柴排在盤錦護岸工程中的應(yīng)用

張秀芬

（盤錦市水利勘測設(shè)計院，遼寧 盤錦 124010）

河床演變的基本原理是輸沙不平衡，河床沖淤變化是由輸沙平衡的破壞而產(chǎn)生的，而河床沖淤變化又是向著恢復(fù)輸沙平衡的方向發(fā)展，它是制約所有河床演變過程的基本規(guī)律。影響河床演變的因素是非常復(fù)雜的，但影響水流與河床相互作用的主要因素有以下幾方面：1）河段的水量及變化過程；2）河段的來沙量，來沙組成及其變化過程；3）河段的河道比降及變化情況；4）河段的河體形態(tài)及地質(zhì)情況。

1 工程概況

一統(tǒng)河口護岸工程位于雙臺子河右岸，距盤山戰(zhàn)備橋下游2 km處，該處河槽經(jīng)1993年汛期洪水沖刷，其右岸處嚴重崩塌，右岸岸邊最近距離防洪大堤僅為30 m左右，同時該處防洪大堤直接保護雙臺子區(qū)及大型國有企業(yè)遼河化工集團。1994年被列為盤錦市城防重點險工險段，屬典型的平源河道彎曲型河段。從1994年至今在總體整治的基礎(chǔ)上經(jīng)過了4期護岸工程措施，經(jīng)過幾年的運行該處河段河床穩(wěn)定。

2 工程規(guī)劃與設(shè)計

2.1 規(guī)劃原則

該工程的規(guī)劃原則是以防洪做為其整治目標(biāo)，主要考慮在造床流量（一般以平槽流量）作用下的河床穩(wěn)定。工程措施采取平順式護岸與挑流式丁壩群相結(jié)合的方式，保證上、下游造床流量下水流的平順銜接，同時通過丁壩挑流將水流主動力軸線偏向凸岸。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

1）設(shè)計參數(shù)。本工程采用柴排結(jié)構(gòu)，其工程措施目的是防止凹岸在汛期沖刷，因此采取造床流量下的中水河槽設(shè)計水位，即相應(yīng)平槽水位3.0 m，設(shè)計枯水位為-0.5 m。根據(jù)河岸土質(zhì)狀況，其設(shè)計穩(wěn)定岸坡為1∶3.0，丁壩壩頂設(shè)計高程為3.0 m，丁壩側(cè)面邊坡為1∶1，壩頭枯水位以上邊坡為1∶1，枯水位以下邊坡為 1∶1.5～1∶3.0。

2）柴排尺寸及構(gòu)造。柴排是把柞條制成大面積排狀，用石塊壓沉于近岸河岸上，或每塊疊加成壩體形成柴排丁壩，以保護河床免受水流淘刷。它的結(jié)構(gòu)是用直徑0.15 m的柞條把，用鐵線捆成1 m見方的下上對稱的十字格，作為排體骨架，在十字方格底部縱橫各鋪一層底梢柞條、葦子。上、下對稱的十字方格交點用鉛絲綁扎牢固。沿柞條把打簽樁，構(gòu)成2×2方格，每米柞條把打直徑0.03 m，長1.5 m的簽樁2～3根，然后進行進行編籬。上述方法做成排體厚度為0.7 m左右，在排體上拋石下沉于相應(yīng)工程位置。護岸沉排順?biāo)鞣较蜷L度為30 m，搭接長度2 m，垂直水流方向護至河道沖刷線以外2 m。

3）柴排壓石粒經(jīng)設(shè)計。柴排是靠石塊壓沉的，為保證沉排上壓石不被水流沖走，須通過計算石塊的起動流速來確定石塊粒徑。

式中：VH——起動流速，m/s；VH′——石塊斜坡上的起動流速，計算時可近似地取接近護岸地點洪水期最大平均流速，取3.5 m/s；θ——水流方向與水邊線的交角，取30°；m——斜坡的邊坡系數(shù)，取3.0；m0——石塊的自然邊坡系數(shù)，取1.0。

式中：d——沉排壓石最小粒徑；g——重力加速度，m/s2；h——水深，m。

根據(jù)（1）式得 VH=4.71 m/s；由（2）式計算得d=0.31 m，取 d=30 cm，沉排壓石最小粒徑應(yīng)不小于30 cm。

4）沉排壓石厚度設(shè)計。壓石厚度，由壓石重量與水流對沉排浮力平衡條件加以確定。

式中：t1——沉排壓石厚度，m；t2——沉排厚度，m；n——沉排的抗浮安全系數(shù)取1.5；rt——柞條容重，180 kg/m3；pt——柞條重，600 kg/m3；rs——塊石容重，1 600 kg/m3；ps——塊石重率，2 700 kg/m3；γ——水容重，1 000 kg/m3。

經(jīng)計算：t1=0.38 t2，取 t1=0.4 t2。

當(dāng)沉排為柴排時，其壓石厚度為柴排厚度的0.4倍。根據(jù)已有工程的經(jīng)驗，結(jié)合本地實際特點，該工程設(shè)計排厚度為1.0 m，壓石厚度為0.4 m，柴排為0.6 m。

5）丁壩及平順護岸設(shè)計表面。根據(jù)上述的設(shè)計條件，及設(shè)計原理，平順護岸斷面形式岸見圖1；丁壩斷面形式見圖2。

圖1 平順護岸斷面圖

圖2 丁壩護岸斷面圖

3 結(jié)語

通過近幾年的工程實踐證明，柴排護岸的結(jié)構(gòu)形式在平原河道整治上是一種較好的工程措施。優(yōu)點是具有較好的柔韌性、與河床連接緊密，抗沖性能好，結(jié)構(gòu)簡單，施工技術(shù)要求低，不需要專門設(shè)備，北方施工時一般選擇在冬季，可直接在冰上施工，排體落位準確。缺點是水上部分易腐爛，不利于環(huán)保，工程維修費用較大，如材料不是當(dāng)?shù)厣a(chǎn)，并不經(jīng)濟。