应急处置（抢险救灾）工程河道岸坡塌岸分析及其防治.pdf

黄河干流四川段地势平坦，长期以来黄河岸线及河势极不稳定，主流在河谷地带游荡摆动。目前黄河四川一侧河岸已不同程度地出现河道岸坡塌岸地质灾害，局部河段垮塌十分严重，使沿岸草场、湿地、道路、通信线路等基础设施的安全难以得到保障。特别是黄河干流若尔盖县黄河第一湾风景区下游洛华村3#段和辖曼牧场1#段，距离省道S217较近，且岸坡垮塌严重，塌岸速率24 m/a，岸坡垮塌边缘距离公路最近处不足10 m，已严重威胁公路运行安全，亟待治理。新建护岸工程将提高防洪能力，防止河流对右岸坡进一步冲刷破坏，有效保护两岸草场及省道S217公路。因此，采取工程措施防止唐克至辖曼镇段河岸侵蚀、垮塌，实施黄河干流若尔盖段应急处置（抢险救灾）工程是十分必要和紧迫的。2地质环境条件及塌岸灾害现状2.1地形地貌洛华村3#段和辖曼牧场1#段位于白河入河口下游9.015.0 km之间，河道近S形弯曲，总体由SE至NW流向，河面宽200600 m，最大水深约为15 m，水面高程3 422.13 423.5 m。该河段水流平缓，河床宽浅，主流摆动不定，河道心洲、浅滩密布，属堆积游荡型河段。河床两岸多为更新统堆积阶地，临河岸坡较陡，且多为凹岸顶冲段，在长期水流作用下，岸坡坍塌严重。河岸为黄河堆积形成的级阶地，为地势开阔、平坦的草场，阶面表层多为泥炭腐殖层，土壤肥沃，水源丰富，牧草生长旺盛1。2.2河道岸坡工程地质特征治理河段内河岸地表为薄层草本植物（泥炭层），其紧密的纤维网状结构使其具有较强的抗水流淘刷能力；表层以下分布有冲积粉细砂、粉质壤土和砂壤土层，抗水流淘刷能力较弱。岸坡地层岩性主要为砂壤土和粉细砂层，临水侧岸坡抗冲刷能力较弱，洪水期间岸坡常出现冲刷、坍岸或失稳现象，现状垮塌严重，为稳定性差的岸坡。该河段岸坡工程地质条件见表12。2.3河道岸坡稳定性分析经现场调查分析认为该河段岸坡塌岸过程可分为3个阶段3：（1）68月洪水期，河流流量和近岸流速增大。一旦近岸流速大于泥炭型河岸下部粉细砂、粉质壤土和砂壤土层的起动流速，河岸下部松散砂性土便开始被水流冲刷带走，随着被淘刷范围持续增大，河岸岸坡下部粉细砂、粉质壤土和砂壤土类松散砂性土层便逐渐被近岸水流横向掏空。（2）随着河岸下部松散砂性土层逐渐被近岸水流淘刷，上部泥炭层悬空，形成似悬臂结构。泥炭层悬空的宽度和长度在水流不断冲刷下持续同步增大，在自身重力作用下达到临界状态，河岸沿水流方向出现张拉裂缝。在上部悬空泥炭层重力作用下，泥炭层一边崩塌下坠，一边绕某一中心轴倒入河中。（3）塌落于河岸坡面上的泥炭层具有较强的抗水流淘刷能力，对岸坡下部软弱和松散的砂性土层具有一定程度的保护作用，防止近岸水流冲刷岸坡。在河流中低水位时，水流一般会远离近岸。塌落后的泥炭体在水中长期浸泡后氧化、腐烂和分解，并被水流冲走。崩塌后的泥炭物质能减缓岸坡受水流冲刷的程度，但无法阻止塌岸持续发展。当近岸水流冲走倾倒于坡脚的泥炭物质后，下部含有粉细砂、粉质壤土、砂壤土的松散砂性土层重新暴露于近岸水流而再次受到冲刷。长期往复作用下，岸坡逐步后移，致使草场逐步减少，现已严重威胁公路安全。在未建设防冲护岸工程的情况下，基本处于不设防状态，河道岸坡塌岸速率一般为24m/a2。3治理方案设计护岸工程需在不侵占河道行洪断面的前提下修建，强化河道行洪能力，减轻河势摆动、水流淘刷引起的滩地和高岸坍塌，按照10 a一遇洪水标准（P=10%）设计，护岸工程的主要、次要和临时建筑物级别均为5级，护岸合理使用年限为20 a。3.1护岸顶高程和护岸边坡坡比根据河道实际情况，设计按照 10 a一遇洪水位加 0.5 m超高确定护岸顶高程。同时，护岸顶部设置封顶，封顶宽度统一为1.0 m。根据10 a一遇洪水计算成果，洛华村3#段护岸至辖曼牧场1#段护岸洪水位为3 428.503 427.87 m，护岸顶高程设置为3 429.00 m。洛华村3#及辖曼 1#岸坡多以临河陡坎形式出现，岸坡地层岩性以冲洪积粉细砂、粉质壤土和砂壤土等松散砂性土为主。为了最大限度减少征地，保护岸坎上部已经形成的草地、村路等，本次应急处置工程不对临河陡坎进行削坡，护岸整体在坎下贴坡设置。护岸背后土方填筑时，对无黏性土按照相对密度不小于0.60控制，黏性土按压实系数不小于 0.91 控制，石渣回填固体体积率宜大于 76%，相对孔隙率不宜大于24%，格宾护坡坡比统一为12.0。3.2护坡厚度的确定依照 生态格网结构技术规程（CECS 3532013），格宾石笼护坡厚度t可按下式计算4：t=Hstan02（1）应急处置（抢险救灾）工程河道岸坡塌岸分析及其防治李国权1，2，马冰1，2，孙红义1，2，吴向涛1，2（1.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003；2.水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室（筹），河南 郑州 450003）摘要：黄河干流若尔盖县黄河第一湾风景区下游洛华村3#段和辖曼牧场1#段岸坡塌岸严重，严重威胁沿岸草场、湿地、道路、通信线路等基础设施的安全，进行应急处置（抢险救灾）迫在眉睫。治理河段岸坡为黄河堆积形成的级阶地，地层具有明显的二元层理结构，表层为抗河水淘刷能力较强的草皮，下层为冲洪积粉细砂、粉质壤土和砂壤土层，易被河水淘刷。该段河道岸坡塌岸过程分为3个阶段，岸坡塌岸速率24 m/a。塌岸防治护岸工程的主要、次要和临时建筑物级别均为5级，按照10 a一遇洪水标准（P=10%）设计，采用格宾石笼护坡、抛石护脚，经计算分析，治理后岸坡是稳定的。关键词：黄河干流；塌岸；格宾石笼；抛石护脚；岸坡稳定；若尔盖县中图分类号：TV143.+3文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.005收稿日期：2022-04-26作者简介：李国权（1973），男，甘肃文县人，高级工程师，主要从事地质灾害评估、勘查、治理工作E-mail：表1岸坡工程地质条件工程名称洛华村3#护岸辖曼牧场1#护岸岸坡类别凹岸段凹岸段物质组成砂壤土粉细砂坡高/m3.5158.515塌岸速率/（m a-1）3423稳定性差差 9人 民 黄 河2023年S1式中：t为格宾厚度，m；0为水流流向与岸坡角度，按最不利情况取50；Hs为有效波高，m。由上式可得计算t0.25 m，为防止风浪对堤身的冲刷破坏，参考同类工程经验，采用格宾石笼护坡厚度为0.40 m。3.3格宾石笼护坡和抛石护脚为防止水流淘刷岸坡带走岸坡砂性土层中的细颗粒，在岸坡与护坡之间设置一层土工布反滤层，上面铺设格宾石笼护坡，并覆土种植草本植物5。根据岸坡地形地质、水文条件和建材来源，下部进行抛石护脚，并设置抛石平台，抛石平台顶部高于设计枯水位0.5 m6。4护岸稳定计算与分析根据 堤防工程设计规范（GB 502862013）对护坡的稳定性进行计算。护坡底面滑动可简化为沿护坡滑动底面FABC的折线型整体滑动，点的连线即图1中虚线，按极限平衡法计算滑动安全系数。先假定不同滑动深度值进行计算，再变动B，从而寻找最危险滑动面。图1为贴坡式护岸整体稳定计算简图。按下列公式计算土体BCD的稳定安全系数：K=W3=sina3+W3cosa3tan+cs/sina3+P2sin（a2+a3）P2cos（a2+a3）（2）（3）（4）式中：K为抗滑安全系数；P1为沿滑动面FA方向的GEAF护坡体下滑力；P2为沿滑动面AB方向的ABD滑动体下滑力；f1为护坡与土坡的摩擦系数；为基础土的内摩擦角（度）；c为基础土的凝聚力，kN/m2；s为滑动深度，m；W1为护坡体重量，kN；W2为基础滑动体ABD重量，kN；W3为基础滑动体BCD重量，kN。由于该工程防护形式较为统一，因此各段地层情况差别不大。根据工程实际确定防护段的断面形式，坡式护岸稳定计算结果为K=1.23，满足规范要求。从以上计算结果可知，坡式护结构在各种工况下均满足整体稳定要求，说明设计断面能够满足工程护岸整体稳定要求。5结语治理河段岸坡局部垮塌十分严重，岸坡以每年24 m的速率垮塌，严重侵蚀沿岸草场、湿地，威胁道路、通信线路等基础设施。因此，采取工程措施防止该段河岸岸坡塌岸的进一步发展，实施黄河干流若尔盖段应急处置（抢险救灾）工程是十分必要和紧迫的。参考文献：1 黄河勘测规划设计研究院有限公司.黄河干流四川段防洪治理工程建设用地地质灾害危险性评估报告 R.郑州：黄河勘测规划设计研究院有限公司，2021：32-34.2 黄河勘测规划设计研究院有限公司.黄河干流若尔盖段应急处置工程设计方案工程地质勘察报告 R.郑州：黄河勘测规划设计研究院有限公司，2021：55-57.3 何元宵，许强，朱占雄.典型山区河道型水库塌岸模式研究 J.地质灾害与环境保护，2011，22（1）：63-66.4 张毓娟.贴坡式格宾网块石护坡在中小河流治理工程中的应用J.农业科技与信息，2020（5）：101-102.5 孙世军.后窑于家险段石笼护坡及软体沉排抛石护脚设计探析J.陕西水利，2019（3）：173-174.6 曲涛.格宾石笼在马友营河生态治理工程中的应用 J.陕西水利，2020（6）：85-87.【责任编辑许立新】图1坡式护岸边坡整体滑动计算简图4结语兰干色日克河处于平原区，加之该河流与上游的努尔河、萨依巴格河、布藏河、阿克萨依河和卡尔苏河都有水力联系，而且水力关系复杂，径流分析计算工作很困难。经过多次和比较全面的野外勘测、调查和访问工作，搜集整理已有水文和气象实测资料及成果，根据 水利水电工程水文计算规范 水文调查规范 等技术规范的要求，对设计径流分析提出了新的思路和计算方法，以基流加68月洪水汇入该河的洪量经沿程损失后得到的成果1.296亿m3作为兰干色日克河多年平均径流量，也比较符合兰干色日克河的实际情况。参考文献：1 周聿超.新疆河流水文水资源 M.乌鲁木齐：新疆科技卫生出版社，1999：1-5.2 尤平达.塔里木河流域地表水资源及径流组成 J.干旱区地理，1995，18（2）：29-35.3 詹道江，徐向阳，陈元芳.工程水文学 M.4版.北京：中国水利水电出版社，2010：168-182.4 和田水文勘测局.新疆和田地区地表水资源评价 R.和田：和田水文勘测局，2011：89-91.5 赵锐峰，陈亚宁，李卫红，等.1957年至2005年塔里木河干流径流变化趋势分析 J.资源科学，2010，32（6）：1196-1203.6 柴晓玲，郭生练，周芬，等.无资料地区径流分析计算方法研究 J.中国农村水利水电，2005（5）：21-22，26.7 秦国强.喀什噶尔河流域平原区地下水系统特征及划分研究 J.水资源研究，2022（1）：111-117.8 程仲雷，海米提 依米提，戚印鑫.新疆叶尔羌河流域山区降水与平原河川径流关系研究 J.水电能源科学，2012，30（1）：6-8，213.【责任编辑张帅】（上接第4页）PP 10