長江崩岸治理工程設(shè)計(jì)存在問題及對策分析

方素麗

(安徽省長江河道管理局，安徽 蕪湖 241000)

1 崩岸治理概況

長江中下游河道承接著巨大的徑流量和輸沙量，兩岸邊界條件大多由沖積平原二元結(jié)構(gòu)組成，在水流與河床相互作用下，河道演變十分復(fù)雜，河床沖淤變化大，河道崩岸劇烈而頻繁。新中國成立以來，從局部的搶險(xiǎn)治理到局部的河勢控制再到重點(diǎn)河段及大水后的系統(tǒng)治理，長江中下游干流河道岸線與河勢日趨穩(wěn)定，防洪能力增強(qiáng)，航道條件改善。但近年來，受河道自然調(diào)整及三峽水庫清水下泄的影響，上游來沙顯著減少，中下游干流河道長期處于沖刷態(tài)勢，崩岸依舊是防洪的薄弱環(huán)節(jié)，是“安瀾長江”建設(shè)中需要著重解決的問題，因地制宜地選擇合適的護(hù)岸型式，提升護(hù)岸的時(shí)效性、耐久性，加強(qiáng)崩岸治理能力，維護(hù)長江河道的穩(wěn)定，顯得尤為重要[1-5]。

長江某段崩岸應(yīng)急治理工程是國家172項(xiàng)重大水利項(xiàng)目中長江中下游干流河道治理的子項(xiàng)，實(shí)際共治理崩岸段26處，護(hù)岸總長度50.5 km，總投資64 343.63萬元。工程于2015年9月開工，2019年1月完工，完成水下護(hù)腳長度48.140 km，水上護(hù)坡長度30.256 km。

2 工程初步設(shè)計(jì)

2.1 護(hù)岸形式的選擇

長江中下游常用的平順護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式有拋石、混凝土鉸鏈排、模袋混凝土、模袋砂等，設(shè)計(jì)單位從工程造價(jià)、施工工藝、材料供應(yīng)及與河岸地形相適當(dāng)?shù)确矫孢M(jìn)行比較，最終選擇了水下拋石和混凝土鉸鏈排兩種型式作為本工程的水下防護(hù)形式。拋石護(hù)岸是長江中下游普遍采用的一種護(hù)腳形式，取材容易、造價(jià)較低，與河床變形適應(yīng)較好，新護(hù)或加固均可應(yīng)用，但其工程整體性差，在水流的長期沖刷作用下需經(jīng)常維護(hù)加固?；炷零q鏈排集柔性與整體性于一身，能很好地適應(yīng)河床變形，有效地抵御水流的淘刷，護(hù)岸效果好，且工程運(yùn)行期間基本不需要加固維修，但工程一次性投資較大，對坡面平整度要求較高，沉排區(qū)內(nèi)不宜拋錨。

2.2 工程初步設(shè)計(jì)及變更

根據(jù)長江某段崩岸應(yīng)急治理工程初步設(shè)計(jì)，工程共治理崩岸24處，治理總長43.85 km，由水上護(hù)坡和水下護(hù)腳兩部分組成，枯水位以上采用干砌預(yù)制塊和干砌塊石護(hù)坡型式。24處護(hù)岸工程中，水下護(hù)腳有8處采用鉸鏈排型式，14處采用水下拋石型式，2處無水下部分只對水上進(jìn)行護(hù)坡。

一方面，工程在實(shí)施過程中部分岸坡地質(zhì)、現(xiàn)場地形及水位情況發(fā)生變化，工程無法按圖施工，分析原因，研究制定變更方案，對批復(fù)的初步設(shè)計(jì)進(jìn)行變更；另一方面，為統(tǒng)籌完善崩岸預(yù)警段治理，對初步設(shè)計(jì)崩岸點(diǎn)工程進(jìn)行了完善，同時(shí)新增了2處一級崩岸預(yù)警區(qū)的崩岸治理，新增長度6.65 km。

3 存在的問題及采取的技術(shù)措施

護(hù)岸工程作為一項(xiàng)水下隱蔽工程，在設(shè)計(jì)中需要考慮的因素較多，且要進(jìn)行現(xiàn)場查勘，結(jié)合工程區(qū)岸坡地質(zhì)、地形地貌及崩岸特點(diǎn)采取相適應(yīng)的護(hù)岸工程形式和結(jié)構(gòu)材料。對長江某段崩岸應(yīng)急治理工程中存在的主要問題及采取設(shè)計(jì)變更措施進(jìn)行如下分析。

3.1 對局部崩岸段岸坡地質(zhì)條件分析不夠

河岸發(fā)生崩岸主要是河勢變化、岸坡地質(zhì)較差、抗沖弱、地下水活動(dòng)等因素造成。而河勢變化和土質(zhì)差是崩岸的關(guān)鍵，地下水活動(dòng)是次要因素，僅起抑制或促進(jìn)作用。長江某段崩岸應(yīng)急治理工程中長沙洲治理段，岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)為雙層結(jié)構(gòu)Ⅱ1類，上部為粉質(zhì)黏土，厚約2 m，下部為粉細(xì)砂層，局部夾砂壤土，厚度>15 m，在初步設(shè)計(jì)報(bào)告中對護(hù)岸工程區(qū)岸坡綜合評價(jià)為穩(wěn)定性差的岸坡，該崩岸段當(dāng)時(shí)被列為長江干流某段崩岸Ⅰ級預(yù)警區(qū)，屬強(qiáng)崩段。長江崩岸應(yīng)急治理工程初步設(shè)計(jì)中采用混凝土鉸鏈排護(hù)腳形式，由于長沙洲岸坡表面一層為粉質(zhì)黏土，岸坡組成主要為粉細(xì)砂，地質(zhì)條件較差，且岸坡坡度較陡，沖刷幅度大，系排梁實(shí)施加大了岸坡荷載，鉸鏈排系排梁難以穩(wěn)定，工程完工后，當(dāng)年9月底就發(fā)生了崩窩，崩窩處系排梁倒坍，鉸鏈排懸空吊掛在系排梁上，完全失去了防護(hù)的作用。后經(jīng)提出多種技術(shù)方案比較，最終選取在排首處切斷鉸鏈排，讓排體下沉貼合河床，減小系排梁處坡面荷載，并對崩窩及上下游一定范圍采取水下拋石緩坡，以維持系排梁及上部已實(shí)施的預(yù)制塊護(hù)坡的穩(wěn)定。

3.2 對工程現(xiàn)場實(shí)地查勘情況不明

護(hù)岸工程設(shè)計(jì)是建立在大量資料收集的基礎(chǔ)上，除河道地形、岸坡地質(zhì)、水文泥沙及現(xiàn)有工程資料外，工程現(xiàn)場實(shí)地查勘也是必不可少的，特別對于水上護(hù)坡工程，直接影響工程的形式及工程造價(jià)。在長江某段崩岸應(yīng)急治理工程和悅洲治理段，水上護(hù)坡工程長2.4 km，原設(shè)計(jì)采用干砌混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，按1∶2.5坡度自設(shè)計(jì)枯水位至灘頂。干砌預(yù)制塊護(hù)坡由漿砌塊石封頂、封邊、坡身、導(dǎo)濾溝、漿砌石隔埂、漿砌石腳槽、枯水平臺等部分組成。進(jìn)場之后發(fā)現(xiàn)無法按照原設(shè)計(jì)施工，主要原因一是近期崩岸嚴(yán)重，岸坎大幅后退，岸坡崩塌變陡，受洲灘上居民宅基地及農(nóng)作物耕地限制，拆遷征地困難，且工程未安排移民安置補(bǔ)償經(jīng)費(fèi)，無法按設(shè)計(jì)坡度進(jìn)行削坡治理；二是該段洲灘水塘較多，工程區(qū)多處岸坡滲水嚴(yán)重，地質(zhì)條件較差，多為淤泥質(zhì)土層，承載力差，枯水平臺及腳槽施工困難；三是該段局部岸坡歷年汛期發(fā)生崩岸險(xiǎn)情，地方政府自發(fā)組織的應(yīng)急度汛搶險(xiǎn)，采用的散拋石護(hù)坡工程已基本穩(wěn)定，岸坡產(chǎn)生淤積，無需再重復(fù)建設(shè)；四是隨著河勢變化，局部岸坡很緩，如果按原設(shè)計(jì)施工會造成大量的土方回填，工程質(zhì)量難以保證。

結(jié)合工程現(xiàn)場地形、岸坡地質(zhì)條件及已護(hù)工程情況，設(shè)計(jì)單位對該段護(hù)坡工程進(jìn)行了優(yōu)化，采取散拋石護(hù)坡，即節(jié)約了投資又保證了工程質(zhì)量，確保工程按期完成，且在主汛期到來前發(fā)揮作用。

3.3 對水文資料分析不全面

護(hù)岸工程的實(shí)施與水位關(guān)系密切，水上護(hù)坡工程只能在枯水期實(shí)施，而水下拋石和沉排護(hù)腳工程必須等水位上漲到腳槽以上中、低水位時(shí)工程才能實(shí)施到位。長江某段水位變化特點(diǎn)是：枯水位出現(xiàn)在當(dāng)年12月—次年3月，4月份水位明顯起漲，5月長江進(jìn)入汛期，6—8月為主汛期，汛后11月水位明顯回落。大通以上河段不受潮汐影響，水位主要取決于上游來水量，大通以下河段為感潮河段，水位受上游來水量和潮汐兩個(gè)因素影響。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)分析，2003年三峽工程運(yùn)行后，大通站枯水期流量增大11.2%，主汛期流量減小6.3%，日均流量<10 000 m3/s的出現(xiàn)頻率由10%降為1%，日均流量>50 000 m3/s的出現(xiàn)頻率由9.3%降低為3.9%(見圖1)，對應(yīng)安徽長江河道枯水期水位較以前上升，中低水位持續(xù)時(shí)間長，工程設(shè)計(jì)中未充分考慮三峽工程運(yùn)行后對長江下游河道的調(diào)節(jié)作用，在枯水位分析中依然采用1950—2012年長江中下游干流5個(gè)水位站歷年12月—次年2月連續(xù)最枯3個(gè)月多年平均水位的平均值，資料引用時(shí)間周期長，其中三峽工程建成后時(shí)間占比很小，忽略了三峽工程建成后對枯水位的影響。長江某段崩岸應(yīng)急治理工程于2015年9月開工，2015年11月施工期長江水位陡漲，枯水期長江某段水位較常年同期水位偏高2.0～2.5 m，12月份水位時(shí)漲時(shí)落，降幅不明顯，致使本工程關(guān)鍵部位系排梁和護(hù)坡腳槽處于水下淹沒狀態(tài)，無法實(shí)施，嚴(yán)重影響項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度。為此，及時(shí)采取抬高系排梁及護(hù)坡腳槽高程的補(bǔ)救措施。系排梁高程抬高，引起水平位置產(chǎn)生后移，與原排體之間形成的空檔采用毛石粗排覆蓋。

圖1 三峽工程運(yùn)行前后大通站日均流量分布圖

3.4 未充分考慮河勢變化帶來的影響

河勢變化處于一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，崩岸治理工程應(yīng)掌握最新的河勢發(fā)展動(dòng)態(tài)，利用最新的萬分之一河段測圖及分流分沙比進(jìn)行河勢分析。本項(xiàng)目2009年編制的項(xiàng)目可研報(bào)告，2011年對可研報(bào)告進(jìn)行修訂，直到2015年7月對可研報(bào)告進(jìn)行了批復(fù)，前期工作歷時(shí)時(shí)間長，期間河勢發(fā)生了變化，如太磯子河段的鐵銅洲，可研報(bào)告中設(shè)計(jì)方案水下采用鉸鏈排護(hù)腳，2016年汛期大水后，太子磯河段左汊進(jìn)、出口口門淤積，中低水位時(shí)洲頭與洲尾沙洲與左岸邊灘淤積相連，汊道內(nèi)水流被封堵，枯水期水位下不去，鐵銅洲崩岸點(diǎn)鉸鏈排系排梁無法施工，又因汊道進(jìn)出口口門淤堵，預(yù)制的鉸鏈排無法運(yùn)至工地，后來只能將護(hù)岸型式變更成散拋石護(hù)岸，待水位上漲至滿足條件時(shí)再行施工。

4 措施效果分析

通過采取設(shè)計(jì)優(yōu)化措施的長沙洲護(hù)岸段、和悅洲護(hù)岸段和鐵銅洲護(hù)岸段工程均在2017年底完工，長沙洲護(hù)岸區(qū)所在的工程河段因正處于河勢調(diào)整變化劇烈階段，已護(hù)工程區(qū)岸坡橫向沖刷受限，近岸深槽向縱深發(fā)展，為穩(wěn)定現(xiàn)有河勢及已護(hù)工程安全，又安排了對近岸深槽部分實(shí)施了水下拋石加固補(bǔ)充完善工程，并于2018年底完工。

工程實(shí)施至今已經(jīng)歷了4個(gè)水文年，特別是2020年特大洪水的考驗(yàn)，工程區(qū)岸線未出現(xiàn)明顯變化，現(xiàn)場檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，工程外觀形象良好，局部已產(chǎn)生淤積現(xiàn)象，工程區(qū)河岸處于穩(wěn)定狀態(tài)。在監(jiān)測分析報(bào)告中對已實(shí)施護(hù)岸工程的崩岸點(diǎn)采用最新近岸水下測圖進(jìn)行分析，明確提出監(jiān)測段護(hù)岸范圍內(nèi)近岸岸坡基本保持穩(wěn)定，崩岸應(yīng)急治理工程的實(shí)施保護(hù)了岸坡穩(wěn)定，遏制了崩岸險(xiǎn)情發(fā)生，保障了防洪安全，護(hù)岸效果較好。

5 結(jié) 語

河道在水流與河床相互作用過程中不斷變化，受河道來水來沙的變化、邊界條件的改變及人類活動(dòng)因素等的影響，其變化過程異常復(fù)雜。因此，在今后的護(hù)岸工程設(shè)計(jì)中要理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，充分考慮河勢變化、岸坡地質(zhì)條件、水沙變化等因素的影響，設(shè)計(jì)人員必須親自到現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地查勘，走訪當(dāng)?shù)鼐用?，了解崩岸過程，從實(shí)踐過程中提高對河道演變特性的認(rèn)識，積累護(hù)岸工程經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)工程設(shè)計(jì)。