游蕩型河道防洪護岸結(jié)構(gòu)型式分析

王克強

（阿克蘇塔河源勘測設(shè)計院有限公司，新疆 阿克蘇843000）

0 引言

游蕩型河道具有河床寬而淺、河道沖淤變幅大、河勢多變等特性，這對游蕩型河道的整治提出了更高的安全要求［1］。塔里木河第一師阿拉爾段作為典型的游蕩型河道，表現(xiàn)為河段內(nèi)主流擺動范圍大，防洪標(biāo)準(zhǔn)不高，防洪措施不完善，整治難度較大。鑒于游蕩型河道在比降、河相、沖淤變化及河床演變規(guī)律上均具有其特殊性，文章深入分析塔河阿拉爾段基本水力特性，結(jié)合歷史治理經(jīng)驗提出了相應(yīng)的護岸結(jié)構(gòu)型式，以徹底解決洪水威脅。

1 河道概況及水文特性

塔里木河是我國最長的內(nèi)陸河，自西向東從天山流向塔克拉瑪干大沙漠北。作為典型的游蕩型河流，其表現(xiàn)為主流頻繁擺動、河床斷面變幅大，無固定主河槽。漲水沖刷，落水淤積，致使河床變遷，主流頂沖河岸，沖刷嚴(yán)重。

1.1 河道比降

塔河總體平面特征：河道較為順直，但是由于主流南沖北折，經(jīng)常肆意擺動，頂沖河岸造成曲率系數(shù)大于1，阿拉爾河段河床比降在1/3000～1/5000范圍內(nèi)。

1.2 橫斷面寬度

根據(jù)塔河阿拉爾站多年觀測資料可知塔河主流汛期頻繁擺動，河床斷面變化很大且無固定河槽。據(jù)阿拉爾水文站1958年以來的測流資料表明，當(dāng)河道流量在500 m3/s以上時水面寬度變化范圍在180 m～1010 m之間，平均水深為0.71 m～2.43 m，最大水深為1.67 m～9.3 m。河床斷面主要表現(xiàn)為寬淺形態(tài)。

1.3 河床質(zhì)

塔河豐枯流量變化大，洪峰水位上漲快歷時段，洪水變差系數(shù)0.35，偏差系數(shù)為0.7，表現(xiàn)為多峰型的洪水過程線。塔河河床、河岸土壤主要為細(xì)沙和粉砂，相間有少量厚度不大的亞砂土或亞粘土層，邊岸可沖性極強，且沿河兩岸均無人工約束。

1.4 河道演變

塔河主槽一次洪峰漲落過程的沖淤變化一般規(guī)律是：漲水沖刷，落水淤積，相同流量時的落洪水位低于漲洪水位。塔河之所以落洪水位低于漲洪水位，是因為汛期水流自身的造床作用，加大了河槽過水能力，已經(jīng)足以抵償并超過洪水波傳播所帶來的附加比降影響的緣故。它與黃河下游段及其它平原游蕩性河流的水位流量變化規(guī)律也大致相似。

塔里木河阿拉爾段，河坎高度2 m～3 m左右，根據(jù)40年來觀測，沒有發(fā)現(xiàn)河床有淤高情況，兩岸又無低洼埡口，不具改道條件。因此，塔里木河近期主要是河槽橫向擺動和周期性的沖淤變化而已。從宏觀上講，堆積平原上的河流，緩慢地淤高是必然的，只不過需要歷時較長，目前可暫不考慮。

2 防洪護岸結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 護岸結(jié)構(gòu)型式選擇

塔里木河上游段具有游蕩性河道特有的“寬、淺、亂”特點，主流擺動頻繁、以旁蝕河岸為主。河床母質(zhì)為深厚的細(xì)砂和粉細(xì)砂組成，易被水流淘刷。洪枯流量懸殊，汛期含沙量大；洪峰歷時較短，落洪速度較快，河床、河岸抗沖性較差，而且“橫河、斜河”的發(fā)生具有突發(fā)性和不可預(yù)測性。

鑒于河床土壤以粉砂和細(xì)沙為主，易被水流沖刷淘蝕，若作墻式護岸，工程施工中基坑開挖和排水難度極大，施工難以進行，且完建后大部分工程位于水下、河底以下，不利于開展工程運行維護和安全觀測工作。另外，參考黃河下游段治理工程成功范例，本工程采用壩式護岸、坡式護岸結(jié)合型式，壩式護岸又分為丁壩和順壩兩種型式。

結(jié)合塔河阿拉爾市城區(qū)段河道特征若采用丁壩護岸出險的機率較大，出現(xiàn)“橫河”時，丁壩壩頭、相鄰丁壩之間勢必發(fā)生嚴(yán)重險情，搶險十分困難。而順壩依托老河岸、沿治導(dǎo)線采取曲直相間布置，設(shè)計河寬不影響河道過洪斷面，不壓縮原河床和原河道的泄洪、滯洪能力，水流平順。因此，塔河上游阿拉爾段永久性護岸工程的建設(shè)設(shè)計選擇順壩方案作為護岸型式。

2.2 斷面結(jié)構(gòu)型式選擇

在對與塔河河道特征相似的阿克蘇河、和田河河道上所采用的各類防塌岸護岸結(jié)構(gòu)形式的適應(yīng)性和局限性分析比選后，按照護岸結(jié)構(gòu)型式必須滿足抗沖緩流、維護岸坡穩(wěn)定、保護堤腳及保護堤岸的要求。本河段護岸結(jié)構(gòu)主要由土壩體、裹護體、拋石護根、進占體幾部分組成。

2.2.1 土壩體

土壩體采用壤土筑成，護岸防沖工程采用順壩體修建，考慮施工搶險及堆放搶險料物的需要，土壩基壩頂寬取6.0 m（不包含迎水面裹護體寬度），迎水面邊坡1∶1.3；背水面邊坡施工水位以上1∶2，施工水位以下1∶4。施工水位采用施工期流量273 m3/s對應(yīng)的水位。

2.2.2 護坡

護坡是為保護土壩體修筑，用抗沖材料將可能被淘刷壩坡裹護起來，采用拋石裹護，護坡與土壩體頂齊平，頂寬1 m，外坡1∶1.5，內(nèi)坡1∶1.3。護坡表面30 cm進行干砌塊石（城區(qū)段）或亂石粗排（非城區(qū)段）。護坡與土壩體間鋪設(shè)0.1 m的砂礫石墊層無紡布。土壩體背水坡為1∶2。

2.2.3 拋石護根

護岸工程所在河段河床土壤多為沙性土，壩體靠溜后，易被水流淘刷，在壩體前形成沖坑，為了保護壩體安全，防止沖坑擴大，應(yīng)在護坡前放置散拋石護根。拋石護根應(yīng)根據(jù)沖刷深度計算確定，但根據(jù)以往應(yīng)急防塌岸工程多年運行管理經(jīng)驗，工程很難一次性做到穩(wěn)定深度，只能通過多次的除險加固使工程日趨穩(wěn)定。水中進占壩體利用進占體的一部分作為護根；旱地施工壩體在護坡外預(yù)拋石作為備蹋體，設(shè)計拋石槽由灘面向下挖至施工斷面，在其上預(yù)擺塊石，擺放高度為2.5 m。但此備蹋體遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計需求，應(yīng)在壩頂配置備防石，以備搶險需要。

2.2.4 進占體

進占體采用拋石填筑。結(jié)合施工機械進占要求，占體頂寬取4.0 m，臨水坡1∶1，背水坡1∶0.5，頂高程高出施工水位0.5 m。根據(jù)各整治段防塌岸標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計流量及對應(yīng)設(shè)計水位，確定期護堤頂高程，城區(qū)段采用設(shè)計洪水位加1 m；非城區(qū)段采用設(shè)計洪水位加0.5 m，但不得高于當(dāng)?shù)氐孛?。離開高岸部分與整治流量相應(yīng)水位平。結(jié)合以上護岸結(jié)構(gòu)，根據(jù)各整治河段施工期水位的不同，確定了三種橫斷面形式（1）水中進占（深水）設(shè)計斷面；（2）水中進占（淺水）設(shè)計斷面；（3）旱地施工設(shè)計斷面以供各河段選用。

（1）水中進占（深水）設(shè)計斷面

施工具有一定難度，采用水中進占并結(jié)合施工機械進行施工，占體頂寬取4.0 m，臨水坡1∶1，背水坡1∶0.5，頂高程高出施工水位0.5 m。土壩壩頂寬取6.0 m（不包含迎水面護坡裹護寬度），迎水面邊坡1∶1.3；背水面邊坡施工水位以上1∶2，施工水位以下1∶4。護坡采用0.3 m厚干砌塊石（城區(qū)段）或亂石粗排（非城區(qū)段）裹護，護坡與土壩體頂齊平，頂寬1 m，外坡1∶1.5，內(nèi)坡1∶1.3。護坡裹護體與土壩體間鋪設(shè)0.1 m砂礫石墊層無紡布。設(shè)計斷面見圖1。

圖1 水中進占（深水）設(shè)計斷面

（2）水中進占（淺水）設(shè)計斷面

施工較為方便，可先填筑土壩體至一定高度，后采用施工機械上壩并向河床內(nèi)堆放備蹋體，備蹋體頂寬6.0 m～12.0 m，其石方量根據(jù)沖刷深度確定。臨水坡1∶1.5，背水坡1∶2，高程與設(shè)計洪水位齊平，護坡采用干砌塊石（城區(qū)段）或亂石粗排（非城區(qū)段）裹護0.3 m。土壩體、裹護體同形式一。設(shè)計斷面見圖2。

圖2 水中進占（淺水）設(shè)計斷面

（3）旱地施工設(shè)計斷面

設(shè)計拋石槽由灘面向下挖至施工斷面，在其上預(yù)擺備蹋體，擺放高度為2.5 m，頂寬取5.9 m～6.1 m，備蹋體石方量根據(jù)沖刷度確定，臨水坡1∶1，背水坡1∶1.5，頂部采用亂石粗排30 cm。土壩體、裹護體同形式一。設(shè)計斷面見圖3。

圖3 旱地施工設(shè)計斷面

3 結(jié)語

游蕩型河道由于沖淤形態(tài)多變，易造成河床淤積堆高，洪水上漲往往導(dǎo)致潰堤。通過整治河岸，有效控制了河勢的游蕩范圍，顯著增強了河流抵御洪水的主動性。本工程采用的護岸結(jié)構(gòu)在黃河防洪工程建設(shè)中有過類似實踐，在抗沖性能、促淤保堤、安全穩(wěn)定性方面均有較好的效果。本河段根據(jù)防塌岸保護對象重要程度的不同，經(jīng)濟合理地選擇了各整治段的防塌岸護岸型式，這有效防止了坍塌毀堤，保障了沿河生產(chǎn)生活的正常進行。