(1.長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，湖北 武漢 430040； 2.長江航道局，湖北 武漢 430010)

規(guī)劃設(shè)計

長江中下游航道整治護岸工程設(shè)計理念

劉奇峰1朱元章2黃偉2陳怡君1

(1.長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，湖北武漢430040； 2.長江航道局，湖北武漢430010)

護岸工程作為守護高灘、岸線，穩(wěn)定航道邊界條件最為主要的工程手段，已在長江中下游航道整治中得到廣泛運用。通過對比分析長江中下游已有航道整治護岸工程不同結(jié)構(gòu)型式的差異、生態(tài)護岸實踐經(jīng)驗以及在河勢控制、航道條件改善、生態(tài)效應(yīng)等方面的應(yīng)用效果，提出了適合長江中下游航道整治特點的護岸工程設(shè)計理念。

航道整治；護岸工程；河勢控制；長江中下游

圖1 長江中下游航道整治斜坡式護岸工程斷面結(jié)構(gòu)示意

長江中下游航道從宜昌至吳淞口，全長1 669 km，是長江干線航運最為繁忙、通航密度最大的河段。采用航道整治工程提升航道標準，是充分發(fā)揮長江“黃金水道”作用的重要措施。三峽水庫蓄水運行以來，長江中下游河道內(nèi)重要洲灘、岸線沖刷趨勢明顯，導(dǎo)致中下游干線航道邊界不穩(wěn)定，重點淺灘段航道條件趨于惡化。為穩(wěn)定航道邊界，遏制航道條件的不利變化，在長江中下游航道整治工程中廣泛使用了護岸工程措施進行岸坡和洲灘的防護。

1 護岸工程結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

長江中下游航道整治護岸廣泛采用斜坡式平順護岸結(jié)構(gòu)型式，在部分工程中采用了斜坡式與直立式組合的結(jié)構(gòu)型式。

斜坡式護岸由護底、鎮(zhèn)腳和護坡3部分組成(圖1)。護底是護岸的基礎(chǔ)部分，是從坡腳向外直至深槽的防護體，起遏制河底沖刷的作用，水下護底多采用D型排、混凝土聯(lián)鎖塊排、沙枕等結(jié)構(gòu)。鎮(zhèn)腳是護底與護坡的結(jié)合部，是從坡腳向里至枯水平臺或腳槽的填筑體，起到調(diào)整水下岸坡、支撐水上岸坡的作用，多采用拋石、拋枕等結(jié)構(gòu)。護坡是從枯水平臺(腳槽)至護岸頂部的砌筑體，起到防止水流和波浪淘刷岸坡的作用。護坡多由反濾層、墊層、護面層和排水設(shè)施組成，面層多采用鋪石、干砌塊石、漿砌塊石、護坡磚、混凝土六邊塊、鋼絲網(wǎng)格等結(jié)構(gòu)。

圖2 斜坡式與直立式組合護岸工程斷面結(jié)構(gòu)示意

斜坡式與直立式組合護岸在長江航道整治工程中使用不多，僅在藕池口水道航道整治工程、土橋水道航道整治工程、荊江河段航道整治工程周天河段新廠高灘、窯監(jiān)大河段丙寅洲高灘段使用過。它與斜坡式護岸結(jié)構(gòu)的差別在于護坡頂段設(shè)置直立式(自嵌式)擋土墻(圖2)，起到減少開挖和永久占地的作用。

2 生態(tài)護岸探索及實踐

2.1 生態(tài)護坡結(jié)構(gòu)

在護岸岸坡守護中，逐步引進和開發(fā)岸上生態(tài)技術(shù)，達到守護和生態(tài)功能相結(jié)合，促進工程和生境的融合。目前，采用的岸坡護面生態(tài)結(jié)構(gòu)包括三維網(wǎng)墊、生態(tài)護坡磚、鋼絲網(wǎng)格和自嵌式擋土墻結(jié)構(gòu)。

(1) 三維網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)。加筋三維網(wǎng)墊是將發(fā)絲狀聚丙烯材料擠壓于機編六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)面上形成的(圖3)。加筋三維網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)用于水位變動區(qū)，進行陸上施工，需要考慮壓載或錨固[1-2]。加筋三維網(wǎng)墊是一種高效的促淤生態(tài)護灘結(jié)構(gòu)，能使泥沙落淤，有利于植被生長。

圖3 加筋三維網(wǎng)墊

(2) 生態(tài)護坡磚。通過平面上的“鏤空”結(jié)構(gòu)，生態(tài)護坡磚為動、植物的生長、發(fā)育提供空間，同時通過結(jié)構(gòu)上的扣合，增強岸坡的穩(wěn)定性(圖4)。

圖4 生態(tài)護坡磚

(3) 鋼絲網(wǎng)格。鋼絲網(wǎng)格由雙絞合六邊鋼絲網(wǎng)格構(gòu)成，鋼絲及其鍍高爾凡層的品質(zhì)滿足國際標準。在鋼絲網(wǎng)格里裝填石塊后，封閉蓋板，成為一個大型的、具備柔韌性和整體性的工程模塊，用以取代常用的塊石壘砌。與傳統(tǒng)的塊石和混凝土塊護面結(jié)構(gòu)相比，鋼絲網(wǎng)格更有利于植被的生長。

(4) 自嵌式擋土墻。這種擋土結(jié)構(gòu)是依靠自嵌式擋土砌塊干壘而形成的柔性擋土結(jié)構(gòu)。主要依靠自嵌式擋土砌塊塊體自重來抵抗動靜荷載，達到穩(wěn)定的作用，具有經(jīng)濟造價低、景觀效果好且占地少等優(yōu)點(圖5)。

圖5 自嵌式擋土墻

2.2 水下生態(tài)結(jié)構(gòu)

水下生態(tài)結(jié)構(gòu)主要是在水下護底和鎮(zhèn)腳的基礎(chǔ)上，引進和開發(fā)水下生態(tài)技術(shù)，在達到護底和穩(wěn)定效果的同時，實現(xiàn)工程的生態(tài)功能。目前，采用的水下生態(tài)結(jié)構(gòu)主要有透水框架和魚巢磚等。

(1) 透水框架結(jié)構(gòu)。四面六邊透水框架為四面六邊型透水結(jié)構(gòu)[3-4]，由6根桿件共同構(gòu)成三角形透空四面體，桿件為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(圖6)。

圖6 四面六邊透水框架

(2) 魚巢磚結(jié)構(gòu)。通過對不同來流條件下不同尺寸魚巢形成的水流條件進行計算，得到了適用于荊江河段魚類水流條件的魚巢磚尺寸，并在荊江河段航道整治工程中加以運用(圖7)。魚巢磚由混凝土預(yù)制構(gòu)件組成，有利于魚類棲養(yǎng)繁育。

圖7 魚巢磚

3 護岸工程效果

(1) 護岸工程穩(wěn)定了崩退的岸線，有利于河勢和航道邊界的穩(wěn)定，有效遏制了航道條件的惡化。三峽水庫蓄水運用以來，窯監(jiān)河段烏龜洲洲體右緣一直處于崩退狀態(tài)，洲體中段年平均崩退速度在15 m左右；下段崩退速度較快，基本上在30 m/a以上。2010年，通過實施烏龜洲右緣守護工程，改變了烏龜洲洲體崩退狀態(tài)，形成了穩(wěn)定的航道左邊界。工程的實施限制了因岸線崩退造成的河道不斷展寬，改變了河槽向?qū)挏\化方向發(fā)展的變化趨勢，有效遏止了航道條件的惡化[5]。

以安慶水道航道整治工程為例，在鵝毛洲護岸工程中，在支汊內(nèi)進行岸線守護，其與護底工程共同作用，有效地控制住了支汊的沖刷發(fā)展，減小了支汊的分流，增加了主汊過流，遏制了汊道分流比的不利調(diào)整，更加有利于河勢的穩(wěn)定。工程實施后，主汊(左汊)分流增加了3%～5%，支汊(中汊)分流減少約6%，在保持河勢穩(wěn)定的同時，也進一步改善了航道條件，航道尺度達到6.0 m×200 m的設(shè)計標準[6]。

(2) 護岸工程改變了洲灘崩退的變化，有利于水土保持。生態(tài)工程的實施有利于植被的生長和魚類生存環(huán)境的改善，可起到較為明顯的生態(tài)環(huán)保作用。護岸工程的生態(tài)效應(yīng)主要體現(xiàn)在減少因水流傾蝕導(dǎo)致的崩岸現(xiàn)象的發(fā)生，有利于水土保持。過去大多采用的六邊混凝土塊、干砌塊石和漿砌塊石護坡結(jié)構(gòu)阻斷了植被、微生物與土體的交互，已逐漸被鋼絲網(wǎng)格等新型結(jié)構(gòu)所代替。

目前實施的長江中下游護岸工程十分注重生態(tài)效應(yīng)，鋼絲網(wǎng)格、四面六邊透水框架、魚巢磚等新型護岸結(jié)構(gòu)，有利于植被的生長和魚類生存環(huán)境的改善，已在越來越多的航道整治工程中得以運用。

4 主要設(shè)計理念

(1) 護岸工程是河勢控制工程的重要組成部分，工程布置應(yīng)與河勢控制規(guī)劃協(xié)調(diào)一致。從有利于河勢和航道邊界穩(wěn)定的角度出發(fā)，合理確定護岸工程范圍。

(2) 長江中下游航道整治護岸工程應(yīng)在充分總結(jié)以往工程結(jié)構(gòu)特點及優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，不斷創(chuàng)新護岸工程結(jié)構(gòu)型式。

(3) 在保證工程穩(wěn)定的前提下，護岸工程應(yīng)有“人水和諧”的設(shè)計理念，應(yīng)注重發(fā)揮護岸工程的綠色生態(tài)效應(yīng)，特別是在岸上護坡和水下護底結(jié)構(gòu)上選用生態(tài)環(huán)保的工程結(jié)構(gòu)型式。

(4) 從減小對水流結(jié)構(gòu)改變的角度出發(fā)，采用隨坡就勢的平順斜坡式護岸，會更有利于護岸工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

對部分后方開挖存在困難的岸坡，結(jié)合岸坡實際情況，采用直立式護坡守護是合適的，但應(yīng)充分考慮工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性需求。

(5) 水下護底和鎮(zhèn)腳淘刷、岸坡排水不暢是護岸工程發(fā)生破壞的最主要原因，因此在護岸工程設(shè)計中要重點考慮水下護底、鎮(zhèn)腳守護和岸坡排水等因素的影響。

(6) 受長江中下游來流年際、年內(nèi)變化較大的影響，護岸工程設(shè)計時，應(yīng)充分考慮來流變化對護岸工程陸上和水上施工的不同影響，合理規(guī)劃施工組織。

5 結(jié) 論

通過全面回顧長江中下游航道整治護岸工程結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀、生態(tài)護岸探索及實踐，分析了護岸工程在河勢控制、航道條件改善和生態(tài)效應(yīng)方面的作用，提出了護岸工程主要設(shè)計理念，得出如下結(jié)論。

(1) 三峽水庫蓄水運行以來，清水下泄導(dǎo)致的江心洲灘和岸線持續(xù)沖刷后退，不利于航道條件的穩(wěn)定。為穩(wěn)定航道邊界，遏制航道條件的不利變化，在長江中下游航道整治工程中廣泛使用了護岸工程措施進行岸坡和洲灘的防護。

(2) 已建航道整治護岸工程取得了較好的岸坡防護、河勢控制及航道條件改善的效果，生態(tài)效應(yīng)逐步顯現(xiàn)。

(3) 護岸工程中應(yīng)體現(xiàn)協(xié)調(diào)、創(chuàng)新、綠色的設(shè)計理念。根據(jù)長江中下游來流及河道岸灘自身特點，護岸工程設(shè)計應(yīng)注重工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，加強重點部分守護，并合理確定工程組織方案。

[1] 張金來，吳婷婷，陳其武，等. 加筋三維網(wǎng)墊在護灘工程中的應(yīng)用[J]. 水運工程，2012(8)：204-206.

[2] 馮叢林，周凱，楊再常，等. 加筋麥克墊在護灘工程中的應(yīng)用及施工質(zhì)量控制[J]. 水運工程，2014(3)：183-187.

[3] 汪奇峰. 四面六邊混凝土透水框架在長江航道整治工程護灘中的運用[J]. 中國水運，2013(7) ：165-166.

[4] 周生利，劉常全，張俊，等.混凝土四面六邊透水框架結(jié)構(gòu)在長江航道整治中的應(yīng)用[J]. 水運工程，2012(10)：102-106.

[5] 張俊鋒.長江中游窯監(jiān)河段航道整治工程效果分析[J].水運工程，2015(6):143-146.

[6] 劉奇峰. 長江下游安慶水道航道整治工程效果分析報告 [R]. 武漢:長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，2014.

(編輯：李慧)

2017-09-15

劉奇峰，男，長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，高級工程師.

1006-0081(2017)11-0053-03

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