自南向北横穿鄂州市，干流全长46.5 km。

长港河旭东村河段（左岸K15+260～K14+700，长560 m），沿岸居民集中，河岸为土质边坡，坡面杂乱，生态景观面貌差，且岸坡较陡，部分岸段已出现坍塌迹象，危及沿岸道路、房屋安全，亟待加固治理。经相关部门安排，该段河道内整治于2019年纳入“鄂州市长港河系统治理工程”实施中。工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级。长港河旭东村河段现状照片见图1。

1.2工程地质

长港河旭东村河段河宽约70～80 m，现状岸坡形态不规整，坡高11.0～13.0 m。勘探揭示该段河道岸坡主要分布有壤土、淤泥质土、黏土、黏性土等4个土层，各层简要描述如下。

（1） 壤土（Q4al+l）：灰褐色，含有机质，呈可塑状，黏性较好，层厚1.5～5.9 m。

（2） 淤泥质土（Q4al+l）：青灰、软-可塑状，黏性较强，层厚0～2.5 m。

（3） 黏土（Q4al+l）：灰褐色，可塑，黏性强，层厚2.80～7.50 m。

（4） 黏性土（Q2al）：黄褐色，饱和，黏性强，层厚7.3 m以上。

桩号K15+000处地质剖面图见图2，各土层参数试验统计建议值见表1。

2河道岸坡生态整治方案设计

根据长港河旭东村段河道岸坡现状地形及地质情况，可将该段河道岸坡生态整治方案设计分为护岸工程设计以及坡脚以下软土地基加固处理工程设计两个部分。

2.1护岸工程方案设计

根据旭东村段河道岸坡地形地质情况，运用生态治理理念，并结合民众亲水休闲需求，初步选定3种护岸设计方案，分别为“亲水平台+生态框+植生块护坡+水生植物”形式、“亲水平台+仰斜式混凝土挡墙+植生块护坡+水生植物”形式以及“亲水平台+格宾石笼挡墙+植生块护坡+水生植物”形式。3种护岸形式结构设计简述如下。

（1） 方案一：“亲水平台+生态框+植生块护坡+水生植物”形式。在现状河滩处设置亲水平台，高程取常水位以上0.3 m，亲水平台净宽2.0 m，亲水平台外侧设置钢筋混凝土脚槽，脚槽上设栏杆；亲水平台内侧设5级生态框，呈阶梯式布置，总高2.5 m，生态框内铺设种植土，并种植湿生植物；墙底设钢筋混凝土基础，墙背回填级配碎石，并沿墙背铺设土工布。

生态框顶与坡顶间采用植生块护坡，结合现状地形确定坡比。靠河侧在常水位以下0.5 m范围内种植水生植物，岸顶种植乔灌木，以改善沿河生态面貌。“亲水平台+生态框+植生块护坡+水生植物”形式典型设计断面见图3。

（2） 方案二：“亲水平台+仰斜式混凝土挡墙+植生块护坡+水生植物”形式。亲水平台、植生块护坡、水生植物布置同方案一。坡脚以上设仰斜式混凝土挡墙，总高3.0 m，墙顶与坡顶间采用植生块护坡，结合现状地形确定坡比。

（3） 方案三：“亲水平台+格宾石笼挡墙+植生块护坡+水生植物”形式。亲水平台、植生块护坡、水生植物布置同方案一。坡脚以上设格宾石笼挡墙，总高3 m，墙顶与坡顶间采用草皮护坡，结合现状地形确定坡比。

3种方案均具有可实施性。方案二中仰斜式混凝土挡墙强度大，但存在透水性差、对地基变形适应能力低、生态景观效果差等缺点；方案三中的格宾石笼生态效果良好，但对填筑块石粒径要求高、施工工艺要求严格，施工成本较高；方案一中生态框施工简便、对地基变形适应性好，生态景观效果较好。

工程推荐采用方案一，即“亲水平台+生态框+植生块护坡+水生植物”的治理形式。该方案中亲水平台采用透水铺装，岸坡采用高孔隙率生态框护砌，可供植物生长以及鱼类栖息、繁衍，在保证岸坡稳定的同时也使水体、土体和生物之間保持有机联系。此外，在岸顶种植乔灌木、沿亲水平台外侧浅水区域种植水生植物，把潜水区域水生植物、滨水区湿生植物、岸坡植被以及岸顶乔灌木连成一体，构成一个水陆复合型生物共生的生态系统。

2.2软土地基处理方案设计

2.2.1地基处理方案比选

长港河旭东村段河道岸坡地层存在淤泥质土层，层厚约6 m［15］，为确保岸坡稳定，需对该段岸坡进行地基处理。河岸软土地基加固通常采用的方案有水泥搅拌桩、预应力钢筋混凝土管桩（以下简称“预应力管桩”）、抛石挤淤等［6-8］。结合工程实际情况，对上述处理方案进行综合比选，详见表2。

综上所述，与水泥搅拌桩和抛石挤淤方案相比，预应力管桩投资适中，施工方便、施工效率高，可大幅提高软基强度，并具有较好的生态性，更适用于本工程的地基加固，故推荐采用预应力管桩加固方案。

2.2.2预应力管桩地基处理方案设计

2.2.2.1总体布置

结合相关工程运用经验，拟在亲水平台下布置5排预应力管桩，单桩直径0.3 m，桩中心间距1.2 m，梅花型布置，桩体抗压强度标准值为45 MPa。桩长需根据岸坡稳定计算成果进一步确定。预应力管桩布置断面见图4。

2.2.2.2预应力管桩长度计算

根据GB 50286-2013《堤防工程设计规范》，河道岸坡稳定计算分析可采用简化毕肖普法。结合河道水文资料，计算工况选取如下：

（1） 工况1（设计洪水位下的稳定渗流期）：设计洪水位16.53 m，岸坡地下水位14.30 m。

（2） 工况2（设计洪水骤降期）：48 h内从设计洪水位16.35 m骤降至14.35 m。

（3） 工况3（完建期）：迎水面无水，岸坡地下水位14.10 m。

本计算采用AutoBank 7.7软件的有限元分析模块对旭东村桩号K15+000处岸坡进行稳定分析计算，计算出采用不同长度的预应力管桩在不同工况下的岸坡稳定安全系数，为确定预应力管桩长度提供依据［15-18］。岸坡稳定计算成果见表3，安全系数与单桩长的关系见图5。

预应力管桩加固岸坡后潜在危险滑动面位置及形状见图6～7。

从计算成果可知：① 满足本工程安全所需的桩长至少为5 m（取整数），此时工况一、二、三的岸坡稳定安全系数F分别为1.57，1.47，1.69，均满足规范要求；② 当桩长为3～8 m时，3种工况下岸坡稳定安全系数均随桩长增加而增加，且3～6 m时安全系数的增加与桩长基本呈线性关系；③ 当桩长为3～8 m时，3种工况的岸坡潜在危险滑动面均从预应力管桩底部穿过，说明桩与周边土体形成了较为牢固的复合地基，在复合地基内发生滑动破坏的可能性低；④ 当桩长≥9 m时，3种工况下岸坡潜在危险滑动面均从桩顶部穿过，安全系数不再随桩长增加而增加。

3结论

（1） 通过对多种治理方案进行比选，提出了集安全性、生态性、观赏性于一体的岸坡综合整治方案，即采用“亲水平台+生态框+植生块护坡+水生植物”护岸形式以及预应力管桩地基处理方案。该方案在保证河岸稳定的基础上，改善了河道生态系统，并提升了河岸景观，治理效果较好，可为类似工程提供参考。

（2） 通过计算不同桩长的地基加固方案对岸坡稳定性的影响可知：桩长的变化对于岸坡稳定影响较大，在桩长达到临界长度之前，岸坡的安全系数与桩长基本呈线性关系；随着桩长的增长，潜在滑动面随着桩底端逐渐向岸坡内部移动，破坏模式由浅层滑动逐渐变为深层滑动，安全系数也逐渐增大；当桩长达到一定程度后，岸坡的潜在滑动面转移到桩顶以上，安全系数不再随桩长的增加而增加。

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（编辑：李晗）

Exploration of ecological treatment scheme for deep and soft river bank slope：a case of Xudong Village Section of Ezhou Changgang River

LI Yizhi1，SUN Lingkai1，WU Conglin1 ，KE Qilong2

（1.Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China；2.Hubei Provincial Administration Bureau of River Diversion Project，Wuhan 430010，China）

Abstract： In order to solve the problem that it is difficult to balance safety with ecology and landscape in the remediation of deep soft-based river slopes，and to achieve the ecological river management requirement of human-water harmony，the Xudong Village section of Changgang River in Ezhou City was taken as the researcharea and the pre-stressed pile and hydrophilic platform + ecological frame + vegetation block slope protection + aquatic plants shoreline comprehensive remediation program was proposed，which integrated safety，ecology and ornamental features.The safety coefficients of riverbank stability for soft foundation strengthening schemes with different pile lengths under different working conditions were calculated by using the AutoBank 7.7 software，and the relationship between pile length and riverbank stability was analyzed.The results showed that the variation of the pipe pile length that used to strengthen the foundation had a greater influence on the stability of the bank slope，and the safety factor of the bank slope gradually increased until the pile length reached the critical length；when the pile length reached a certain degree，the safety factor no longer increased with the increase of the pile length.The method is effective and can serve as a reference for similar projects.

Key words： soft foundation； river bank slope； ecological management； Ezhou City