軟體柴排與網(wǎng)箱石籠相結(jié)合的護岸設(shè)計研究

楊 蕾

(阜新市水利勘測設(shè)計研究院有限公司，遼寧 阜新 123099)

柳河是遼河中下游右側(cè)的一條多泥沙支流，河流全長302 km，總面積5 798 km2。其中，沿河兩岸的險工控制河勢、城市段堤防保護重要城市、上游鬧德海水庫攔蓄削峰等屬于柳河彰武縣防洪工程體系的主要組成部分，對耕地以及兩岸村莊免受洪水頂沖發(fā)揮著重要的保護作用。截止目前，該河段仍有險工54處，總長36.293 km，防洪治理工程主要完成老堤加固和險工治理兩項內(nèi)容，具體為老堤加固3.832 km、河道險工治理24處14.528 km(見圖1)，將防洪標準提升至50 a一遇，充分考慮各段岸坎形態(tài)及其所處的河勢采用不同的建設(shè)型式。

圖1 工程范圍

1 險工護坡及護腳型式

1.1 險工護坡

考慮到險工坡面大多數(shù)位于損毀率較高、水流淘刷較頻繁的險工處，所以比較適宜選用耐久性強且工程效果較好的硬性護坡。其中，連鎖磚護坡、干砌塊石下墊無紡布反濾和網(wǎng)箱石籠(固濱籠或綠濱籠)等為比較常用的護坡型式，其優(yōu)缺點如下：

1.1.1 網(wǎng)箱石籠

其前身是鐵絲或鉛絲石籠，隨著生態(tài)水利的不斷發(fā)展，耐久性差的鉛絲或鐵絲較易腐蝕，其對河流水體的污染逐漸引起人們的關(guān)注。所以，固濱籠和綠濱籠等防腐網(wǎng)箱石籠作為升級替代產(chǎn)品，被越來越廣泛的應用于實際工程，并取得較好的效果。其主要優(yōu)點包括：變形適應性強、柔韌性好；抗沖刷能力強、整體效果好、網(wǎng)箱保護填充石料；由于可淤落填充石料間的空隙，為野花、野草等植被的生長提供了條件，具有良好的生態(tài)型。其缺點主要包括：工程投資較干砌石護坡要高，而與單平米連鎖磚基本相同，與連鎖磚相比施工速度較慢[1-3]。

1.1.2 干砌石護坡

這種護坡型式具有悠久的應用歷史，如無紡布墊層、級配碎石墊層等，墊層型式雖然發(fā)生了較大的變化，但其護坡原理沒有改變，即利用塊石自身重量降低水流對岸坡的沖蝕、改變水流流向、消減近岸流速、抵抗水流沖刷，從而實現(xiàn)岸坡保護的目標。其主要優(yōu)點包括：節(jié)省投資成本、施工速度快、工藝操作簡單等。其主要缺點包括：相鄰石塊間不能組成整體，局部松動后整體效果明顯下降，整體性較差；在實用性與工程外觀上難以把控，干砌石砌塊小于標準粒徑的百分比、填充度、最小粒徑等都可按照設(shè)計要求合理確定，但在實際操作中對其檢測、監(jiān)理、施工指導等都無法給予量化，所以無法有效控制施工質(zhì)量；此外，通常要對實用性與外觀上做出決策，為實現(xiàn)較高的工程整齊度一般要求在外觀上塊石的平面向上，而提高塊石穩(wěn)定性時則要求平面向下，充分利用凸凹不平的一面以分散流量、減緩流速、破碎水流，從而減輕岸坡受水流的淘刷，所以在實際施工中這兩個要求無法同時兼顧[4-6]。

1.1.3 連鎖磚護坡

這種護坡的主要功能是替代以往的機織模袋混凝土護坡或混凝土面板護坡，有的工程也用來替代漿砌石護坡或者鐵絲石籠，但應用效果較差。連鎖磚生態(tài)護坡與聯(lián)鎖站護坡存在一定差異，兩者的主要區(qū)別是連鎖磚將一個坡面的垂向磚塊利用上下串聯(lián)的鋼絞線固定成整體，并將橫向上的各轉(zhuǎn)體通過塊體的彼此咬合作用形成整體，由此以來可以大大提升其地面變形適宜性，同時保證變化處護坡的整體性。而連鎖磚生態(tài)護坡主要是利用彼此咬合作用連接，因沒有鋼絞線連接其結(jié)構(gòu)強度、地形適應能力明顯與連鎖磚不同。連鎖磚護坡的主要優(yōu)點包括：施工速度快、工藝簡單，相對于傳統(tǒng)的連鎖磚、干砌石護坡，由于存在鋼絞線連接其結(jié)構(gòu)強度明顯較高，與網(wǎng)箱石籠基本相同。其缺點主要包括：為增強結(jié)構(gòu)的抗沖刷性能無法應用空轉(zhuǎn)，與網(wǎng)箱石籠、干砌石相比其生態(tài)效果明顯較差，無法為植被生長提供坡面載體；此外，相對于其他護坡產(chǎn)品，其投資成本較高；同時，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活對鋼絞線的應用較廣泛，農(nóng)村的裝飾裝修比較適用應用高平整度的連鎖磚，所以與其他護坡型式相比其人為損壞的幾率要高，具有較大的管理難度。

綜上分析，隨著現(xiàn)階段防腐技術(shù)的廣泛應用，這有效解決了網(wǎng)箱石籠服役壽命短的問題，在牢固性、整體性、投資成本和生態(tài)效果等方面具有更加突出的優(yōu)勢，較其他護坡具有明顯的優(yōu)勢，可以作為最優(yōu)的護岸方案。所以，本文考慮將網(wǎng)箱石籠護坡作為所有險工段的護坡型式。

1.2 護腳型式

目前，無紡布墊層加石籠網(wǎng)箱、軟體排護腳、軟體柴排或柴排等為廣泛應用的3種坡式護腳，具體如下[8，9]：

1.2.1 石籠網(wǎng)護腳

一般地，柳河彰武縣段險工段常年有水流，且枯水期水深為0.5～1.5 m，而冬季冰上或旱地一般適宜石籠網(wǎng)箱施工，考慮到在冬季較薄冰層上施工的危險性且險工段護腳不具備旱地作業(yè)條件的實際情況，從施工條件的角度上石籠網(wǎng)箱就不太適用。實際上，吊裝作為一種常見的施工方式，可以在岸坎上固定長臂吊車，通過水上船只指揮就可以實現(xiàn)石籠網(wǎng)箱的吊裝。然而，相鄰吊裝排體間的連接以及與護坡的連接屬于吊裝過程中不可忽視的問題，該過程還需要投入較高的成本。所以，除防汛搶險外這種護坡較少使用。

1.2.2 軟體排護腳

這種護腳型式存在施工方便、投資成本低、適于非結(jié)冰期不同水深的河流等優(yōu)點，此外與其他排體相比軟體排具有較快的施工速度。在柳河險工治理中軟體排護腳還會存在一些安全隱患，這體現(xiàn)在以下方面：(1)河床質(zhì)較細，過高的含水率以及松散狀態(tài)下粉細砂河床，具有非常低的地基承載力，在無法充分保證軟體排上拋石均勻性的情況下，不均勻沉降的河床必將引起排體的變形，若變形超出其極限范圍極易破壞排體，這無法保證護腳效果。(2)為了防止單體塊石向排體外滾動以及保證施工時下墊丙烯布或無紡布的平整，需要在軟體排護腳周邊設(shè)置石籠枕壓邊。(3)由于水深較淺，大大增大了石龍枕的施工難度。

1.2.3 柴排或軟體柴排

這兩種護腳具有相似的結(jié)構(gòu)原理，可以將鋪排面利用剛性的柴排加以固定，在此基礎(chǔ)上拋石防洪以保護護腳。兩者的主要區(qū)別是柴排反濾利用多層枝條實現(xiàn)，所以其厚度通常較大，而軟體柴排反濾利用下墊丙烯布或無紡布實現(xiàn)，所以其枝條厚度往往較小。實際工程中，應綜合考慮實施水域深度、工程投資等條件合理選擇護腳型式，無論是蘆葦?shù)炔荼局参镏l還是柞條、柳條等樹木枝條，其耐腐蝕性較差，尤其是水上的潮濕環(huán)境大大降低了使用壽命。為了確保工程質(zhì)量通常將其置于地面以下或者浸泡于水中，通過隔離空氣提高耐腐蝕性。由于柳河岸坎上游距部分險工主槽有一定距離且所有險工岸坎前水深不大，所以不宜選用柴排護腳，而軟體柴排具有較小厚度時也可作為備選方案。軟體柴排的主要優(yōu)點包括：結(jié)構(gòu)整體完整性好、能夠保證施工作業(yè)面；柴排厚度小、重量輕、排體運送利用簡單的舢板或竹排即可完成，借助筋繩的輔助作用很容易實現(xiàn)柴排的定位；與軟體排相比軟體柴排可以覆蓋一定厚度的柴條，且丙烯布或無紡布受拋石影響較弱，從而確保了反濾效果。其主要缺點有：與石籠網(wǎng)箱相比整體性稍差，但由于軟體排；與軟體排相比投資成本較高，但略低于網(wǎng)箱石籠[10]。

1.3 頂壩型式

1.3.1 拋石丁壩

拋石丁壩多用于防汛搶險以及群眾自發(fā)建設(shè)的丁壩，由于其底部穩(wěn)定主要依靠拋石，抗沖刷性能以及反濾條件均較差，壩體穩(wěn)定性不好，耐久性自然也相對差一些。優(yōu)點是施工簡單、施工手段多樣且容易掌握；缺點除了耐久性以及穩(wěn)定性等以外，還有就是由于拋石的準確性相對較差，就需要大量的拋石保證斷面，且拋石落入工程區(qū)以外浪費掉的量也比較大，因此工程投資也較大。

1.3.2 土心丁壩

土心丁壩由于其土方填筑量較大，且僅適合在河道內(nèi)旱地施工，因此工程局限性較大；另外土心丁壩的土體壓實程度直接決定丁壩的建設(shè)質(zhì)量，從多年的丁壩運行情況看，在土心丁壩壩頭受損后，其修復工程難度也較大，因此近年水利工程新建丁壩已基本不采用此種型式。土心丁壩的最大優(yōu)點是能夠節(jié)省部分工程資金，但前提是在犧牲工程耐久性和提高工程維護和修復投資的基礎(chǔ)上。

1.3.3 沉排丁壩

沉排丁壩為目前應用最為廣泛的丁壩建設(shè)型式，由于有沉排做護底，保證了丁壩壩體及壩頭的沖刷基礎(chǔ)穩(wěn)定，丁壩的運行壽命得到了顯著的提高。沉排丁壩與拋石丁壩相比最大的缺點是施工難度相對較大，且工程實施周期略長，但在工業(yè)化程度較高的今天和非汛期工程建設(shè)，時間及工程難度均不是主要的問題。

2 工程總體布置

2.1 老堤加固

圖2 結(jié)構(gòu)型式

2.2 險工設(shè)計

根據(jù)各險工平面形態(tài)和上下游左右岸河勢，各險工分別采用平順護岸或平順護岸+丁壩的型式進行防護[11]。

高岸坎險工在設(shè)計丁壩頂高程建設(shè)寬1 m的平臺，平臺以下防護型式及封頂型式與低岸坎險工相同，平臺以上防護采用草皮+灌木護坡，灌木栽植及回填土體碾壓等指標控制均與低岸坎相同，如圖3。現(xiàn)狀表面鐵絲網(wǎng)丟失丁壩的維修加固方案為：采用混凝土砂漿灌漿結(jié)合抹面的型式進行處理，抹面厚度5 cm。

圖3 高岸坎險工典型橫斷面

3 結(jié)語

柳河彰武縣段防洪治理工程于2016年完工，其整體運行效果較高。將網(wǎng)箱石籠與軟體柴排相結(jié)合的護岸設(shè)計具有較強的韌性、較高的強度、良好的透水性，并且對左右岸、上下游水流條件影響低，能夠抵抗流速沖積并發(fā)揮較好的固碳促淤作用，具有使用質(zhì)量易控制、運行方便、造價低、投資少等特點。