姚建忠 朱智兵 胡念凡

（1.金湖縣河湖管理所，江蘇 淮安 211600；2.淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 223005；3.淮安市水利物資開發(fā)有限公司，江蘇 淮安 223005）

0 引言

拋石防護(hù)法［1］是指通過機(jī)械或人工拋投塊石、卵石等人工或者天然石料，在指定區(qū)域堆砌形成符合設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)，使之具備某種特定功能的施工方法。在各種類型的護(hù)岸中，水下拋石防護(hù)是一種古老的防護(hù)型式，由于其材料來源豐富，施工技術(shù)簡(jiǎn)單，施工進(jìn)度快，便于維修養(yǎng)護(hù)，抗沖性較強(qiáng)，而且能較好地適應(yīng)河床變形，同時(shí)，拋石岸面較為平順，對(duì)水流、河床的自然形態(tài)影響較小，因此對(duì)一些堤外灘較窄、水流沖刷嚴(yán)重、深泓逼岸、岸線崩退嚴(yán)重的堤段進(jìn)行水下防護(hù)時(shí)得到廣泛應(yīng)用，工程效果較好，但是缺乏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。筆者在金寶航道工程、淮安市白馬湖堤防險(xiǎn)工段應(yīng)急處理工程等實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)、規(guī)范，對(duì)水下拋石防護(hù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方法做了初步探討，可為其它工程提供參考。

1 工程概述

（1）金寶航道工程。金寶航道位于揚(yáng)州市寶應(yīng)縣和淮安市金湖縣境內(nèi)，是南水北調(diào)東線一期工程的重要組成部分，全長(zhǎng)66.88 km（裁彎后64.4 km），是一條集輸水、通航、灌溉、排澇為一體的綜合性河道，設(shè)計(jì)流量為150 m3/s。金寶航道彎道較多，在設(shè)計(jì)輸水規(guī)模下，水流流速較大，為減少水流對(duì)凹岸河坡的沖刷，需對(duì)凹岸頂沖段進(jìn)行拋石防護(hù)。

（2）白馬湖堤防險(xiǎn)工段應(yīng)急處理工程。為恢復(fù)白馬湖調(diào)蓄功能，提高其抵御自然災(zāi)害的能力，淮安市實(shí)施了白馬湖退圩還湖及清淤工程，隨著工程的實(shí)施，白馬湖水面開闊起來，風(fēng)浪對(duì)堤防的影響逐漸表現(xiàn)出來，多處堤防受風(fēng)浪沖刷，迎水面坡面呈陡立狀，堤防安全受到影響，故需對(duì)白馬湖迎湖面險(xiǎn)工段堤防進(jìn)行應(yīng)急加固處理。

2 拋石防護(hù)設(shè)計(jì)

（1）塊石材料要求。塊石要求石質(zhì)堅(jiān)硬，遇水不易破碎、軟化或水解，石頭強(qiáng)度等級(jí)不低于MU80，濕抗壓強(qiáng)度大于50 MPa，軟化系數(shù)大于0.8，比重不小于26.5 kN/m3。不允許使用風(fēng)化石、泥巖和薄片、條狀、尖角等形狀的塊石。

（2）邊坡。拋石護(hù)岸坡度宜緩于1∶1.5，一般情況下控制在1∶1.5～1∶4，沖刷比較嚴(yán)重處局部水下拋石可按緩坡拋投，以確保底坡穩(wěn)定。

（3）塊石粒徑。塊石粒徑是關(guān)系到工程質(zhì)量好壞的主要技術(shù)指標(biāo)之一，塊石粒徑要便于拋投，并能抵卸水底最大流速的沖擊，還要能在河坡上保持穩(wěn)定。根據(jù)已建工程經(jīng)驗(yàn)，拋石粒徑宜在0.25～0.45 m，最下層拋石粒徑宜適當(dāng)加大，便于擠淤和穩(wěn)定。

（4）塊石的質(zhì)量。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，石料單塊重量不小于10 kg，若采用人工拋石，單塊石料的重量以不超過30 kg 為宜。采用人工塊體或經(jīng)過分選的塊石作為斜坡的護(hù)坡面層且斜坡坡率為1.5～5.0 時(shí)，波浪作用下單個(gè)塊體、塊石的質(zhì)量Q 按式（1）計(jì)算［2］：

式中：

Q—主要護(hù)面層的護(hù)面塊體、塊石個(gè)體質(zhì)量（t），當(dāng)護(hù)面由兩層塊石組成，則塊石質(zhì)量可在0.75Q～1.25Q 范圍內(nèi)，但應(yīng)有50%以上的塊石質(zhì)量大于Q；

γb—人工塊體或塊石的容重，kN/m3；

KD—穩(wěn)定系數(shù)，按規(guī)范表確定；

m—斜坡坡率。

在水流作用下，防護(hù)工程護(hù)坡、護(hù)腳保持穩(wěn)定的抗沖石塊重量W 按式（2）計(jì)算［2］：

式中：

W—石塊重量，kN。

（5）粒徑級(jí)配設(shè)計(jì)。拋石的級(jí)配影響護(hù)坡的穩(wěn)定性。若粒徑相差不大，石塊之間空隙大，小粒徑級(jí)配適宜的拋投塊石可以增加覆蓋層次，減少孔隙，改善內(nèi)部連接，防止河床泥砂淘刷，增強(qiáng)對(duì)河床的防護(hù)效果。當(dāng)拋石塊體有級(jí)配時(shí)，大塊石起到抗沖穩(wěn)定作用，小塊石起到保護(hù)床沙的作用，并且大塊石對(duì)小塊石起到隱蔽保護(hù)作用，減小了水流對(duì)小塊石的沖擊；小塊石對(duì)大塊石則起到增加摩阻作用，增強(qiáng)了大塊石的穩(wěn)定性。拋石級(jí)配料也可結(jié)合合成材料或其他纖維材料，加強(qiáng)反濾隔離功能，減少波浪對(duì)邊坡的沖淘，增強(qiáng)護(hù)坡防護(hù)效果。一般拋石的粒徑級(jí)配滿足式（3）要求：

式中：

d—平均拋石粒徑，m；

dmin—最小拋石粒徑，m；

dmax—最大拋石粒徑，m。

（6）拋石厚度設(shè)計(jì)。拋石厚度t 不宜小于拋石粒徑的2 倍，水深流急處宜增大。拋石厚度可根據(jù)式（4）估算：

式中：

t—拋石厚度，cm；

γs—拋石容重，kN/m3；

dmax—最大拋石粒徑，cm。

金寶航道工程全長(zhǎng)1.3 km，拋石護(hù)岸防護(hù)上限至河底，下限至混凝土預(yù)制塊護(hù)砌或漿砌塊石護(hù)砌的下限。拋石護(hù)坡根據(jù)不同工情下流速情況，利用以上公式計(jì)算，彎曲段護(hù)岸拋石粒徑采用0.3～0.45 m，拋石厚度為0.6～1.0 m，護(hù)岸坡度采用1∶3～1∶4。白馬湖堤防險(xiǎn)工段應(yīng)急處理工程在迎湖面采用拋石護(hù)岸防護(hù)，全長(zhǎng)1.5 km，設(shè)計(jì)頂高程為7.5 m，頂寬1.0 m，拋石粒徑采用0.3～0.4 m，拋石厚度為0.6～0.8 m，坡比1∶2～1∶3，沖刷比較嚴(yán)重處局部水下拋石按坡比1∶4 拋投。

3 施工控制要求

3.1 拋石平面控制

平面控制就是控制拋石范圍，既不能拋偏又不能漏拋。拋石范圍較小時(shí)，可采用水上浮標(biāo)加岸上標(biāo)樁來控制拋投范圍。水上浮標(biāo)，即根據(jù)施工段的拋投寬度提前丈量好到岸邊的距離，然后在相應(yīng)水面放置浮標(biāo)并固定。同時(shí)在岸邊對(duì)應(yīng)浮標(biāo)的位置打一木樁并編號(hào)，作為標(biāo)樁。標(biāo)樁與浮標(biāo)每15 m 設(shè)置一組，將水面浮標(biāo)之間的連線作為拋投寬度的控制線，拋投時(shí)可以稍微過線一點(diǎn)，以保證不漏拋，但不能過線太多形成超拋。

塊石在下拋過程中，因?yàn)樗鞯淖饔?，塊石會(huì)向下移動(dòng)，因此，在投拋前要計(jì)算塊石的沖距，以便算出拋石在水流作用下移動(dòng)的距離，保證拋投位置的準(zhǔn)確。拋石沖距可采用張瑞瑾阻力平方區(qū)塊石流速公式計(jì)算：

式中：

L—塊石水平落距，m；

V—拋石部位水面流速，m/s；

H—水深，m；

W—塊石重量，kg。

3.2 拋石高程控制

拋石高程控制，即拋石面的標(biāo)高控制?？刂茦?biāo)高措施主要有：

（1）拋前測(cè)量。拋石水域的河床高程是變化的，所以各點(diǎn)的拋石量也不盡相同，若各點(diǎn)只是均勻拋投則不能保證設(shè)計(jì)標(biāo)高。故拋投前要測(cè)量清楚拋投區(qū)河床的情況，再根據(jù)水下地形，制定具體詳細(xì)的拋投方案。

（2）均勻拋石。對(duì)局部高程較低的區(qū)域作填平處理后，使拋石區(qū)河床地面大致平整，正式拋石時(shí)要做到均勻拋投。均勻拋投在現(xiàn)場(chǎng)主要根據(jù)拋石方量來控制，塊石在下水前由專人現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方量并記錄。

（3）隨時(shí)測(cè)量。拋石過程中要隨時(shí)測(cè)量拋石面的高程。在一段拋石結(jié)束后，立即派專人下水摸探，以檢查拋石范圍和均勻度是否符合要求，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)補(bǔ)救。

（4）質(zhì)量檢查與修補(bǔ)。在每個(gè)施工段拋石結(jié)束后，應(yīng)由專人配合監(jiān)理人員對(duì)拋石質(zhì)量進(jìn)行復(fù)查。主要檢查拋石的范圍、高程和平整度是否符合設(shè)計(jì)要求，檢查石料是否分離，塊石是否穩(wěn)固。若有漏拋或少拋的地方，應(yīng)及時(shí)使用浮標(biāo)做標(biāo)記并立即補(bǔ)拋，做好現(xiàn)場(chǎng)記錄。

3.3 施工準(zhǔn)備

施工前要進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，通過試驗(yàn)，找出控制參數(shù)，作為指導(dǎo)施工作業(yè)的控制依據(jù)。水下拋石施工前及完工后，要委托有專業(yè)資質(zhì)的測(cè)量單位進(jìn)行水下測(cè)量。

3.4 施工技術(shù)要點(diǎn)

一是提前做好斷面和內(nèi)側(cè)湖堤堤腳外的測(cè)量工作，做好石方調(diào)配工作；二是拋石棱體定線放樣，在水域需插設(shè)浮標(biāo)桿，若相鄰斷面尺寸不同，應(yīng)加密插設(shè)標(biāo)桿，以保證斷面間平順連接；三是拋石棱體達(dá)到預(yù)定斷面，并經(jīng)沉降初步穩(wěn)定后，立即按設(shè)計(jì)輪廓將拋石體整理成型。

3.5 施工安全要點(diǎn)

在施工期間，要精確地將拋石的堤腳線放樣出來，施工過程及施工結(jié)束后，要密切觀察拋石棱體的穩(wěn)定性。在拋石棱體穩(wěn)定前，避免機(jī)械和人員在拋石平臺(tái)上作業(yè)。在通航河道上實(shí)施拋石工程，應(yīng)在拋石區(qū)域增加安全標(biāo)志，保證通航安全。

4 結(jié)語

經(jīng)過幾年的運(yùn)行，金寶航道工程、淮安市白馬湖堤防險(xiǎn)工段應(yīng)急處理工程的河岸及堤防邊坡穩(wěn)定，拋石護(hù)岸防護(hù)效果明顯。實(shí)踐證明，拋石護(hù)岸防護(hù)具有施工技術(shù)簡(jiǎn)單，施工進(jìn)度快，工程效果好等優(yōu)點(diǎn)，工程實(shí)施后可有效抗風(fēng)浪沖刷，減小風(fēng)浪爬高，且適應(yīng)變形能力強(qiáng)，在堤外灘較窄、水流沖刷嚴(yán)重、深泓逼岸、岸線崩退嚴(yán)重的堤段具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］陶亦壽，譚界雄，董建軍，等.中國(guó)堤防工程施工叢書3——拋石法［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

［2］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，GB50286-2013 堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2013.