長江中下游航道整治護(hù)岸工程設(shè)計(jì)理念

(1.長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430040； 2.長江航道局，湖北 武漢 430010)

規(guī)劃設(shè)計(jì)

長江中下游航道整治護(hù)岸工程設(shè)計(jì)理念

劉奇峰1朱元章2黃偉2陳怡君1

(1.長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢430040； 2.長江航道局，湖北武漢430010)

護(hù)岸工程作為守護(hù)高灘、岸線，穩(wěn)定航道邊界條件最為主要的工程手段，已在長江中下游航道整治中得到廣泛運(yùn)用。通過對(duì)比分析長江中下游已有航道整治護(hù)岸工程不同結(jié)構(gòu)型式的差異、生態(tài)護(hù)岸實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及在河勢(shì)控制、航道條件改善、生態(tài)效應(yīng)等方面的應(yīng)用效果，提出了適合長江中下游航道整治特點(diǎn)的護(hù)岸工程設(shè)計(jì)理念。

航道整治；護(hù)岸工程；河勢(shì)控制；長江中下游

圖1 長江中下游航道整治斜坡式護(hù)岸工程斷面結(jié)構(gòu)示意

長江中下游航道從宜昌至吳淞口，全長1 669 km，是長江干線航運(yùn)最為繁忙、通航密度最大的河段。采用航道整治工程提升航道標(biāo)準(zhǔn)，是充分發(fā)揮長江“黃金水道”作用的重要措施。三峽水庫蓄水運(yùn)行以來，長江中下游河道內(nèi)重要洲灘、岸線沖刷趨勢(shì)明顯，導(dǎo)致中下游干線航道邊界不穩(wěn)定，重點(diǎn)淺灘段航道條件趨于惡化。為穩(wěn)定航道邊界，遏制航道條件的不利變化，在長江中下游航道整治工程中廣泛使用了護(hù)岸工程措施進(jìn)行岸坡和洲灘的防護(hù)。

1 護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

長江中下游航道整治護(hù)岸廣泛采用斜坡式平順護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式，在部分工程中采用了斜坡式與直立式組合的結(jié)構(gòu)型式。

斜坡式護(hù)岸由護(hù)底、鎮(zhèn)腳和護(hù)坡3部分組成(圖1)。護(hù)底是護(hù)岸的基礎(chǔ)部分，是從坡腳向外直至深槽的防護(hù)體，起遏制河底沖刷的作用，水下護(hù)底多采用D型排、混凝土聯(lián)鎖塊排、沙枕等結(jié)構(gòu)。鎮(zhèn)腳是護(hù)底與護(hù)坡的結(jié)合部，是從坡腳向里至枯水平臺(tái)或腳槽的填筑體，起到調(diào)整水下岸坡、支撐水上岸坡的作用，多采用拋石、拋枕等結(jié)構(gòu)。護(hù)坡是從枯水平臺(tái)(腳槽)至護(hù)岸頂部的砌筑體，起到防止水流和波浪淘刷岸坡的作用。護(hù)坡多由反濾層、墊層、護(hù)面層和排水設(shè)施組成，面層多采用鋪石、干砌塊石、漿砌塊石、護(hù)坡磚、混凝土六邊塊、鋼絲網(wǎng)格等結(jié)構(gòu)。

圖2 斜坡式與直立式組合護(hù)岸工程斷面結(jié)構(gòu)示意

斜坡式與直立式組合護(hù)岸在長江航道整治工程中使用不多，僅在藕池口水道航道整治工程、土橋水道航道整治工程、荊江河段航道整治工程周天河段新廠高灘、窯監(jiān)大河段丙寅洲高灘段使用過。它與斜坡式護(hù)岸結(jié)構(gòu)的差別在于護(hù)坡頂段設(shè)置直立式(自嵌式)擋土墻(圖2)，起到減少開挖和永久占地的作用。

2 生態(tài)護(hù)岸探索及實(shí)踐

2.1 生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)

在護(hù)岸岸坡守護(hù)中，逐步引進(jìn)和開發(fā)岸上生態(tài)技術(shù)，達(dá)到守護(hù)和生態(tài)功能相結(jié)合，促進(jìn)工程和生境的融合。目前，采用的岸坡護(hù)面生態(tài)結(jié)構(gòu)包括三維網(wǎng)墊、生態(tài)護(hù)坡磚、鋼絲網(wǎng)格和自嵌式擋土墻結(jié)構(gòu)。

(1) 三維網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)。加筋三維網(wǎng)墊是將發(fā)絲狀聚丙烯材料擠壓于機(jī)編六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)面上形成的(圖3)。加筋三維網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)用于水位變動(dòng)區(qū)，進(jìn)行陸上施工，需要考慮壓載或錨固[1-2]。加筋三維網(wǎng)墊是一種高效的促淤生態(tài)護(hù)灘結(jié)構(gòu)，能使泥沙落淤，有利于植被生長。

圖3 加筋三維網(wǎng)墊

(2) 生態(tài)護(hù)坡磚。通過平面上的“鏤空”結(jié)構(gòu)，生態(tài)護(hù)坡磚為動(dòng)、植物的生長、發(fā)育提供空間，同時(shí)通過結(jié)構(gòu)上的扣合，增強(qiáng)岸坡的穩(wěn)定性(圖4)。

圖4 生態(tài)護(hù)坡磚

(3) 鋼絲網(wǎng)格。鋼絲網(wǎng)格由雙絞合六邊鋼絲網(wǎng)格構(gòu)成，鋼絲及其鍍高爾凡層的品質(zhì)滿足國際標(biāo)準(zhǔn)。在鋼絲網(wǎng)格里裝填石塊后，封閉蓋板，成為一個(gè)大型的、具備柔韌性和整體性的工程模塊，用以取代常用的塊石壘砌。與傳統(tǒng)的塊石和混凝土塊護(hù)面結(jié)構(gòu)相比，鋼絲網(wǎng)格更有利于植被的生長。

(4) 自嵌式擋土墻。這種擋土結(jié)構(gòu)是依靠自嵌式擋土砌塊干壘而形成的柔性擋土結(jié)構(gòu)。主要依靠自嵌式擋土砌塊塊體自重來抵抗動(dòng)靜荷載，達(dá)到穩(wěn)定的作用，具有經(jīng)濟(jì)造價(jià)低、景觀效果好且占地少等優(yōu)點(diǎn)(圖5)。

圖5 自嵌式擋土墻

2.2 水下生態(tài)結(jié)構(gòu)

水下生態(tài)結(jié)構(gòu)主要是在水下護(hù)底和鎮(zhèn)腳的基礎(chǔ)上，引進(jìn)和開發(fā)水下生態(tài)技術(shù)，在達(dá)到護(hù)底和穩(wěn)定效果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)工程的生態(tài)功能。目前，采用的水下生態(tài)結(jié)構(gòu)主要有透水框架和魚巢磚等。

(1) 透水框架結(jié)構(gòu)。四面六邊透水框架為四面六邊型透水結(jié)構(gòu)[3-4]，由6根桿件共同構(gòu)成三角形透空四面體，桿件為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(圖6)。

圖6 四面六邊透水框架

(2) 魚巢磚結(jié)構(gòu)。通過對(duì)不同來流條件下不同尺寸魚巢形成的水流條件進(jìn)行計(jì)算，得到了適用于荊江河段魚類水流條件的魚巢磚尺寸，并在荊江河段航道整治工程中加以運(yùn)用(圖7)。魚巢磚由混凝土預(yù)制構(gòu)件組成，有利于魚類棲養(yǎng)繁育。

圖7 魚巢磚

3 護(hù)岸工程效果

(1) 護(hù)岸工程穩(wěn)定了崩退的岸線，有利于河勢(shì)和航道邊界的穩(wěn)定，有效遏制了航道條件的惡化。三峽水庫蓄水運(yùn)用以來，窯監(jiān)河段烏龜洲洲體右緣一直處于崩退狀態(tài)，洲體中段年平均崩退速度在15 m左右；下段崩退速度較快，基本上在30 m/a以上。2010年，通過實(shí)施烏龜洲右緣守護(hù)工程，改變了烏龜洲洲體崩退狀態(tài)，形成了穩(wěn)定的航道左邊界。工程的實(shí)施限制了因岸線崩退造成的河道不斷展寬，改變了河槽向?qū)挏\化方向發(fā)展的變化趨勢(shì)，有效遏止了航道條件的惡化[5]。

以安慶水道航道整治工程為例，在鵝毛洲護(hù)岸工程中，在支汊內(nèi)進(jìn)行岸線守護(hù)，其與護(hù)底工程共同作用，有效地控制住了支汊的沖刷發(fā)展，減小了支汊的分流，增加了主汊過流，遏制了汊道分流比的不利調(diào)整，更加有利于河勢(shì)的穩(wěn)定。工程實(shí)施后，主汊(左汊)分流增加了3%～5%，支汊(中汊)分流減少約6%，在保持河勢(shì)穩(wěn)定的同時(shí)，也進(jìn)一步改善了航道條件，航道尺度達(dá)到6.0 m×200 m的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[6]。

(2) 護(hù)岸工程改變了洲灘崩退的變化，有利于水土保持。生態(tài)工程的實(shí)施有利于植被的生長和魚類生存環(huán)境的改善，可起到較為明顯的生態(tài)環(huán)保作用。護(hù)岸工程的生態(tài)效應(yīng)主要體現(xiàn)在減少因水流傾蝕導(dǎo)致的崩岸現(xiàn)象的發(fā)生，有利于水土保持。過去大多采用的六邊混凝土塊、干砌塊石和漿砌塊石護(hù)坡結(jié)構(gòu)阻斷了植被、微生物與土體的交互，已逐漸被鋼絲網(wǎng)格等新型結(jié)構(gòu)所代替。

目前實(shí)施的長江中下游護(hù)岸工程十分注重生態(tài)效應(yīng)，鋼絲網(wǎng)格、四面六邊透水框架、魚巢磚等新型護(hù)岸結(jié)構(gòu)，有利于植被的生長和魚類生存環(huán)境的改善，已在越來越多的航道整治工程中得以運(yùn)用。

4 主要設(shè)計(jì)理念

(1) 護(hù)岸工程是河勢(shì)控制工程的重要組成部分，工程布置應(yīng)與河勢(shì)控制規(guī)劃協(xié)調(diào)一致。從有利于河勢(shì)和航道邊界穩(wěn)定的角度出發(fā)，合理確定護(hù)岸工程范圍。

(2) 長江中下游航道整治護(hù)岸工程應(yīng)在充分總結(jié)以往工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，不斷創(chuàng)新護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)型式。

(3) 在保證工程穩(wěn)定的前提下，護(hù)岸工程應(yīng)有“人水和諧”的設(shè)計(jì)理念，應(yīng)注重發(fā)揮護(hù)岸工程的綠色生態(tài)效應(yīng)，特別是在岸上護(hù)坡和水下護(hù)底結(jié)構(gòu)上選用生態(tài)環(huán)保的工程結(jié)構(gòu)型式。

(4) 從減小對(duì)水流結(jié)構(gòu)改變的角度出發(fā)，采用隨坡就勢(shì)的平順斜坡式護(hù)岸，會(huì)更有利于護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

對(duì)部分后方開挖存在困難的岸坡，結(jié)合岸坡實(shí)際情況，采用直立式護(hù)坡守護(hù)是合適的，但應(yīng)充分考慮工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性需求。

(5) 水下護(hù)底和鎮(zhèn)腳淘刷、岸坡排水不暢是護(hù)岸工程發(fā)生破壞的最主要原因，因此在護(hù)岸工程設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)考慮水下護(hù)底、鎮(zhèn)腳守護(hù)和岸坡排水等因素的影響。

(6) 受長江中下游來流年際、年內(nèi)變化較大的影響，護(hù)岸工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮來流變化對(duì)護(hù)岸工程陸上和水上施工的不同影響，合理規(guī)劃施工組織。

5 結(jié) 論

通過全面回顧長江中下游航道整治護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀、生態(tài)護(hù)岸探索及實(shí)踐，分析了護(hù)岸工程在河勢(shì)控制、航道條件改善和生態(tài)效應(yīng)方面的作用，提出了護(hù)岸工程主要設(shè)計(jì)理念，得出如下結(jié)論。

(1) 三峽水庫蓄水運(yùn)行以來，清水下泄導(dǎo)致的江心洲灘和岸線持續(xù)沖刷后退，不利于航道條件的穩(wěn)定。為穩(wěn)定航道邊界，遏制航道條件的不利變化，在長江中下游航道整治工程中廣泛使用了護(hù)岸工程措施進(jìn)行岸坡和洲灘的防護(hù)。

(2) 已建航道整治護(hù)岸工程取得了較好的岸坡防護(hù)、河勢(shì)控制及航道條件改善的效果，生態(tài)效應(yīng)逐步顯現(xiàn)。

(3) 護(hù)岸工程中應(yīng)體現(xiàn)協(xié)調(diào)、創(chuàng)新、綠色的設(shè)計(jì)理念。根據(jù)長江中下游來流及河道岸灘自身特點(diǎn)，護(hù)岸工程設(shè)計(jì)應(yīng)注重工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，加強(qiáng)重點(diǎn)部分守護(hù)，并合理確定工程組織方案。

[1] 張金來，吳婷婷，陳其武，等. 加筋三維網(wǎng)墊在護(hù)灘工程中的應(yīng)用[J]. 水運(yùn)工程，2012(8)：204-206.

[2] 馮叢林，周凱，楊再常，等. 加筋麥克墊在護(hù)灘工程中的應(yīng)用及施工質(zhì)量控制[J]. 水運(yùn)工程，2014(3)：183-187.

[3] 汪奇峰. 四面六邊混凝土透水框架在長江航道整治工程護(hù)灘中的運(yùn)用[J]. 中國水運(yùn)，2013(7) ：165-166.

[4] 周生利，劉常全，張俊，等.混凝土四面六邊透水框架結(jié)構(gòu)在長江航道整治中的應(yīng)用[J]. 水運(yùn)工程，2012(10)：102-106.

[5] 張俊鋒.長江中游窯監(jiān)河段航道整治工程效果分析[J].水運(yùn)工程，2015(6):143-146.

[6] 劉奇峰. 長江下游安慶水道航道整治工程效果分析報(bào)告 [R]. 武漢:長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2014.

(編輯：李慧)

2017-09-15

劉奇峰，男，長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，高級(jí)工程師.

1006-0081(2017)11-0053-03

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