楊 勇

（遼寧省丹東市水務(wù)服務(wù)中心，遼寧 丹東 118000）

1 引言

三峽工程建成后提高了長江中下游防洪能力，有效保護了中下游防洪保護區(qū)人民生命財產(chǎn)安全，增加枯水期流量，總體改善中下游航運條件。然而，三峽工程蓄水以后也明顯改變了長江中下游河道的水沙條件，水庫清水下泄致使河道沖刷[1]，對中游局部河段的河勢調(diào)整、岸坡穩(wěn)定、部分城鎮(zhèn)居民飲水和農(nóng)業(yè)灌溉、河段航運以及中下游的生態(tài)環(huán)境等也會產(chǎn)生一定的不利影響。為此，國務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會辦公室組織有關(guān)部門編制“三峽工程后續(xù)工作規(guī)劃”[1]，重點對三峽工程蓄水運用后壩下游水流對河床沖刷而導致局部河段河道演變規(guī)律，以及河道演變的強度和速度發(fā)生變化進行研究，并提出相應的治理措施。

2 長江湖南段存在的主要問題

長江湖南段地處長江中游，沿江區(qū)域為岳陽市，是洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的重要組成部分，土地肥沃，物產(chǎn)豐富，人口稠密，農(nóng)業(yè)發(fā)達，是湖南省的精華地區(qū)，也是我國重要的糧棉油生產(chǎn)基地。岳陽長江大堤直接保護岳陽地區(qū)的防洪安全，岳陽長江干堤上起岳陽市華容縣塔市驛五馬口，下至黃蓋湖農(nóng)場鐵山咀，全長142.05 km，直接保護著岳陽市中心城區(qū)和華容、君山、建新、樓區(qū)、云溪、臨湘6 個縣(市、區(qū))所屬沿江堤垸。長江湖南護岸河段，三峽工程建成至今，總體河勢和河型目前雖然得到控制，但在不同來水來沙條件和特定的河道邊界條件下，部分河段河勢調(diào)整變化仍比較劇烈，致使部分地段的護岸工程失效損毀，進而產(chǎn)生新的崩岸。

據(jù)不完全統(tǒng)計[2]，2003 年以來，岳陽河段崩岸長度也較三峽蓄水運用前明顯增加。據(jù)岳陽修防處提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)，2003 年～2009 年，岳陽河段年均發(fā)生崩岸長度約25 km，最大崩寬為17 m。1998 年～2012 年，下荊江河段發(fā)生了約132 處的岸灘崩退險情，合計長度約47 km，2008 年11 月的新沙洲崩岸及調(diào)弦關(guān)護岸損毀，其中北門口、北碾子灣等段年際間頻繁發(fā)生崩岸險情。下荊江河段局部河勢的惡化表現(xiàn)在石首河彎河勢的劇烈調(diào)整，北門口的崩岸一方面危及石首市的防洪安全，另一方面造成下游河勢的連鎖反應，北碾子灣、寡婦夾等處不斷出現(xiàn)崩岸險情。下荊江中洲子下段，近期岸線崩退較為嚴重，原有護岸范圍較短、較薄弱，若不能及時進行控制，將對上下游河勢造成極不利影響：改變水流頂沖點及范圍，產(chǎn)生新的崩岸，引起大的河勢變化。

3 河床演變沖刷處理的護岸加固設(shè)計

根據(jù)三峽工程蓄水后下游河道的實際演變現(xiàn)狀，并綜合考慮三峽工程運用后，該河段還有可能出現(xiàn)的不良趨勢，進行防護河段（二期）整治工程的處理措施主要有護坡工程、護腳工程、枯水位下陡坡處還坡處理等護岸加固措施[3]。

3.1 護坡工程

根據(jù)長江兩岸歷年來已實施的護坡工程來看，比較常用的結(jié)構(gòu)型式主要有干砌塊石、漿砌塊石、預制砼六角塊、現(xiàn)澆砼塊、雷諾、生態(tài)砼磚等護坡型式，綜合比較后選擇干砌塊石、預制砼六角塊和聯(lián)鎖植草磚護坡三種護坡形式，根據(jù)各河段的實際情況進行護岸治理[4]。

3.1.1 初擬各種護坡形式結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）干砌石護坡

考慮開采毛石時的厚度不一的實際情況，為了施工簡便，本工程初擬塊石厚度均取0.45 m～0.35 m。護坡基面鋪設(shè)一層砂石墊層，厚度0.15 m。因干砌石塊與塊之間存在縫隙，水流容易將其中泥土、砂石帶出，影響塊石的穩(wěn)定，故本次在塊石底和砂石墊層之間加設(shè)一道聚酯無紡布（250 g/m2）。因長江河岸岸坡坡面較長，故應考慮分段實施，在坡長中部加設(shè)1 道砼基座，基座尺寸初擬0.6 m×0.8 m，枯水平臺處腳槽尺寸初擬為1.0 m×1.2 m，護肩仍采用干砌石，寬度0.8 m，厚度與護坡厚度相同。該種護坡型式運用于當?shù)厥铣湓?、開采運輸方便、外灘較寬、風浪較大、容易塌方的岸線。干砌石護坡斷面設(shè)計見圖1。

圖1 干砌石護坡斷面設(shè)計圖

（2）預制砼C20 六角塊

結(jié)合目前已建工程中混凝土預制板的實際厚度情況，該處預制砼C20 六角塊厚度取0.12 m；預制砼基底設(shè)置土工格柵格室裝砂石墊層，厚度0.10 m；護肩砼強度等級為C20，寬度0.5 m，厚度0.3 m。預制砼坡面設(shè)置PVC 排水管，排水管直徑φ50，管后端部包裹土工布（250 g/m2），排水管出口稍傾向水平面以下，以便水流排出；護坡面每隔80 m 寬度設(shè)置1 道坡面排水溝，溝渠尺寸0.4 m×0.3 m。預制砼C20 六角塊護坡見圖2。

圖2 預制砼C20 六角塊護坡斷面設(shè)計圖

（3）聯(lián)鎖植草砼磚護坡

該種護坡砌護容易，且磚中孔洞種植的植物生長根系可直接深入河岸土體中，穩(wěn)固性較好，平衡生態(tài)環(huán)境，但造價相對也較高。本次選用護坡型號為500×300×150，即每塊磚長0.5 m，寬0.3 m，厚0.15 m，磚與磚之間扣縫布置，磚中間預留孔洞回填營養(yǎng)土和植草，護坡底面設(shè)置營養(yǎng)無紡布（250 g/m2）一層，其下設(shè)0.12 m 厚砂石墊層平整坡面。為減小大面積磚塊的沉降變形，在沿護坡岸線長度方向每20 m 設(shè)置1 條C20 砼小隔墻，隔墻寬0.3 m，深0.25 m，長度順坡而下至常水位+1.0 m 基座處。

長江河岸岸灘多為含沙性高的土層，地下水位較高，滲水量較大，為避免坡面流土或被頂托變形，本次設(shè)計在砼予制塊護坡底層設(shè)置Y 型導濾溝，導濾溝截面尺寸為50 cm×50 cm，采用土工布（250 g/m2）鋪底，再以級配砂卵石填滿，溝間距10 m。沿護岸坡面每隔80 m 設(shè)置一條排水溝，截面尺寸為40 cm×30 cm，矩形斷面，以C20 砼砌筑，護砌厚度0.2 m，與灘頂縱向排水溝連通，排至枯水平臺處。聯(lián)鎖植草砼磚護坡斷面設(shè)計見圖3。

圖3 聯(lián)鎖植草砼磚護坡斷面設(shè)計圖

3.1.2 初擬護坡型式投資比選

以1∶3 的坡比為例，護坡高程均從岸灘頂護至設(shè)計枯水位以上1.0 m，不管護坡型式如何，坡長基本一致，故本次列舉各護坡型式投資均按每延米寬、長計算。各護坡型式每延米寬、長投資匯總表見表1。

表1 各護坡型式每延米寬、長投資匯總表

從表1 可以看，單寬每延米計算時，干砌石護坡投資最省，聯(lián)鎖植草磚投資最高。從施工條件看，砼預制塊護坡便于人工搬運，自重相對較小，抗擊風浪能力稍弱，但坡面整齊密實，被淘刷的可能性小，施工方便；干砌塊石因其自重大抗沖刷能力較強，對岸坡穩(wěn)定性較好，且材料為當?shù)亓?，運輸方便，在投資上稍占優(yōu)勢，而且塊石與塊石之間的空隙便于草類生長，對促進生態(tài)環(huán)境有利，只是在草類還未長好前，波浪淘刷容易將空隙中土料帶出，這就要求塊石需有一定厚度，在其下鋪設(shè)一層土工反濾布，消減風浪淘蝕；聯(lián)鎖植草磚護坡單價稍高，但其適應地基變形能力強，植物根系可進入岸坡土體中，實現(xiàn)水體與坡下土體間的自然對流交換功能，既能達到生態(tài)平衡，又能消減一定的浪壓力，維護岸坡穩(wěn)定?？障吨械闹参锷L類型還可根據(jù)當?shù)氐沫h(huán)境適應性進行選擇。按照生態(tài)文明建設(shè)的要求，本階段對上述3 種護坡型式根據(jù)各樁號段所處位置而進行推薦采用。

3.2 護腳工程

3.2.1 三種護腳形式的特點

長江護岸工程型式目前使用的主要有：拋石、土工布壓載軟體排、鋼絲網(wǎng)（石）籠等[5]。由于以上各種護腳型式在適用范圍、防護對象、施工工藝和工程造價等方面均存在優(yōu)缺點，故需綜合考慮水流邊界條件，岸坡地層受水流沖刷的強弱以及當?shù)刈o腳型式實施的可能性，對各岸線護岸段有針對性的選擇適用而經(jīng)濟合理的防護方案。三種護腳形式的優(yōu)缺點見表2。

表2 三種護腳形式的優(yōu)缺點

拋石護岸工程能很好地適應河床變形，只要設(shè)計合理、拋投準確，護岸效果均較好，所以適用范圍廣，施工方便。土工布壓載軟體排系通過聚丙烯編織布上的縱橫系結(jié)環(huán)將預制混凝土塊連接固定組合成排的護岸工程結(jié)構(gòu)形式，該種護岸型式主要是針對河床地層為粉細砂層或含沙量比較高、抗沖能力弱的新護岸段，墊層土工布有反濾功能，能有效的防止混凝土塊下的河床泥沙被淘刷而影響護砌體的穩(wěn)定與護岸效果。鋼絲網(wǎng)石籠是選用高強鋼絲，采用防腐處理后編織而成，裝成1 m 寬、1 m 長、高0.8 m 的籠子，鋼絲網(wǎng)籠裝填塊石后可直接吊裝拋投，塊石與塊石之間可以調(diào)整并貼近床面。該方案后期維修費用少，可減少工程維修經(jīng)費，施工簡便，計量簡單，是一種較好的守護方式。

3.2.2 護腳型式比選

擬推薦采用的該三種材料結(jié)構(gòu)型式，特性見表3。從護腳材料特點看，拋石、土工布壓載軟體排+拋石、鋼絲網(wǎng)石籠等三種護腳型式可以達到人工石和塊石采量的平衡性，降低對環(huán)境的破壞，根據(jù)各護腳方式的特點，在水流條件和地質(zhì)條件不同情況下配備不同的護腳方式。

表3 各種護腳材料型式的技術(shù)特性表

3.2.3 護腳型式投資比較

以新護厚度1.0 m（大于2 倍最大拋石粒徑）、抗擊同等水流流速為例，護腳高程均從設(shè)計枯水位以上1.0 m 護至坡腳河床橫向坡比1∶3～1∶4 處，一般護至坡腳平緩段后20 m 左右寬度處，對于枯水位下的岸坡(河床)坡比陡于1∶1.5 的，則先采用拋石將其坡比護至1∶2.0 后，再進行所選用護腳型式進行護砌，不管護腳型式如何，護腳范圍均基本一致，本次列舉各護腳型式投資均按每延米寬、長計算（本次投資不計入陡坡處拋石還坡成1∶2.0 的量）。

參考已建長江護岸中計算拋石粒徑采用的水流流速，同樣取3.0 m/s，估算最大拋投粒徑0.354 m，按2～3 倍左右粒徑拋投，三種拋投型式比選的基本尺寸如下：

拋石護腳：考慮塊石間縫隙，僅拋投塊石初擬厚度1.0 m；

土工布壓載軟體排+拋石：土工布壓載軟體排一層，砼預制塊厚度0.08 m，采用聚丙烯編織布條綁住，上部壓載初擬0.8 m～1.0 m 厚度的拋石；

鋼絲網(wǎng)石籠：鋼絲網(wǎng)石籠具有一定的柔軟性，若采用在坡面較陡處容易出現(xiàn)上薄下厚的局面，由于該型式為裝袋結(jié)構(gòu)，可根據(jù)岸坡水流情況擬定其結(jié)構(gòu)尺寸大小，故本次僅將此護腳型式布置在坡腳部位，作為坡腳壓載所用，加強坡腳的整體性。單位長寬各護腳方案投資對比表見表4。

表4 單位長寬各護腳方案投資對比表

圖4 護腳大樣設(shè)計圖

從表4 看，單位長、寬護砌的投資屬鐵絲網(wǎng)石籠護腳型式最貴，拋石最便宜，各護腳型式適用河道水流條件及河床地質(zhì)情況不同而被選用。

3.3 枯水位下陡坡處還坡設(shè)計

本工程區(qū)內(nèi)岸坡在枯水位以下均有塌岸現(xiàn)象，局部區(qū)域較為嚴重，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查資料可知，塌岸高度深度7 m～18 m 不等，塌岸坡度陡于1∶2.0，形成不穩(wěn)定坡比。為防止岸坡繼續(xù)垮塌，需對不穩(wěn)定岸坡進行防護設(shè)計。

枯水位以下岸坡防護設(shè)計一般采用填坡或削坡處理，填坡設(shè)計可采用水下拋石型式或填土碾壓密實型式。水下拋石護岸為直接投拋塊石進行岸坡保護，防止水流繼續(xù)淘岸?？菟幌峦疗绿钪蛳髌绿幚碓O(shè)計則需在長江河道靠岸處修建土石圍堰，長江岸邊深泓距灘頂高度最高達40 m 左右，距枯水位高度20 m 左右，而垮岸塌岸險情不是沿線均布，各工程區(qū)分布較散，故修筑圍堰進行枯水位下岸坡削坡或填筑土坡均較為繁瑣，對長江過流影響較大，不確定的水汛信息給安全施工帶來一定難度，相應投資亦會增加較大。

故本次仍選用常規(guī)的拋石還坡型式對水下陡坡處進行邊坡穩(wěn)定維護。

3.4 裹頭設(shè)計

受河勢沖刷調(diào)整的影響，護岸工程所在地段的主流線平面位置年內(nèi)變動范圍可能會發(fā)生變化，彎道頂沖點或過渡段主流靠岸貼流點可能會上下游浮動變化，而已經(jīng)護岸的工程段往往會抑制河勢的變化，若護岸工程兩端是自然岸坡，其抗沖刷能力遠弱于護岸工程段，成為一個弱勢體，故容易被淘刷、形成崩窩，對護岸端部的坡面穩(wěn)定產(chǎn)生不利，因此，在護岸工程設(shè)計中，新護岸工程上下游兩端一般需作裹頭處理。裹頭縱向長度可根據(jù)崩岸強度來確定，取15 m 左右；沿橫斷面的守護范圍可較工程段適當縮短，裹頭工程護腳一般采用散拋塊石，拋石厚度0.6 m 左右，水上護坡部分上下游末端則采用端部齒槽進行鎖口，端部齒槽尺寸0.5 m×0.8 m。裹頭范圍內(nèi)的水上、水下護坡應同時實施。

4 結(jié)論及建議

多年來，長江湖南段(下荊江河段和岳陽河段)雖對嚴重崩岸段和重點險工段實施了控制，但由于投資的原因，有些項目尚未完成，有些地段守護工程量相對較小，在長期水流的作用下，河勢仍在調(diào)整，崩岸仍時有發(fā)生，并已對兩岸經(jīng)濟造成了不利影響。本次長江湖南段進行河道護岸加固措施，盡可能減小三峽工程對壩下游河道可能帶來的不利影響[6]，基本保障2020 年長江干流湖南段河道堤防工程和護岸工程安全，避免出現(xiàn)重大崩岸險情和較大的河勢變化。