四面六邊透水框架在葉爾羌河中游渠首的應(yīng)用

陳增偉

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院 新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

葉爾羌河流域控制灌溉面積651.47萬畝，是全疆第一大灌區(qū)，全國第四大灌區(qū)。中游渠首的任務(wù)主要是控制灌區(qū)引水量，為實(shí)現(xiàn)葉爾羌河向塔里木河多年平均輸送3.3億m3生態(tài)水創(chuàng)造條件。因此，為保證渠首能夠引到足夠的水，在渠首上下游設(shè)計了導(dǎo)流堤，筑堤材料為河床開挖料——粉細(xì)砂，上游右岸及左岸導(dǎo)流堤長均為2.2km，堤高5.5m，堤頂寬6m，上游邊坡1∶2.5，下游邊坡1∶2.5,下游右岸及左岸導(dǎo)流堤長分別為200m和300m，導(dǎo)流堤高4.5m，堤頂寬6m，上游邊坡1∶2.5，下游邊坡 1∶2.5。

樞紐區(qū)出露地層為第四系全新統(tǒng)松散堆積物，沖洪積粉土、粘土層主要分布于河谷兩岸Ⅰ～Ⅱ級階地上部，厚度0.4m～1.5m。沖洪積粉細(xì)砂～細(xì)砂層廣泛分布于河床兩岸階地下部、河床河漫灘上，厚度約45m。粉細(xì)砂滲透系數(shù)2×10-4cm/s。

2 導(dǎo)流堤存在的沖刷問題

2010年8月下旬，上游右岸導(dǎo)流堤樁號1+400處被洪水淘刷開一缺口，落淤后現(xiàn)場實(shí)測最大沖坑深7.5m，沖刷深度超過了設(shè)計沖刷深度，導(dǎo)流堤基礎(chǔ)為12m深地下連續(xù)墻。沖刷過深導(dǎo)致地下連續(xù)工槽段之間裂縫，致使連續(xù)墻裂縫、傾覆。為保證渠首安全，需修復(fù)導(dǎo)流堤并對導(dǎo)流堤坡腳進(jìn)行防護(hù)加固處理。

3 導(dǎo)流堤坡腳防護(hù)設(shè)計

3.1 坡腳防護(hù)設(shè)計方案的選擇

國內(nèi)已有的水平防沖刷技術(shù)有鋼筋混凝土四面六邊透水框架群方案、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)類型工程、拋石結(jié)構(gòu)護(hù)岸工程、井柱樁排透水丁壩方案。

(1)四面六邊透水框架群

四面六邊透水框架采用混凝土、毛竹灌沙、橡膠灌沙等形式制作桿件，然后再將六根桿件鉸接在一起形成四面六邊結(jié)構(gòu)形式，再將3個～4個框架串聯(lián)在一起拋投，形成透水框架群。該框架群通過試驗(yàn)測得減速率達(dá)到40%～70%，減速落淤效果明顯，且具有較強(qiáng)的抗沖能力和自我保護(hù)能力。在有效保護(hù)工程區(qū)河床免受沖刷的同時，對工程以外一定范圍的河床也具有保護(hù)作用。

該防沖刷工程形式不僅應(yīng)用到江西長江大堤、贛江、憮河、陜西渭河等河堤堤岸，也推廣到了山東、湖南等地區(qū)的河道上。

（2）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)類型工程

該結(jié)構(gòu)采用鋼絲或其他合金材料編織六角網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)結(jié)構(gòu)編織成箱體，填充塊石或卵石可做順壩、丁壩及剛性基礎(chǔ)的護(hù)腳護(hù)底。由于它是一種蜂巢型的結(jié)構(gòu)，符合力學(xué)原理，具有一定的延展性和高抗壓強(qiáng)度，柔性結(jié)構(gòu)又具有較強(qiáng)的應(yīng)變能力；具有透水性，能有效解決孔隙水壓力帶來的影響；具有耐久性，能有效抵抗地震的沖擊力。該結(jié)構(gòu)工程廣泛應(yīng)用于水利工程、防洪搶險工程、水土保持工程、道路工程等領(lǐng)域。

（3）拋石結(jié)構(gòu)護(hù)岸工程

在壩體迎水面鋪設(shè)2m～3m厚的塊石，并堆砌至堤頂以上2m高。

拋石順壩一般按照設(shè)計整治線，利用枯水期大致順河岸修建。汛期必須準(zhǔn)備足夠的備用塊石，配備專人組織守護(hù)，塊石隨沉隨拋，直到穩(wěn)定為止。

拋石丁壩一般做成短丁壩群，壩軸線與水流夾角一般在30°～60°之間，壩長一般40m～60m。其結(jié)構(gòu)形式與拋石順壩大體相同，僅在壩頭部位20m左右長度內(nèi)，迎水面與背水面兩側(cè)同時拋?zhàn)o(hù)。拋石順壩丁壩水下基礎(chǔ)采用鉛絲籠或者鋼筋籠裝石鋪設(shè)。

拋石結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用十分廣泛，陜西省渭河、漢江、九江大堤、塔里木河阿克蘇段均有不用形式的拋石護(hù)砌工程。

（4）井柱樁排透水丁壩

該透水丁壩壩長50m～110m，丁壩軸線與水流夾角45°～70°，井柱樁深一般壩頭23m，壩根段20m，樁徑70cm～80cm，壩體孔隙率控制在17%～20%。丁壩頂部采用鋼筋混凝土帽梁貫聯(lián)（一般寬1.0m，高0.5m），可兼做人行橋供汛期搶險使用。壩根用拋石做成錐形實(shí)體壩根，以防水流沖毀邊岸。

運(yùn)行過程中，壩根拋石下沉后，必須及時補(bǔ)齊，直至穩(wěn)定為止。

該工程形式在阿克蘇農(nóng)一師塔里木河段應(yīng)用十分廣泛，并獲得1978年新疆維吾爾自治區(qū)科學(xué)大會優(yōu)秀科技成果獎。

3.2 工程形式總結(jié)

（1）防洪護(hù)岸工程在粉細(xì)砂河床上不能單一采用剛性護(hù)岸工程，因一次性投入資金量小，不能完全滿足抗沖刷要求，故應(yīng)該采用剛性防護(hù)與柔性防護(hù)相互結(jié)合的防護(hù)形式。

（2）剛性防護(hù)形式應(yīng)變能力差，一旦發(fā)生失穩(wěn)，搶險壓力巨大，修復(fù)投入也較高。

圖1 四面六邊透水框架應(yīng)用示意圖

（3）柔性防護(hù)體系不宜選擇整體性較強(qiáng)的防護(hù)形式，應(yīng)選用應(yīng)變能力強(qiáng)的形式，發(fā)生破壞時可及時發(fā)現(xiàn)，及時搶險。

通過對長江、黃河、渭河以及塔里木河多種防洪工程形式的比較，在粉細(xì)沙河床上興建水利工程，一般需通過調(diào)度運(yùn)行管理（渠首），以及逐年采用拋石、透水框架群等柔性防護(hù)手段，直至底部防護(hù)措施達(dá)到最大沖刷深度以后才能趨于穩(wěn)定。

葉爾羌河中下游為粉細(xì)砂河床，屬于典型的游蕩性河流，汛期河床沖淤變化劇烈，主流擺動頻繁。以往在葉爾羌河流域中下游永久防洪護(hù)岸工程中，均采用純剛性防護(hù)形式，應(yīng)變能力較差，加之對永久防洪工程的投入比例嚴(yán)重不足，致使防洪工程不能達(dá)到應(yīng)有的防護(hù)效果，且本身也較容易遭受破壞，因此考慮采用柔性防護(hù)形式。由于工程區(qū)附近無塊石、卵石料場，距工程區(qū)最近的塊石料場在巴楚縣三岔口處，距工程區(qū)281km，運(yùn)距太遠(yuǎn)，造價高；卵石料場位于本工程南側(cè)葉河上游東岸總干渠管理一站附近河道內(nèi)，運(yùn)距105km，雖然運(yùn)距較塊石料場近，但卵石尺寸偏小，若無外包網(wǎng)狀物的約束，易流失。鋼筋石籠的單價大于格賓石籠，鉛絲石籠耐久性差，易解體，綜合以上因素選用四面六邊透水框架群方案。四面六邊透水框架群減速落淤效果明顯，且具有較強(qiáng)的抗沖能力和自我保護(hù)能力。在有效保護(hù)工程區(qū)河床免受沖刷的同時，對工程以外一定范圍的河床也具有保護(hù)作用。

3.3 坡腳防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

經(jīng)比較，坡腳采用鋼筋混凝土四面六邊透水框架群+格賓石籠混合處理方案。四面六邊透水框架及格賓石籠在導(dǎo)流堤坡腳槽孔混凝土連續(xù)墻迎水面?zhèn)炔荚O(shè)，如圖1所示，下部布設(shè)格賓石籠，2層，15m寬；格賓石籠上部布設(shè)鋼筋混凝土四面六邊透水框架群，3層，15m寬。鋼筋混凝土四面六邊透水框架群件邊長1m，橫斷面10cm×10cm，桿件橫斷面形心處布置1根φ10鋼筋，鋼筋端頭伸出混凝土桿件15cm，6根桿件端頭鋼筋相互焊接。為將水流主流導(dǎo)向主槽，在水毀段上游100m處布設(shè)一道混凝土四面六邊透水框架丁壩，丁壩與岸坡夾角為30°。丁壩長60m，沿60m長度方向布設(shè)鋼筋混凝土四面六邊透水框架群，3層，15m寬。

4 結(jié)論

導(dǎo)流堤坡腳決定采用鋼筋混凝土四面六邊透水框架群+格賓石籠混合方案處理。經(jīng)一年的運(yùn)行，未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)流堤基礎(chǔ)沖刷破壞，表明地基處理效果良好。導(dǎo)流堤基礎(chǔ)沖刷處理的實(shí)踐證明，鋼筋混凝土四面六邊透水框架具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先原材料取材方便；其次施工工藝簡單可靠，操作靈活。因此，鋼筋混凝土四面六邊透水框架群在水利基礎(chǔ)防護(hù)工程中應(yīng)用前景廣闊。

[1]張文捷等.江河護(hù)岸新技術(shù)—四面六邊透水框架群[M].北京：中國水利水電出版社.2002.

[2]王南海等.新型護(hù)岸技術(shù)—四面六邊透水框架群在長江護(hù)岸工程中的應(yīng)用[J].長江科學(xué)院院報.1999.（2）.

[3]王南海等.新型護(hù)岸技術(shù)—四面六邊透水框架群在江西護(hù)岸工程中的應(yīng)用[J].江西水利科技.1999.（1）.