長江中下游典型河段航道整治護(hù)岸工程損毀特征及成因淺析

柯亨富 張檸 唐從華

摘要：長江中下游航道整治中，主要采用護(hù)岸工程對洲灘和岸線進(jìn)行防護(hù)。護(hù)岸發(fā)生損毀是影響其功能發(fā)揮的主要因素，本文基于近年來長江中下游典型河段護(hù)岸維修工程實(shí)例，根據(jù)護(hù)岸損毀特征，從局部河勢及灘槽格局調(diào)整、工程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、三峽蓄水后水沙條件變化、施工偏差及人為損壞等方面淺析了水毀成因。

關(guān)鍵詞：長江中下游;護(hù)岸;損毀特征;成因

中圖分類號：U617文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006—7973（2022）05-0081-04

長江中下游航道上起宜昌下至吳淞口，全長1669公里，是長江航運(yùn)的重要組成部分。航道整治是提高航道標(biāo)準(zhǔn)，保證航道功能的必要措施。在長江中下游航道整治中，廣泛采用護(hù)岸工程對岸坡和洲灘進(jìn)行防護(hù)，達(dá)到穩(wěn)定航道邊界，遏制不利變化的目的。當(dāng)前，已建成的護(hù)岸工程受損壞的問題較為嚴(yán)重，受各種因素的影響，護(hù)岸工程每年都出現(xiàn)不同程度的損壞，嚴(yán)重影響其功能發(fā)揮。本文將結(jié)合窯監(jiān)河段烏龜州護(hù)岸、藕池口水道藕池口心灘護(hù)岸、戴家洲水道戴家洲右緣護(hù)岸、江口水道柳條洲護(hù)岸等維修工程實(shí)例，總結(jié)水毀特征，分析水毀成因，為護(hù)岸工程優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、提高可靠度、延長使用壽命等方面提供參考。

1護(hù)岸結(jié)構(gòu)及水毀特征

航道整治工程中主要采用斜坡式護(hù)岸，其結(jié)構(gòu)按部位主要分為護(hù)坡和護(hù)底兩個(gè)分部，護(hù)坡主要分為倒濾層（土工織物混合倒濾層）和面層（卵石填充鋼絲網(wǎng)格或護(hù)面磚），護(hù)底主要采用軟體排和排上拋石。

根據(jù)近年來長江中下游護(hù)岸維修工程情況統(tǒng)計(jì)，護(hù)岸損毀部位主要集中在護(hù)底和護(hù)坡坡面，護(hù)底損毀主要表現(xiàn)為排體損毀和壓載塊石缺失，導(dǎo)致河床地形下切，坡度變陡，形成不穩(wěn)定陡坎或崩塌深坑，導(dǎo)致護(hù)底結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，逐步可延展至護(hù)坡。坡面損毀主要表現(xiàn)為局部護(hù)面塊體缺失，少量坡面凹陷和隆起。

2護(hù)岸損毀成因分析

2.1局部河勢及灘槽格局調(diào)整

在平面位置上，護(hù)岸損毀多位于彎曲河段，航道彎頂處，不穩(wěn)定河段內(nèi)局部河勢和灘槽格局的調(diào)整是水毀的重要因素，伴隨著灘槽格局調(diào)整，局部水流結(jié)構(gòu)變化是導(dǎo)致護(hù)岸的重要原因。

2.1.1窯監(jiān)河段烏龜州護(hù)岸（2016-2017年維修）

水道內(nèi)航道整治工程實(shí)施后，河段心灘竄溝槽被封堵，新河口邊灘淤積抬高，右漢南槽萎縮，中槽幾乎成為右漢內(nèi)單一槽口，中槽分流比已保持在80%左右，水流集中明顯，烏龜洲右緣水流頂沖點(diǎn)上提，由原來的右緣中下段上提至右緣中上段一帶，同時(shí)，烏龜洲護(hù)岸建成使得深泓的橫向擺動受到遏制，轉(zhuǎn)為以深切為主，護(hù)岸坡腳前沿護(hù)底河床大幅度沖刷下切。

2.1.2藕池口水道藕池口心灘護(hù)岸（2019-2020年維修）

藕池口水道前期工程實(shí)施后，兩岸邊界條件初步得到穩(wěn)定，陀陽樹邊灘淤漲，主流沿右岸一側(cè)下行，藕池口心灘左緣中段護(hù)岸下段受迎流頂沖，導(dǎo)致水下岸坡發(fā)生較大變形。

因倒口窯心灘灘頂?shù)匦蜗鄬^低，高水時(shí)處于淹沒狀態(tài)，而藕池口心灘左緣中段護(hù)岸下段一帶稍高，屬迎流頂沖段，中低水位水流歸槽后，主流貼岸下行。枯水期主流基本沿右岸順直而下，水流沿藕池口心灘左緣中下段進(jìn)入彎道段，此段水流流速較高;洪水期，倒口窯心灘淹沒，右漢過流，水流較為分散，左右漢水流在藕池口心灘中下段交匯進(jìn)入向家洲彎道段，此段水流較上下游較為集中，且最大流速達(dá)到2m/s以上。從2015年、2016年、2018年洪水期流速流向變化來看，隨著深泓逐漸貼岸，流速流向線也逐漸取直，這也進(jìn)一步說明，藕池口心灘中下段在不同流量級下水流較為集中，始終處于頂沖部位。

從藕池口水道近期深泓平面變化來看，2017年4月，深泓已擺至藕池口心灘左緣中段護(hù)岸一側(cè)，從而受水流貼岸沖刷的程度加劇。面心灘左緣中下段仍在崩塌，此變化與深泓平面變化相呼應(yīng)，藕池口心灘左緣中段一帶沖刷目前已明顯增強(qiáng)

2.1.3戴家洲右緣護(hù)岸（2018年維修）

戴家洲河段航道整治工程后，直水道分流比有所增加，進(jìn)口段左沖右淤，主流左擺，加劇了戴家洲右緣中上段護(hù)岸水下排體的沖刷，在一定程度上加快了變形進(jìn)程。

戴家洲直水道分流比在整治工程實(shí)施后增大約5.1%，加大了直水道河床的沖刷。直水道平面形態(tài)相對順直，受兩漢進(jìn)口分流條件以及河寬較大等因素影響，直水道內(nèi)深泓呈沿戴家洲右緣坐彎與深槽多次過渡交替變化的基本演變態(tài)勢。龍王磯-燕磯鎮(zhèn)深槽臨右岸，隨后過渡到緊鄰臨戴家洲右緣的左側(cè)深槽進(jìn)入下游河道。

同時(shí)，由于戴家洲水道右岸潛丁壩工程的實(shí)施，右邊灘完整性增強(qiáng)，主流左擺，彎道特性明顯，加大了彎頂處護(hù)岸水下排體的沖刷，對河床泥沙淘刷作用明顯，容易造成水下排體變形。

2.2三峽工程蓄水運(yùn)行新水沙條件的影響

三峽工程的調(diào)蓄作用，壩下河段中枯水過程歷時(shí)延長明顯。

螺山站為例，2003～2008年，最小月均流量為8040m/s，與1990年以前相比增加明顯。2008年以后，最小月均流量顯著增加，達(dá)到9154m/s，2月份是流量最枯的時(shí)段，且枯水期流量明顯坦化，流量變幅區(qū)間為9100～11500m/s。

對窯監(jiān)河段烏龜州護(hù)岸的影響：結(jié)合窯監(jiān)河段主流隨流量變化的擺動特征來看，中水歷時(shí)的增加將使得烏龜洲右緣中段及上游附近區(qū)段的受頂沖時(shí)間增長，而在水流接近漫過烏龜洲洲面即中高水位時(shí)，對烏龜洲右緣的沖刷尤為強(qiáng)烈;而枯水流量的增加則會增加烏龜洲洲頭魚骨壩以及烏龜洲右緣中、上段在枯水期的受頂沖強(qiáng)度，這對工程的穩(wěn)定性顯然是不利的。

對戴家洲右緣護(hù)岸的影響：從戴家洲河道分流比來看，兩漢枯水分流比基本相當(dāng)，中洪水直水道分流明顯占優(yōu)，三峽工程蓄水運(yùn)用以來大流量的消減、中水流量的增加和小流量的幾率減少，致使直水道人流占優(yōu)的時(shí)段進(jìn)一步延長，有利于直水道分流條件的進(jìn)一步改善。但這無疑會加大河床沖刷，尤其是位于迎流頂沖段的水下排體，沖刷幅度大，易變形，尤其是大水年會加劇排體邊緣的沖刷，對于戴家洲右緣中上段護(hù)岸水下排體邊緣的沖刷、變形也起到了一定的促進(jìn)作用。

三峽工程蓄水后，壩下游水流含沙量大幅減小，清水下泄，干流各站懸沙明顯變粗，加大了對護(hù)岸等整治建筑物沖刷力度。

對于長江中下游航道整治護(hù)岸工程而言，來沙大幅減少所產(chǎn)生的比較明顯的效應(yīng)就是加大了主流頂沖部位的沖刷幅度，其具體的表現(xiàn)形式是整治建筑物前沿的沖刷坑發(fā)展明顯，護(hù)底區(qū)域的水下岸坡隨著河床下切而逐漸變陡。

2.3工程結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)強(qiáng)度因素

（1）對護(hù)岸在強(qiáng)沖刷條件下適應(yīng)性認(rèn)識上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度偏弱。窯監(jiān)河段烏龜州護(hù)岸實(shí)際情況表明，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)選用典型年輸沙量比以后年份輸沙量明顯偏大。因此，持續(xù)多年的小沙過程，加快了烏龜洲右緣的沖刷，這是當(dāng)時(shí)沒有預(yù)計(jì)到的，因此在沖刷強(qiáng)度的預(yù)估上略有不足，如在烏龜洲右緣中上段護(hù)岸沖刷坑深度的預(yù)估上，物理模型的預(yù)估值為7.44m，而實(shí)際沖刷一般為5-10m，有的區(qū)域甚至達(dá)到12m左右。

（2）護(hù)岸的護(hù)底排結(jié)構(gòu)有一個(gè)調(diào)整適應(yīng)過程，局部結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)才能適應(yīng)。藕池口心灘護(hù)岸坡腳一帶區(qū)域河床大幅度沖深，對此，護(hù)岸結(jié)構(gòu)有一個(gè)調(diào)整適應(yīng)過程，原局部結(jié)構(gòu)已需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。原施工圖設(shè)計(jì)護(hù)岸枯水平臺以下為水下軟體排護(hù)底和水下拋石鎮(zhèn)腳，枯水平臺以下拋石鎮(zhèn)腳寬度為50m，排體外側(cè)拋石15m寬，中間存在35m寬的空排（這里指系砼塊軟體排上未壓載其他構(gòu)筑物），后期跟蹤觀測表明，空載排體雖可適應(yīng)一般水流沖刷下的河床變形，但難以適應(yīng)強(qiáng)烈水流沖刷條件下大幅度的變形，因此，有必要通過排上拋石，以彌補(bǔ)排體搭接處及排體外緣側(cè)的沖刷變形。

（3）對水位下降幅度影響認(rèn)識存在局限性，對護(hù)岸受影響區(qū)域結(jié)構(gòu)上未采取拋石覆蓋，部分軟體排出露后老化破壞。

江口水道柳條洲護(hù)岸工程建設(shè)時(shí)，對三峽蓄水的壩下水位下降等規(guī)律認(rèn)識不足，對水位下降幅度預(yù)測值偏小。同時(shí)，按照當(dāng)時(shí)常用的結(jié)構(gòu)型式，對枯水平臺以下內(nèi)側(cè)40m寬范圍進(jìn)行了1.2m厚拋石鎮(zhèn)腳，位于原最枯水位以下外側(cè)部分40m寬坡腳鑒于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)水流條件，一般不需進(jìn)行拋石壓載。但從目前來看，下游水位的大幅下降已經(jīng)引起柳條洲右緣及尾部護(hù)岸一帶流速的增加，進(jìn)而加劇了護(hù)底排邊緣的沖刷，導(dǎo)致部分區(qū)域原護(hù)底排結(jié)構(gòu)已不能適應(yīng)這種新水沙條件下的沖刷。同時(shí)，水位下降溯源傳遞，也導(dǎo)致了柳條洲護(hù)岸一些原位于水下護(hù)底排體的出露、老化。因此，因?qū)?75m正常蓄水后水位降幅及其影響的認(rèn)識存在不足，未能對受影響區(qū)域結(jié)構(gòu)上采取拋石覆蓋，導(dǎo)致受沖加劇及部分軟體排出露后老化破壞，也是柳條洲右緣及尾部護(hù)岸部分護(hù)底排破壞的原因之一。

2.4施工偏差人為損壞因素

（1）施工偏差因素。窯監(jiān)河段烏龜洲護(hù)岸附近流速較大，加大了沉排、塊石拋投的難度;此外，在目前施工中，塊石粒徑實(shí)際施工時(shí)會略有偏差，而水深大、流速大且不穩(wěn)定，施工工藝還難以使塊石達(dá)到均勻分布，因此，在水流的作用下，構(gòu)筑物會發(fā)生一定變形。

（2）人為損壞因素。戴家洲水道戴家洲右緣護(hù)岸工程區(qū)域維修前測圖資料顯示，排體外邊緣存在很明顯的局部深采砂坑，這些深坑最深點(diǎn)與周邊地形相差10m之多。當(dāng)河床局部在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生較大變化或者突變時(shí)，一方面形成局部紊流，加大形成床面泥沙擾動，使沙體易于沖刷，另一方面加大水下坡面坡度，使排體內(nèi)泥沙大規(guī)?？逅鞒?，排體坍陷成垛狀或崩窩狀，導(dǎo)致排體撕裂或搭接處破壞加劇。同時(shí)，護(hù)岸陸上護(hù)坡坡面局部破損部分為人為破壞引起，人為活動可能為船舶撞擊、錨泊等;部分為局部排水不暢，如有幾處明顯出現(xiàn)了小型鼓包現(xiàn)象。

3結(jié)論

航道整治護(hù)岸局部受頂沖狀態(tài)是受到破壞的主要原因之一，在此狀態(tài)下，護(hù)岸護(hù)底部分出現(xiàn)一定幅度的變形是必然的。三峽蓄水后的水沙條件變化以及近年灘槽形態(tài)調(diào)整的新特點(diǎn)明顯加強(qiáng)了水流頂沖力度和淘刷力度，同時(shí)早期建設(shè)的工程對于三峽蓄水后的水文條件變化認(rèn)識不足，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)局部偏弱，不足以適應(yīng)現(xiàn)有河道條件。人為損壞，如果不加以控制，也會在一定程度上影響了護(hù)岸坡面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

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