城市河流整治工程对岸坡浅埋管道影响探究

付东王，朱 杰，周春峰，范成文

(1.南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210022；2.南京市水务设施管理中心，江苏 南京 210004；3.河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098)

城市工业废水和生活废水中含有大量污染物，排入河流后可造成严重的生态破坏。此外，排入河流的混合物会沉积于水底形成粘滞力较强的淤泥。为防止河床抬高，河流不畅，最直接的措施便是清淤整治。对于一些老旧河流，其河床淤泥量很大，清淤施工即相当于卸载的过程，这会引起岸坡发生侧滑甚至塌方事故。若此时岸坡沿线有管道穿过，很有可能使得管道发生变形，严重时引起管道的剪切破坏或弯矩破坏。

针对城市河流开挖等基坑工程，国内外城市河流整治工程中通常在清淤后采用抛石和设置围挡结构的措施来加固河床、提高岸坡稳定性。然而，抛石过程对河床持续施加压力，会导致河床线下降，则岸坡可能会加剧滑移。本文依托南京市某河流整治工程，通过现场监测探究清淤、抛石以及设置围挡结构对岸坡浅埋管道的影响。

1 工程概况

南京市某河道治理工程全长约300m，整治后的河道横断面呈近似梯形，河底宽度4m，河顶宽度20m，河底高程为5.0m。其中一侧的浆砌碎石挡墙外侧约2m处有一高压自来水管道，直径为1.4m，埋深约0.5～1.0m，材质为钢化玻璃纤维，且与挡墙走向平行，如图1所示。

图1 管道位置示意图

根据现场勘察、室内土工试验、原位测试结果，勘察范围内自然沉积土层自上而下划分为3层5亚层，具体如下：

(1)1- 1杂填土:杂色～褐灰色，松散～稍密，由含量占约20%～50%的碎石、碎砖、混凝土块混粉质粘土填积而成，土质不均，填龄在5～10年。分布于整个场地，层厚0.60～4.70m，层底标高3.77～6.24m。

(2)1- 2素填土:灰黄、黄灰色～灰褐色，流塑，由粉质粘土混少量碎砖、碎石等填积，夹少量植物根系，局部夹淤泥质土，填龄大于10年。分布于整个场地，层厚0.80～3.10m，层底标高1.66～3.84m。

(3)2- 1淤泥质粉质黏土夹薄层粉砂:灰色，流塑，局部软塑，为粉质粘土局部夹粉砂薄层，切面稍有光泽，韧性、干强度中等偏低，高压缩性。分布于整个场地，层厚1.30～4.40m，层底标高-1.30～0.97m。

(4)2- 2粉质粘土夹粉砂:灰色，饱和，软塑状态，含少量腐殖物，具淤臭味，以粉质粘土为主，局部为流塑粉质粘土，夹薄层粉土与粉砂。切面稍有光泽，韧性中等偏低，干强度中等偏低。分布于整个场地，层厚2.40～11.80m，层底标高-11.44～-1.56m。

(5)3粉砂:青灰色，饱和，中密状态，含少量白云母碎片，主要矿物成份为石英，级配一般，局部夹薄层软塑粉质粘土。该层未钻穿，最大揭露厚度为14.40m。典型的地质剖面如图2所示。

图2 地质典型剖面图

2 河道治理与现场监测

河道清淤深度约为1.5m，清淤后采用40cm厚块石挤淤，其上依次为粗砂垫层、土工布和生态格网垫块。为防止岸坡土体发生较大滑移，在岸坡底部打入木桩，并设置一道浆砌碎石挡墙作为围挡结构，如图3所示。

图3 浆砌碎石挡墙结构示意图

现场监测采用间接法进行测量，主要内容包括管道前缘土体深层水平位移、管道沉降及水平位移等。观测工期与河道施工同步开始，完工后继续观测1周以确保安全。监测工作大体约为50d(2018年4月20日—6月10日)，各工序持续的时间范围见表1。

表1 现场施工工序

3 结果分析

3.1 沉降量变化分析

河道整治施工过程中，既有浅埋管道典型监测点的沉降量变化分析结果如图4所示，由于土质延长度方向变化不大，各测点的变化量也基本一致。

图4 管道累计沉降量

从其累计沉降量-时间关系可以分析发现，河道管道施工区域开始开挖作业前期，管道近处沉降总体较大且发展较快。往河床抛石挤淤阶段，块石对下卧流塑状杂填土和2- 1层淤泥质粉质黏土夹薄层粉砂具有一定的加荷作用，但并未加大岸坡土体的沉降变形。浆砌碎石挡墙等围挡结构设置完成后，沉降逐渐趋于稳定，最大沉降量约为3.8mm。

3.2 表层水平位移量变化分析

河道整治施工过程中，既有浅埋管道监测点的水平变化分析结果如图5所示。

图5 管道累计水平位移量

通过对既有管道处累计水平位移-时间关系分析发现，管道表层水平位移受施工的影响基本上跟沉降量呈现出相似的变化规律。其最大变形量约为5.0mm，低于规范限值，且总体较小，对既有浅埋管道的安全稳定性影响不大。5月20日之后，随着设置挡墙、补打抗滑木桩和回填支撑块石等措施的实施，水平位移量逐渐稳定，从而有效地抑制了管道周围土体向河道内侧位移的趋势。

3.3 深层水平位移量变化分析

对管道周边的岸坡设置了10个深层水平位移监测点，测斜孔深约20.5m，典型变化情况如图6所示。从深层水平位移变化图可以分析发现，测斜监测点均产生了不同程度的水平位移，深度越小，位移量越大，在深度1m的位置位移量达到最大，约为4.8mm，这符合土力学中“表层土更易受到扰动”的说法。此外，监测过程中个别日期监测点数据存在波动，可能是由于测量误差、降雨、大型机械在场地作业等因素导致，不影响整体位移变化趋势。

图6 岸坡深层水平位移量

4 结论

(1)清淤时河床卸去大量荷载，使得岸坡浅埋管道向河流内侧急剧位移，同时产生沉降。

(2)现场抛石挤淤的施工步骤虽然对河床起到了加载作用，但并未引起岸坡管道的明显位移。

(3)围挡结构的设置可有效限制管道的位移变化趋势，管道最终是安全稳定的。

本项目以河流整治工程中对临近岸坡既有浅埋管道的保护为出发点，可为今后类似工程提供参考。清淤和抛石过程现场有大型机械长时间作业，此因素对周围管道影响方面有待进一步探究。