王克強(qiáng)

（阿克蘇塔河源勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，新疆 阿克蘇843000）

0 引言

游蕩型河道具有河床寬而淺、河道沖淤變幅大、河勢(shì)多變等特性，這對(duì)游蕩型河道的整治提出了更高的安全要求［1］。塔里木河第一師阿拉爾段作為典型的游蕩型河道，表現(xiàn)為河段內(nèi)主流擺動(dòng)范圍大，防洪標(biāo)準(zhǔn)不高，防洪措施不完善，整治難度較大。鑒于游蕩型河道在比降、河相、沖淤變化及河床演變規(guī)律上均具有其特殊性，文章深入分析塔河阿拉爾段基本水力特性，結(jié)合歷史治理經(jīng)驗(yàn)提出了相應(yīng)的護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式，以徹底解決洪水威脅。

1 河道概況及水文特性

塔里木河是我國(guó)最長(zhǎng)的內(nèi)陸河，自西向東從天山流向塔克拉瑪干大沙漠北。作為典型的游蕩型河流，其表現(xiàn)為主流頻繁擺動(dòng)、河床斷面變幅大，無(wú)固定主河槽。漲水沖刷，落水淤積，致使河床變遷，主流頂沖河岸，沖刷嚴(yán)重。

1.1 河道比降

塔河總體平面特征：河道較為順直，但是由于主流南沖北折，經(jīng)常肆意擺動(dòng)，頂沖河岸造成曲率系數(shù)大于1，阿拉爾河段河床比降在1/3000～1/5000范圍內(nèi)。

1.2 橫斷面寬度

根據(jù)塔河阿拉爾站多年觀測(cè)資料可知塔河主流汛期頻繁擺動(dòng)，河床斷面變化很大且無(wú)固定河槽。據(jù)阿拉爾水文站1958年以來(lái)的測(cè)流資料表明，當(dāng)河道流量在500 m3/s以上時(shí)水面寬度變化范圍在180 m～1010 m之間，平均水深為0.71 m～2.43 m，最大水深為1.67 m～9.3 m。河床斷面主要表現(xiàn)為寬淺形態(tài)。

1.3 河床質(zhì)

塔河豐枯流量變化大，洪峰水位上漲快歷時(shí)段，洪水變差系數(shù)0.35，偏差系數(shù)為0.7，表現(xiàn)為多峰型的洪水過(guò)程線。塔河河床、河岸土壤主要為細(xì)沙和粉砂，相間有少量厚度不大的亞砂土或亞粘土層，邊岸可沖性極強(qiáng)，且沿河兩岸均無(wú)人工約束。

1.4 河道演變

塔河主槽一次洪峰漲落過(guò)程的沖淤變化一般規(guī)律是：漲水沖刷，落水淤積，相同流量時(shí)的落洪水位低于漲洪水位。塔河之所以落洪水位低于漲洪水位，是因?yàn)檠雌谒髯陨淼脑齑沧饔?，加大了河槽過(guò)水能力，已經(jīng)足以抵償并超過(guò)洪水波傳播所帶來(lái)的附加比降影響的緣故。它與黃河下游段及其它平原游蕩性河流的水位流量變化規(guī)律也大致相似。

塔里木河阿拉爾段，河坎高度2 m～3 m左右，根據(jù)40年來(lái)觀測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)河床有淤高情況，兩岸又無(wú)低洼埡口，不具改道條件。因此，塔里木河近期主要是河槽橫向擺動(dòng)和周期性的沖淤變化而已。從宏觀上講，堆積平原上的河流，緩慢地淤高是必然的，只不過(guò)需要?dú)v時(shí)較長(zhǎng)，目前可暫不考慮。

2 防洪護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式選擇

塔里木河上游段具有游蕩性河道特有的“寬、淺、亂”特點(diǎn)，主流擺動(dòng)頻繁、以旁蝕河岸為主。河床母質(zhì)為深厚的細(xì)砂和粉細(xì)砂組成，易被水流淘刷。洪枯流量懸殊，汛期含沙量大；洪峰歷時(shí)較短，落洪速度較快，河床、河岸抗沖性較差，而且“橫河、斜河”的發(fā)生具有突發(fā)性和不可預(yù)測(cè)性。

鑒于河床土壤以粉砂和細(xì)沙為主，易被水流沖刷淘蝕，若作墻式護(hù)岸，工程施工中基坑開(kāi)挖和排水難度極大，施工難以進(jìn)行，且完建后大部分工程位于水下、河底以下，不利于開(kāi)展工程運(yùn)行維護(hù)和安全觀測(cè)工作。另外，參考黃河下游段治理工程成功范例，本工程采用壩式護(hù)岸、坡式護(hù)岸結(jié)合型式，壩式護(hù)岸又分為丁壩和順壩兩種型式。

結(jié)合塔河阿拉爾市城區(qū)段河道特征若采用丁壩護(hù)岸出險(xiǎn)的機(jī)率較大，出現(xiàn)“橫河”時(shí)，丁壩壩頭、相鄰丁壩之間勢(shì)必發(fā)生嚴(yán)重險(xiǎn)情，搶險(xiǎn)十分困難。而順壩依托老河岸、沿治導(dǎo)線采取曲直相間布置，設(shè)計(jì)河寬不影響河道過(guò)洪斷面，不壓縮原河床和原河道的泄洪、滯洪能力，水流平順。因此，塔河上游阿拉爾段永久性護(hù)岸工程的建設(shè)設(shè)計(jì)選擇順壩方案作為護(hù)岸型式。

2.2 斷面結(jié)構(gòu)型式選擇

在對(duì)與塔河河道特征相似的阿克蘇河、和田河河道上所采用的各類(lèi)防塌岸護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式的適應(yīng)性和局限性分析比選后，按照護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式必須滿足抗沖緩流、維護(hù)岸坡穩(wěn)定、保護(hù)堤腳及保護(hù)堤岸的要求。本河段護(hù)岸結(jié)構(gòu)主要由土壩體、裹護(hù)體、拋石護(hù)根、進(jìn)占體幾部分組成。

2.2.1 土壩體

土壩體采用壤土筑成，護(hù)岸防沖工程采用順壩體修建，考慮施工搶險(xiǎn)及堆放搶險(xiǎn)料物的需要，土壩基壩頂寬取6.0 m（不包含迎水面裹護(hù)體寬度），迎水面邊坡1∶1.3；背水面邊坡施工水位以上1∶2，施工水位以下1∶4。施工水位采用施工期流量273 m3/s對(duì)應(yīng)的水位。

2.2.2 護(hù)坡

護(hù)坡是為保護(hù)土壩體修筑，用抗沖材料將可能被淘刷壩坡裹護(hù)起來(lái)，采用拋石裹護(hù)，護(hù)坡與土壩體頂齊平，頂寬1 m，外坡1∶1.5，內(nèi)坡1∶1.3。護(hù)坡表面30 cm進(jìn)行干砌塊石（城區(qū)段）或亂石粗排（非城區(qū)段）。護(hù)坡與土壩體間鋪設(shè)0.1 m的砂礫石墊層無(wú)紡布。土壩體背水坡為1∶2。

2.2.3 拋石護(hù)根

護(hù)岸工程所在河段河床土壤多為沙性土，壩體靠溜后，易被水流淘刷，在壩體前形成沖坑，為了保護(hù)壩體安全，防止沖坑擴(kuò)大，應(yīng)在護(hù)坡前放置散拋石護(hù)根。拋石護(hù)根應(yīng)根據(jù)沖刷深度計(jì)算確定，但根據(jù)以往應(yīng)急防塌岸工程多年運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，工程很難一次性做到穩(wěn)定深度，只能通過(guò)多次的除險(xiǎn)加固使工程日趨穩(wěn)定。水中進(jìn)占?jí)误w利用進(jìn)占體的一部分作為護(hù)根；旱地施工壩體在護(hù)坡外預(yù)拋石作為備蹋體，設(shè)計(jì)拋石槽由灘面向下挖至施工斷面，在其上預(yù)擺塊石，擺放高度為2.5 m。但此備蹋體遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)需求，應(yīng)在壩頂配置備防石，以備搶險(xiǎn)需要。

2.2.4 進(jìn)占體

進(jìn)占體采用拋石填筑。結(jié)合施工機(jī)械進(jìn)占要求，占體頂寬取4.0 m，臨水坡1∶1，背水坡1∶0.5，頂高程高出施工水位0.5 m。根據(jù)各整治段防塌岸標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)流量及對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)水位，確定期護(hù)堤頂高程，城區(qū)段采用設(shè)計(jì)洪水位加1 m；非城區(qū)段采用設(shè)計(jì)洪水位加0.5 m，但不得高于當(dāng)?shù)氐孛妗ｋx開(kāi)高岸部分與整治流量相應(yīng)水位平。結(jié)合以上護(hù)岸結(jié)構(gòu)，根據(jù)各整治河段施工期水位的不同，確定了三種橫斷面形式（1）水中進(jìn)占（深水）設(shè)計(jì)斷面；（2）水中進(jìn)占（淺水）設(shè)計(jì)斷面；（3）旱地施工設(shè)計(jì)斷面以供各河段選用。

（1）水中進(jìn)占（深水）設(shè)計(jì)斷面

施工具有一定難度，采用水中進(jìn)占并結(jié)合施工機(jī)械進(jìn)行施工，占體頂寬取4.0 m，臨水坡1∶1，背水坡1∶0.5，頂高程高出施工水位0.5 m。土壩壩頂寬取6.0 m（不包含迎水面護(hù)坡裹護(hù)寬度），迎水面邊坡1∶1.3；背水面邊坡施工水位以上1∶2，施工水位以下1∶4。護(hù)坡采用0.3 m厚干砌塊石（城區(qū)段）或亂石粗排（非城區(qū)段）裹護(hù)，護(hù)坡與土壩體頂齊平，頂寬1 m，外坡1∶1.5，內(nèi)坡1∶1.3。護(hù)坡裹護(hù)體與土壩體間鋪設(shè)0.1 m砂礫石墊層無(wú)紡布。設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)圖1。

圖1 水中進(jìn)占（深水）設(shè)計(jì)斷面

（2）水中進(jìn)占（淺水）設(shè)計(jì)斷面

施工較為方便，可先填筑土壩體至一定高度，后采用施工機(jī)械上壩并向河床內(nèi)堆放備蹋體，備蹋體頂寬6.0 m～12.0 m，其石方量根據(jù)沖刷深度確定。臨水坡1∶1.5，背水坡1∶2，高程與設(shè)計(jì)洪水位齊平，護(hù)坡采用干砌塊石（城區(qū)段）或亂石粗排（非城區(qū)段）裹護(hù)0.3 m。土壩體、裹護(hù)體同形式一。設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)圖2。

圖2 水中進(jìn)占（淺水）設(shè)計(jì)斷面

（3）旱地施工設(shè)計(jì)斷面

設(shè)計(jì)拋石槽由灘面向下挖至施工斷面，在其上預(yù)擺備蹋體，擺放高度為2.5 m，頂寬取5.9 m～6.1 m，備蹋體石方量根據(jù)沖刷度確定，臨水坡1∶1，背水坡1∶1.5，頂部采用亂石粗排30 cm。土壩體、裹護(hù)體同形式一。設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)圖3。

圖3 旱地施工設(shè)計(jì)斷面

3 結(jié)語(yǔ)

游蕩型河道由于沖淤形態(tài)多變，易造成河床淤積堆高，洪水上漲往往導(dǎo)致潰堤。通過(guò)整治河岸，有效控制了河勢(shì)的游蕩范圍，顯著增強(qiáng)了河流抵御洪水的主動(dòng)性。本工程采用的護(hù)岸結(jié)構(gòu)在黃河防洪工程建設(shè)中有過(guò)類(lèi)似實(shí)踐，在抗沖性能、促淤保堤、安全穩(wěn)定性方面均有較好的效果。本河段根據(jù)防塌岸保護(hù)對(duì)象重要程度的不同，經(jīng)濟(jì)合理地選擇了各整治段的防塌岸護(hù)岸型式，這有效防止了坍塌毀堤，保障了沿河生產(chǎn)生活的正常進(jìn)行。