黃 俊 ，田偉峰 ，李佩南 ，王 禹

（1.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021；2.中國水利水電第二工程局有限公司，北京100120）

1 工程概況

白沙灘險工段位于嫩江右岸黑龍江省與吉林省交界處，起于黑龍江省境內(nèi)寧姜電灌站，止于吉林省境內(nèi)白沙灘電灌站，全長約3.329 km。其中黑龍江省境內(nèi)1.541 km，吉林省境內(nèi)1.788 km。

白沙灘險工段處于嫩江主流凹岸頂流沖刷區(qū)，地形坡陡、岸高，局部地段邊坡達(dá)70°，陡岸巖性主要是細(xì)砂，岸頂至河道地面高差達(dá)25 m，沙坡裸露。受洪水沖刷，退岸嚴(yán)重。平均每年以2 m的速度坍塌退岸，50年間坍塌退岸100余米。據(jù)1998年洪水觀測資料，最大一次一天水平坍塌4～5 m。

2 工程地質(zhì)條件

白沙灘險工段在地貌上屬于嫩江沖積平原，所處的河谷寬度500余米，枯水期水面寬100 m，水深2.0～3.0 m；河流兩岸均分布有寬闊一級堆積階地，階面較平坦，微傾河床，高出水面5.0～8.0 m，地面高程134～138 m，一級堆積階地之上為風(fēng)積而成的砂土崗地，地面高程135～155 m，相對高差5～15 m。陡坎高出河水面5～25 m，陡坎隨河流呈弧形彎曲，地形坡度 60°～70°。

出露的地層巖性主要為第四系上更新統(tǒng)諾敏河組的冰水沉積物砂壤土、壤土、細(xì)砂等；第四系全新統(tǒng)河床沖積物細(xì)砂、風(fēng)積物砂壤土、粉細(xì)砂層。其結(jié)構(gòu)較松散，遇水易崩解，抗沖刷及抗?jié)B性能較差。

3 氣象條件

工程所在地氣候特點是：四季分明，春季干旱多風(fēng)，夏季濕熱多雨，秋季涼爽溫差大，冬季寒冷降水稀少，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。工程所在地年平均氣溫為4.4℃，10℃以上穩(wěn)定通過初日為5月2日，終日為9月30日，其間隔日數(shù)為152 d。初霜一般出現(xiàn)在9月25日前后，終霜日期為5月15日，無霜期134 d。多年平均降水量為377.1 mm，6—9月降水量占全年的71.2%，由于受季風(fēng)氣候的強(qiáng)烈影響，冬春季多西北風(fēng)，夏秋季多西南風(fēng)，風(fēng)日多，風(fēng)速大，最大風(fēng)速可大25 m/s。多年平均風(fēng)速為3.5 m/s。多年平均蒸發(fā)量在1840 mm左右，年內(nèi)蒸發(fā)量以4—5月為最大，占全年蒸發(fā)量的25%左右。

4 設(shè)計洪水及水面線

暴雨是形成嫩江流域洪水的主要原因，暴雨多發(fā)生在7—8月，約占暴雨次數(shù)的80%左右。嫩江流域由于受北來系統(tǒng)的影響，易出現(xiàn)連陰雨天，雨強(qiáng)不大。但由于連陰雨中易出現(xiàn)暴雨，而且影響廣闊，因此也能造成大洪水。如1998年大洪水。暴雨的一次過程在3 d左右，主要雨量集中在1 d，暴雨移動規(guī)律一般是從大興安嶺東南坡移向小興安嶺西南坡。

年最大洪峰流量多出現(xiàn)6—9月，尤以7—8月最多；洪水以單峰居多，個別年份也出現(xiàn)多峰或雙峰，嫩江干流洪水歷時一般為40～60 d，洪量主要集中在15 d。大賚以上洪水主要以上游來水為主，江橋至大賚區(qū)間來水很少。

嫩江干流的防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水，干流堤防按35年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，尼爾基水庫建成后，防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到50年一遇。相應(yīng)設(shè)計流量、設(shè)計水面線、設(shè)計枯水水面線見表1。

表1 水面線成果表（p=2.86%）

5 工程設(shè)計

根據(jù)河勢演變分析，岸坡地質(zhì)組成，工程措施采取坡式護(hù)岸，坡式護(hù)岸的上部(枯水位與設(shè)計水位之間)采用機(jī)織模袋混凝土護(hù)坡；下部(枯水位以下)護(hù)腳部分采用軟體沉排護(hù)腳。設(shè)計洪水位以上，由于堤岸巖性主要是細(xì)砂，其抗雨水沖刷能力較差，采用拱形磚砌體及植物措施護(hù)坡。

坡式護(hù)岸工程其結(jié)構(gòu)由枯水平臺、腳槽、坡身、封頂四部分組成。腳槽頂面高程按高于設(shè)計枯水位1.0 m設(shè)計。護(hù)坡頂高程采用設(shè)計洪水位加0.5 m超高，設(shè)4 m寬平臺，作為渡汛搶險施工道路，并便于混凝土灌注，護(hù)坡頂部與平臺結(jié)合部位設(shè)50 cm×40 cm(寬×高)混凝土封頂。

1）軟體沉排護(hù)腳

由于白沙灘險工段為風(fēng)積而成的沙土崗地，組成岸坡的巖土多為砂壤土、細(xì)砂，其結(jié)構(gòu)較松散，遇水易崩解，抗沖刷及抗?jié)B性能較差，為防止坡式護(hù)岸工程基礎(chǔ)受水流淘刷影響其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對岸坡坡腳進(jìn)行防護(hù)。

嫩江常用的護(hù)腳結(jié)構(gòu)型式有拋石、石籠、軟體沉排等。

a）拋石護(hù)腳是普遍采用的一種護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式，取材容易、施工簡單，且造價較低。無論新護(hù)、加固均可應(yīng)用；但其工程整體性差，在水流的長期沖刷下，部分塊石會流失，從而降低工程效果，因而需要經(jīng)常性的維護(hù)加固。

b）石籠方案系用鉛絲或荊條等材料做成網(wǎng)狀籠狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)填塊石、礫石或卵石，以增強(qiáng)抗沖能力和整體性，這種方法在各地均有所應(yīng)用。其缺點是施工過程中受水流變化的影響較大，不易形成密實整體。

c）軟體沉排是用土工織物縫接成一定尺寸的排布，在排布上加一定的壓重形成的一種防沖結(jié)構(gòu)。根據(jù)被保護(hù)基土的顆粒組成、土工織物的孔徑大小、抗拉強(qiáng)度以及受力的大小，排布可以采用單層、雙層、單層加網(wǎng)繩或雙層加網(wǎng)繩。壓載材料和形式有塊石、土枕、土袋、鐵絲石籠、聯(lián)鎖混凝土板塊、土工網(wǎng)格石籠、石籠網(wǎng)格充填土袋混合壓載等。軟體沉排優(yōu)點是在保持防護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性同時能夠適應(yīng)地形的變形變化。

白沙灘險工段為主流逼岸段，現(xiàn)有地形、地質(zhì)和水流條件適宜采用軟體沉排護(hù)腳。

依據(jù)河勢演變分析、岸坡地質(zhì)組成，樁號K0+000～K0+140.60設(shè)計枯水位以下采用干砌石護(hù)坡、護(hù)底，樁號K0+140.60～K3+329設(shè)計枯水位以下采用軟體沉排，排首錨固采用鐵絲石籠錨固槽法。槽寬1.0 m、槽深1.35 m，在錨固槽底部每隔2.0 m，楔入一根φ28，長2 m錨筋錨固。排體壓載型式采用石籠網(wǎng)格充填砂土袋混合壓載。石籠斷面尺寸50 cm×35 cm（寬×高），框格為 4 m×5 m，框格內(nèi)采用砂土袋壓載。根據(jù)本工程的施工特點（冰上沉排）和施工設(shè)備及經(jīng)驗，本設(shè)計排體寬度定為200 m。根據(jù)河勢分析，考慮本段近岸最大沖刷深為5.0 m，最陡穩(wěn)定邊坡為1∶3，分析確定排體長度為15 m。按現(xiàn)有1∶6～1∶10邊坡進(jìn)行鋪設(shè)。其主要材料設(shè)計指標(biāo)為：

塊石：抗壓強(qiáng)度30 MPa。

編制布排設(shè)計指標(biāo)：上層針刺滌綸短絲無紡布，縱橫向抗拉強(qiáng)度不小于225 N/5 cm，延伸率不小于25%，撕裂強(qiáng)度不小于120 N，CBR頂破強(qiáng)度不小于600 N；下層滌綸機(jī)織長絲土工布，縱向抗拉強(qiáng)度不小于2000 N/5 cm，橫向抗拉強(qiáng)度不小于1500 N/5 cm，延伸率不小于25%，CBR頂破強(qiáng)度不小于4000 N。

8號鍍鋅鐵線：抗拉強(qiáng)度T不小于380 N/mm2，伸展率12%，鋅層量不小于30 g/m。

編織袋：聚乙烯編織袋，伸長率20%～25%，CBR頂破強(qiáng)度不小于1450 N，撕裂強(qiáng)度不小于190 N，抗拉強(qiáng)度不小于750 N/5 cm。

2）機(jī)織模袋混凝土護(hù)坡

為阻止白沙灘險工段受風(fēng)浪、水流淘刷形成進(jìn)一步退岸，堤岸岸坡采用工程措施進(jìn)行防護(hù)。岸坡防護(hù)形式比較了貼坡式擋土墻、機(jī)織模袋混凝土及干砌石護(hù)坡三種型式，其中模袋混凝土與干砌石護(hù)坡工程造價相當(dāng)，但從后期運行維護(hù)及結(jié)構(gòu)可靠性上，模袋混凝土要優(yōu)于干砌石護(hù)坡；貼坡式擋墻方案，雖然占地較少，但其施工難度較大，需修筑施工圍堰，且工程造價較高。

模袋混凝土護(hù)坡方案具有結(jié)構(gòu)簡單、施工難度小、速度快、工程造價低等優(yōu)點。因此，本著經(jīng)濟(jì)、合理的原則，本次設(shè)計采用模袋混凝土護(hù)坡方案。

雖然目前國家尚無有關(guān)模袋混凝土方面的規(guī)程規(guī)范，但在全國各地水利工程的應(yīng)用已相當(dāng)普及。實踐驗證，已達(dá)到其相應(yīng)效果，在適應(yīng)其相應(yīng)的條件下更顯現(xiàn)出它的優(yōu)勢。

根據(jù)計算結(jié)果，由細(xì)砂組成的白沙灘險工堤岸，穩(wěn)定邊坡采用1∶3，模袋混凝土護(hù)坡平均厚度經(jīng)計算采用12 cm，模袋混凝土標(biāo)號：C20F200，下鋪400 g/m2長絲無紡布反濾。模袋混凝土護(hù)坡頂部設(shè)混凝土封頂，尺寸為50 cm×40 cm（寬×高），模袋底部埋入地面下80 cm，并對回填土進(jìn)行夯實。

根據(jù)其它工程應(yīng)用情況確定模袋規(guī)格及有關(guān)指標(biāo)參考如下：

模袋布單層質(zhì)量不小于240 g/m2，抗拉強(qiáng)度縱向不小于45 kN/m，橫向不小于40 kN/m，伸長率縱向小于35%，橫向小于30%，等效孔徑φ90≤0.3，CBR頂破強(qiáng)度不小于4.5 kN，垂直滲透系數(shù)不小于0.005 cm/s；模袋布筋繩強(qiáng)度不小于0.6 kN，模袋布筋繩伸長率小于25%，鉸鏈繩采用丙綸，直徑12 mm，強(qiáng)度不小于8 kN，延伸率不小于35%，垂直水流方向間距1 m布置；成型模袋混凝土平均厚度15 cm。

3）設(shè)計洪水位以上植物護(hù)坡

根據(jù)工程需要，護(hù)坡上部設(shè)計水位以上部分陡坎需削成穩(wěn)定邊坡，依據(jù)計算結(jié)果，穩(wěn)定邊坡比為1∶2.0。由于岸坡土體主要為0.10～0.25 mm粉細(xì)顆粒，其抗沖刷能力極差，岸坡開挖完后在2003年雨季受到雨水的沖蝕，出現(xiàn)數(shù)條1.5～2.0 m深的沖溝。根據(jù)現(xiàn)場情況，邊坡采用拱形混凝土護(hù)坡，岸坡頂部采用20 cm×20 cm封頂混凝土。由于該方案需預(yù)制大量混凝土塊，工期不能滿足要求，同時附近亦無較大預(yù)制場地，在不增加投資情況下，現(xiàn)場進(jìn)行了現(xiàn)澆混凝土拱形護(hù)坡及拱形磚砌體護(hù)坡兩種護(hù)坡形式的現(xiàn)場試驗，根據(jù)試驗效果從施工進(jìn)度及施工難度兩方面考慮岸坡上部護(hù)坡采用拱形磚砌體護(hù)坡。

通過現(xiàn)場試驗，樁號K0+547～K2+873岸坡上部拱形磚砌體護(hù)坡根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，拱腳處平砌磚改為垂直坡面立砌磚，磚砌體圓弧頂部立面砂漿抹面取消，砂漿抹面立面高度原為20 cm現(xiàn)改為15 cm，砌體、抹面砂漿均采用M15F50。拱形磚砌體混凝土封邊根據(jù)現(xiàn)場情況每3 m或5 m采用二氈分縫。拱形護(hù)坡結(jié)構(gòu)形式的調(diào)整進(jìn)一步優(yōu)化了原設(shè)計方案，從而保證了施工進(jìn)度及降低了施工難度。

6 結(jié)語

白沙灘險工護(hù)岸設(shè)計，取得了在粉細(xì)砂基礎(chǔ)上進(jìn)行護(hù)坡設(shè)計的成功經(jīng)驗，尤其是通過模袋混凝土護(hù)坡的實施，充分體現(xiàn)了該種護(hù)坡形式在結(jié)構(gòu)、施工、運行維護(hù)及工程造價等方面的優(yōu)點，肯定了沉排護(hù)腳方案的整體性強(qiáng)及適應(yīng)地形變化方面的突出優(yōu)點。