(1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 江河整治公司，湖北 武漢 430010；2.湖北電信工程有限公司，湖北 武漢 430014； 3.鄂州市河道堤防管理處，湖北 鄂州 436000)

對(duì)長(zhǎng)江中下游崩岸治理設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考

彭良泉1周波2蘆偉宏3

(1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司江河整治公司，湖北武漢430010；2.湖北電信工程有限公司，湖北武漢430014； 3.鄂州市河道堤防管理處，湖北鄂州436000)

針對(duì)長(zhǎng)江中下游崩岸治理設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，分別從工程平面布置、方案設(shè)計(jì)思路以及新材料應(yīng)用等方面進(jìn)行了闡述。指出工程布置應(yīng)該從全局出發(fā)，充分考慮河段水沙運(yùn)動(dòng)及河床演變趨勢(shì)，并注意分析工程布置對(duì)上下游、左右岸的相互影響；針對(duì)坍塌型崩岸和流滑型崩岸，提出了判別準(zhǔn)則，并對(duì)分析方法、設(shè)計(jì)原則等方面進(jìn)行了探討；針對(duì)傳統(tǒng)拋石以及護(hù)坡材料，提出采用土工合成材料以及格賓進(jìn)行優(yōu)化的建議。

崩岸治理；坍塌型崩岸; 流滑型崩岸; 長(zhǎng)江中下游

1 崩岸治理設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

眾所周知，無(wú)論是汛期還是枯水期，長(zhǎng)江中下游均發(fā)生崩岸險(xiǎn)情，嚴(yán)重威脅沿江人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。為此，沿江相關(guān)省市積極部署實(shí)施崩岸治理，使長(zhǎng)江中下游崩岸險(xiǎn)情得到了一定程度的緩解。然而，崩岸治理設(shè)計(jì)仍存在嚴(yán)重滯后的現(xiàn)象；從崩岸治理的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)來(lái)看，普遍存在崩岸預(yù)測(cè)性不足、主動(dòng)性不強(qiáng)的現(xiàn)象；從治理時(shí)效性上看，治理措施提前量不足，往往在崩岸發(fā)生后才進(jìn)行治理，導(dǎo)致形成了不可逆轉(zhuǎn)的河勢(shì)格局，造成治理費(fèi)用成倍增加，且效果差強(qiáng)人意；從設(shè)計(jì)方案的平面布局來(lái)看，往往忽視了來(lái)水來(lái)沙變化和河床演變趨勢(shì)等客觀規(guī)律的研究，缺乏聯(lián)系上下游、左右岸的全局意識(shí)，導(dǎo)致治理效果不好甚至產(chǎn)生周邊次生崩岸；從具體設(shè)計(jì)方案來(lái)看，存在對(duì)崩岸的產(chǎn)生原因、機(jī)理和類(lèi)型分析不深入導(dǎo)致治理措施不完善的現(xiàn)象，對(duì)不同的崩岸類(lèi)型提出的處理措施針對(duì)性不強(qiáng)；從材料應(yīng)用來(lái)看，大多采取傳統(tǒng)拋石方法，既破壞生態(tài)環(huán)境，又進(jìn)一步造成人為懸河，新材料應(yīng)用進(jìn)展緩慢。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文試圖從崩岸治理工程的平面布局、方案設(shè)計(jì)思路以及新材料應(yīng)用等方面對(duì)崩岸治理設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

2 工程平面布局

崩岸治理中的工程平面布局是崩岸治理設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的問(wèn)題。

2.1 基本原則

(1) 應(yīng)該用客觀的態(tài)度論證崩岸治理的必要性和時(shí)機(jī)性。對(duì)于長(zhǎng)江中下游來(lái)說(shuō)，由于其河床、岸坡土質(zhì)多泥沙，流量和水位年內(nèi)、年際變化頻繁，導(dǎo)致崩岸是必然的?；谶@樣的客觀演變規(guī)律，崩岸治理應(yīng)因地制宜。對(duì)治理措施投入不大、性?xún)r(jià)比較高的崩岸可采取措施治理；對(duì)局部堤段常年處于崩岸的情況，在有空間的情況下應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行退堤，或是在崩岸發(fā)生后再采取工程措施，以獲得治理工作的主動(dòng)性。因此，結(jié)合河勢(shì)變化，選擇合適的護(hù)岸時(shí)機(jī)及合理的護(hù)岸措施十分重要。

(2) 崩岸治理的平面布局必須在深入分析三峽水庫(kù)蓄水前后河段來(lái)水來(lái)沙條件變化的基礎(chǔ)上，根據(jù)河段演變趨勢(shì)，分析崩岸長(zhǎng)度和強(qiáng)度，科學(xué)論證崩岸治理范圍；同時(shí)，必須全面考慮工程布局對(duì)左右岸、上下游的不利影響。因?yàn)樾碌闹卫泶胧┰谝欢ǔ潭壬蠈?huì)改變?cè)泻拥篮觿?shì)，使水流頂沖點(diǎn)發(fā)生上提或下移，產(chǎn)生新的沖淤變化，崩岸治理范圍必須涵蓋采用治理措施后可能發(fā)生的新的崩岸范圍。此外，如果不協(xié)調(diào)左右岸、上下游相互關(guān)系，極有可能導(dǎo)致新的崩岸險(xiǎn)情。

(3) 平面布局必須與設(shè)計(jì)方案緊密聯(lián)系。合理的平面布局不僅可以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)方案，且可大大節(jié)約工程投資；否則即使設(shè)計(jì)方案正確，也可能造成投資成倍增加，甚至產(chǎn)生新的次生崩岸險(xiǎn)情。

2.2 關(guān)鍵問(wèn)題

大量研究表明，長(zhǎng)江中下游大多數(shù)崩岸均發(fā)生在彎道凹岸、汊道分流和匯流處，一般主流貼岸形成強(qiáng)烈沖刷，易出現(xiàn)崩岸現(xiàn)象。因此，本文重點(diǎn)討論彎道崩岸治理的平面布局。對(duì)于順直型河段，平面布局一般采用順式防護(hù)。

2.2.1 合理確定彎道河寬和曲率半徑

要從根本上解決崩岸問(wèn)題，就要使河道河勢(shì)適應(yīng)來(lái)水來(lái)沙的變化，要求河道斷面邊界條件(主要指河道寬度)能夠滿(mǎn)足流量和水位年內(nèi)、年際的頻繁變化。在河彎半徑較小、曲率較大的河道中，彎道環(huán)流對(duì)河床沖淤的作用較為顯著。研究表明，彎道環(huán)流最大強(qiáng)度一般位于河彎的頂點(diǎn)部位和靠近頂點(diǎn)的彎道下部[1]，這就決定了處于發(fā)展中的河彎具有向下游蠕動(dòng)的規(guī)律，彎頂附近和偏下游的部位就是崩岸強(qiáng)度最大的部位。

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)河彎半徑越小、曲率越大，橫向環(huán)流越強(qiáng)烈，崩岸強(qiáng)度也越大。因此，如果從全局上對(duì)彎道半徑和曲率進(jìn)行調(diào)整，減小橫向環(huán)流強(qiáng)度，則可以切實(shí)減小崩岸范圍和強(qiáng)度。最合理的方法是設(shè)置合理的彎道河寬，減少水流的橫比降。加拿大學(xué)者Nanson和Hickin通過(guò)研究大量蜿蜒河段的遷移率發(fā)現(xiàn)，當(dāng)曲率半徑r與河寬w的比值小于6時(shí),河岸沖刷率會(huì)隨著r/w的降低而增加，當(dāng)r/w=2～3時(shí),達(dá)到最大值[2]。美國(guó)學(xué)者Biedenharn等人研究了路易斯安那州雷德河(Red River)上160個(gè)彎曲段的r/w與河岸泥沙組成對(duì)沖刷率的影響，同樣發(fā)現(xiàn)最大沖刷率發(fā)生在r/w=2～3[3]。國(guó)內(nèi)劉萬(wàn)利等人也發(fā)表過(guò)相關(guān)研究成果，如長(zhǎng)江中游戴家洲河段崩岸治理河道合理曲率半徑的研究成果[4]。因此，在彎道崩岸治理的平面布局中，首先應(yīng)考慮的問(wèn)題是如何設(shè)置合理河寬和曲率半徑，從而在源頭上最大程度地減小崩岸范圍和崩岸強(qiáng)度。

2.2.2 合理確定防護(hù)范圍

胡秀艷等人介紹了長(zhǎng)江江都嘶馬段崩岸的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程[5]：1954年長(zhǎng)江嘶馬段的頂沖點(diǎn)位置在三江營(yíng)一帶，20世紀(jì)60年代在西七壩上游附近，70年代已移至嘶馬紅旗河口附近，90年代到達(dá)新橋港附近。而今，彎道頂沖點(diǎn)在楊灣港附近，這說(shuō)明嘶馬彎道頂沖點(diǎn)呈隨時(shí)間不斷下移的趨勢(shì)，也從側(cè)面說(shuō)明了崩岸防護(hù)范圍需要有提前量，只有合理確定防護(hù)范圍，才能防止治理措施落后于崩岸的情況發(fā)生。

2.2.3 合理進(jìn)行工程布置

合理的工程布置對(duì)崩岸治理相當(dāng)重要，文獻(xiàn)[6]介紹了一個(gè)失敗的工程平面布置實(shí)例，從反面論證了這一觀點(diǎn)。1852年上荊江河段南五洲對(duì)岸修建了郝穴磯頭，從此成為荊江大堤重要的護(hù)岸工程；2005年周天河段航道整治控導(dǎo)工程實(shí)施時(shí)，南五洲對(duì)岸修建了潛壩群和護(hù)灘帶，以讓河道過(guò)郝穴磯頭后主流從九華寺開(kāi)始過(guò)渡到右岸的覃家淵一帶；2011年再次在周公堤主航道北側(cè)開(kāi)挖一條長(zhǎng)度近600 m，寬度為100 m的預(yù)備航槽。事實(shí)表明，無(wú)論從防洪還是航運(yùn)的角度來(lái)看，在南五洲采用丁壩或磯頭護(hù)腳，違背了河道整治中左右岸兼顧的原則，對(duì)荊江大堤和周天河段航道造成了不利影響。

3 設(shè)計(jì)新思路

一是目前崩岸治理方案設(shè)計(jì)中存在兩個(gè)突出的問(wèn)題： 基本不分析擬治理崩岸的類(lèi)型； 二是將崩岸治理僅作為獨(dú)立的護(hù)岸工程進(jìn)行設(shè)計(jì)。前者導(dǎo)致治理措施的針對(duì)性不強(qiáng)或者失效，后者導(dǎo)致治理措施抓不住重點(diǎn)或顧此失彼。解決了這兩個(gè)問(wèn)題，崩岸治理方案設(shè)計(jì)才是合理的。因此，目前的崩岸治理方案設(shè)計(jì)需要新思路。

3.1 崩岸類(lèi)型的確定

目前對(duì)崩岸類(lèi)型尚無(wú)定論。王延貴等將崩岸類(lèi)型劃分為滑崩、挫崩、落崩、窩崩和洗崩5種[7-8]。張幸農(nóng)等將崩岸類(lèi)型劃分為侵蝕型、坍塌型、滑移型和流滑型4種[9-10]。根據(jù)長(zhǎng)江中下游河段大量的崩岸實(shí)例，張幸農(nóng)等進(jìn)一步提出規(guī)模較大、出現(xiàn)幾率最高的是坍塌型崩岸和流滑型崩岸兩種漸進(jìn)式崩岸，其中坍塌型崩岸為高大陡坡中由滲流引起的土體崩塌破壞，流滑型崩岸則是水流沖刷過(guò)程中引起的土體滑落破壞[11]。

根據(jù)上述學(xué)者的研究，從崩岸對(duì)岸坡破壞程度來(lái)看，可以形象地歸納為以下3種：①只是劃破點(diǎn)皮，不傷筋不動(dòng)骨型，如洗崩或侵蝕型崩岸；②傷筋不動(dòng)骨型，如坍塌型崩岸(包括條崩、挫崩、落崩)，重在“崩”；③既傷筋又動(dòng)骨型，如流滑型崩岸(包括滑崩、窩崩)，重在“滑”。第一種崩岸的典型特征是僅岸坡表層土受到侵蝕并出現(xiàn)剝落，這個(gè)作用普遍且長(zhǎng)期存在，是所有崩岸現(xiàn)象的最初模式，其他兩種破壞型式均來(lái)源于此，且為第一種崩岸類(lèi)型的最終表現(xiàn)形式；第二種崩岸的典型特征是崩塌土體垂直位移遠(yuǎn)大于水平推移，崩塌面粗糙且為平面，破壞進(jìn)深遠(yuǎn)小于破壞長(zhǎng)度，呈條狀；第三種崩岸的典型特征是崩塌土體水平位移大于垂直位移，滑動(dòng)面光滑且為曲面，破壞進(jìn)深遠(yuǎn)大于破壞長(zhǎng)度，呈圈椅狀。從崩岸產(chǎn)生的嚴(yán)重程度和破壞表現(xiàn)特征來(lái)看，將長(zhǎng)江中下游崩岸歸納為坍塌型崩岸和流滑型崩岸是合理的。

值得指出的是，上述兩種崩岸類(lèi)型是基于崩岸發(fā)生后的表現(xiàn)特征來(lái)區(qū)分的。對(duì)于具體工程岸坡來(lái)說(shuō)，如何在岸坡發(fā)生崩岸前對(duì)崩岸類(lèi)型進(jìn)行預(yù)判更為關(guān)鍵，因?yàn)檎_預(yù)測(cè)坍塌型崩岸和流滑型崩岸是準(zhǔn)確確定規(guī)劃設(shè)計(jì)治理措施的前提，需要綜合考慮滲流力學(xué)、土力學(xué)、河流動(dòng)力學(xué)等相關(guān)學(xué)科，并結(jié)合理論研究、室內(nèi)模型試驗(yàn)、數(shù)值分析、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等多種技術(shù)手段進(jìn)行。

預(yù)測(cè)崩岸產(chǎn)生的類(lèi)型，從組成岸坡的巖土結(jié)構(gòu)來(lái)看，大致有以下判別準(zhǔn)則：①一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于單一黏性土層較厚的河岸，因其抗沖性較強(qiáng)，崩岸發(fā)生前其坡度可能較陡，崩塌滑動(dòng)面較深，容易發(fā)生深層滑動(dòng)，且土體與土體之間存在臺(tái)階形的交錯(cuò)面，橫斷面形態(tài)呈臺(tái)階狀，平面形態(tài)呈圈椅形，容易產(chǎn)生尺度不一的窩崩，即產(chǎn)生流滑型崩岸；如果河床以上岸坡巖性均為砂性土，亦產(chǎn)生流滑。②由于長(zhǎng)江中下游岸坡巖性為典型的二元結(jié)構(gòu)，下部為砂性土，上部覆蓋層為黏性土。如果上部黏性土比下部砂性土厚，易產(chǎn)生窩崩，即流滑型崩岸；如果下部砂性土頂板較高，上部覆蓋黏性土較薄，由于砂性土抗沖性弱，當(dāng)岸坡下部易受水流沖刷而使上層土體失去支撐而發(fā)生坍落或倒入水中，崩坍體呈條形，崩塌的寬度窄，產(chǎn)生條崩，即發(fā)生坍塌型崩岸。

3.2 崩岸分析方法

王延貴等指出，流滑型崩岸一般發(fā)生于土質(zhì)均勻和松散的岸灘，其崩塌過(guò)程較長(zhǎng)，崩塌破壞面一般為曲面，可采用土力學(xué)中的條分法進(jìn)行分析[12]；坍塌型崩岸主要發(fā)生在具有縱向裂隙的黏性岸灘，其崩塌過(guò)程較簡(jiǎn)單而短暫，崩塌破壞面為平面，可采用崩體力學(xué)平衡分析法；在黏性岸灘的岸腳遭受水流淘刷，上部塊體處于臨空狀態(tài)下發(fā)生落崩，崩塌破壞面為平面，其崩塌過(guò)程簡(jiǎn)單而短暫，分為剪切、旋轉(zhuǎn)(倒崩)和拉伸3種落崩模式，仍可按崩體力學(xué)平衡法進(jìn)行分析；對(duì)于特定的河岸邊界條件，當(dāng)受到水流的劇烈淘刷或土體失去承載能力時(shí)，河岸可能發(fā)生窩崩，其崩塌過(guò)程連續(xù)復(fù)雜，可分為淘刷窩崩和液化窩崩，可按崩體力學(xué)平衡法進(jìn)行分析。根據(jù)上述分析，對(duì)于坍塌型崩岸，可采用崩體力學(xué)平衡法進(jìn)行分析；對(duì)于流滑型崩岸，可采用土力學(xué)中的條分法進(jìn)行分析。

需要指出的是，長(zhǎng)江中下游河岸大部分由疏松沉積物組成，具有二元結(jié)構(gòu)，上層為河漫灘相的粘土，下層為河床相的中細(xì)沙。兩者起動(dòng)流速差別很大，在水深10 m時(shí)，中細(xì)沙起動(dòng)流速約為0.55 m/s，粘土約為5.6 m/s，在水流作用下，上層粘土很難起動(dòng)，而下層砂土容易達(dá)到起動(dòng)狀態(tài)并隨水流發(fā)生輸移，這也從另一方面證明了河岸崩塌主要由下部砂土層沖刷所致，在進(jìn)行崩岸分析時(shí)應(yīng)予以重視。

3.3 兩類(lèi)崩岸治理的原則措施

對(duì)于兩種類(lèi)型的崩岸，從力學(xué)行為來(lái)看，坍塌型崩岸屬于牽引式、被動(dòng)式崩岸；而流滑型崩岸屬于推移式、主動(dòng)式崩岸。前者主要因?yàn)榘镀碌撞勘惶钥眨A(chǔ)不牢導(dǎo)致，因此其防護(hù)重點(diǎn)是坡腳；后者盡管也有基礎(chǔ)不牢的原因，但主要是由于厚度較大的黏性土內(nèi)部在高水位時(shí)土體浸泡飽和，在外江水位迅速下降過(guò)程中，由于黏性土滲透系數(shù)小，水來(lái)不及從土體內(nèi)部及時(shí)排出，造成土體自重增加；加之水位下降，原來(lái)高水位時(shí)能夠?qū)Π镀率┘拥耐馑畨毫ο?，造成岸坡發(fā)生不排水剪切破壞，產(chǎn)生崩岸，因此其治理措施的重點(diǎn)與坍塌型不同，側(cè)重點(diǎn)在于排水[13]。

一般來(lái)說(shuō)，整治措施以設(shè)計(jì)枯水位為界分為護(hù)坡和固腳兩個(gè)方面，即設(shè)計(jì)枯水位以上實(shí)施水上護(hù)坡工程，設(shè)計(jì)枯水位以下實(shí)施水下護(hù)腳工程。對(duì)崩岸整治，一般以水下護(hù)腳為主，水上護(hù)坡為輔。特別是發(fā)生在汛前的崩岸應(yīng)急除險(xiǎn)工程，首先進(jìn)行的是固腳。

要保證河岸的穩(wěn)定(或者對(duì)崩岸進(jìn)行治理)，從土工方面來(lái)說(shuō)(河勢(shì)問(wèn)題在此暫不討論)，需要注意以下3點(diǎn)：①岸坡本身是穩(wěn)定的，即首先要站得住，邊坡要穩(wěn)得住。有些河岸太陡，本身不穩(wěn)定(如崩岸發(fā)生后，岸坡已處于極限平衡狀態(tài)，這時(shí)若不管崩岸情況盲目在上拋石，可能會(huì)促使其進(jìn)一步崩塌)；或呈臨界狀態(tài)，易發(fā)生崩塌。②要防止崩岸，應(yīng)當(dāng)保證岸坡坡腳的土不被淘走，否則，再?gòu)?qiáng)的護(hù)坡也不可能達(dá)到岸坡穩(wěn)定的目的，因此基礎(chǔ)要扎實(shí)，坡腳要抗淘。③要用能抵抗水流直接沖擊的材料和防護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)保護(hù)岸坡，這種護(hù)岸材料和結(jié)構(gòu)應(yīng)有一定的重量和體積，能起鎮(zhèn)壓作用；有一定柔性，能適應(yīng)變形等。

4 新材料應(yīng)用

4.1 土工合成材料

目前在護(hù)岸工程的設(shè)計(jì)中，拋石護(hù)岸有一定作用，但并非適用于所有情況。在粉細(xì)砂河床中，由于拋石之間空隙較大，水流易把起動(dòng)流速較小的細(xì)砂或粉砂帶走，從而使塊石沉入到砂土中，不能起到保護(hù)岸坡或河底的作用。如果在塊石下先填一層大面積土工合成材料軟體排或大型土工包，再在上面拋石，效果可能更好，因?yàn)檫@樣能較好地保護(hù)下臥的河底砂層。軟體沉排作為一種實(shí)用、有效的護(hù)腳措施，隨著土工合成材料新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，質(zhì)量不斷提高，價(jià)格逐步下降，具有很好的適用性。沉排護(hù)腳有兩類(lèi)：①有壓載的，如軟體排拋石壓重，需先完成鋪排再在排上進(jìn)行定位定量拋石；②無(wú)壓載的，如充砂模袋軟體排、模袋混凝土排或模袋固化砂漿排等。

長(zhǎng)江崩岸治理是否要長(zhǎng)期依賴(lài)于拋石，是否能夠采用更加先進(jìn)合理的技術(shù)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)拋石，從措施的有效性、生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及避免進(jìn)一步抬高河床造成懸河等角度來(lái)看，是值得持續(xù)研究的重大課題之一。

4.2 防沖格賓(石籠)

對(duì)于水流作用下的岸坡土體沖刷問(wèn)題，防沖格賓(石籠)被廣泛應(yīng)用。由于鋼絲網(wǎng)石籠較之早年已經(jīng)應(yīng)用的鐵絲籠更大、更柔、更適合河床底部形態(tài), 更易相互咬合成一整體, 因而具有較高的抗沖性，適合用在河勢(shì)變化較大且水流頂沖強(qiáng)烈的岸段。根據(jù)裝石量及河床沖刷變形特點(diǎn)，鋼絲網(wǎng)籠應(yīng)滿(mǎn)足以下要求: ①有足夠的抗拉強(qiáng)度，能自由起吊，沉放；②網(wǎng)孔不能松動(dòng)，以防塊石滑出；③網(wǎng)籠應(yīng)有全方位的柔性，以適應(yīng)河床變形及網(wǎng)籠間的相互咬合；④網(wǎng)籠應(yīng)具有良好的抗腐蝕性等。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)崩岸治理設(shè)計(jì)提出5條原則：①見(jiàn)微知著，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情應(yīng)及時(shí)；②防微杜漸，處理措施應(yīng)提前；③上下左右，平面布局要統(tǒng)籌；④創(chuàng)新思維，整治方案應(yīng)有效；⑤持之以恒，事后監(jiān)測(cè)常態(tài)化。

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(編輯：唐湘茜)

2017-09-15

彭良泉，男，長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司江河整治公司，高級(jí)工程師.

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