方素麗

(安徽省長江河道管理局,安徽 蕪湖 241000)

安徽省長江干流上游與湖北和江西省交接、下游與江蘇省交界,流域面積6.6萬km2,沿江分布安慶、池州、銅陵、蕪湖、馬鞍山等城市。根據(jù)山磯節(jié)點及支流匯入河口,長江安徽段從上游至下游被劃分為13個河段。河道平面總體呈寬窄相間特點,江心洲眾多,流態(tài)復雜、江中沙洲發(fā)育,多形成分叉河形,主支汊沖淤興衰,經(jīng)過多年治理,大部分河段河勢總體趨于平緩。近些年隨著三峽工程的投入運行,長江中下游水沙流態(tài)形式發(fā)生重大變化,來水來沙條件調(diào)整,河道崩岸險情時有發(fā)生,對防洪安全、沿江經(jīng)濟發(fā)展形成巨大威脅[1]。

1 崩岸概況

1.1 崩岸原因分析

崩岸影響因素復雜,根據(jù)相關(guān)研究,結(jié)合安徽省長江河道水動力條件,河床邊界條件,概括河岸崩塌的主要影響因素。

1)水流頂沖。長江安徽段河道水流流態(tài)復雜,多形成分汊河形,其中鵝頭型分汊河段4個,微彎分汊型河段7個,分汊河段水流匯合頂沖形成強大的主流,河道其他位置又多束窄,導致主流頂沖河岸,極易引起強烈崩岸,如馬垱河段匯流頂沖江調(diào)圩就屬于典型的水流頂沖。

2)彎道環(huán)流。彎道環(huán)流易形成螺旋流,直接沖擊凹岸河床,如官洲、太子磯等鵝頭型分汊河段受彎道環(huán)流影響顯著。

3)來沙條件變化。根據(jù)大通水文站監(jiān)測數(shù)據(jù),近20年來,長江河流含沙量已經(jīng)由0.479kg/m3下降到0.165kg/m3,減少了65.6%。由于清水下泄造成河道下切,使得坡腳沖深傾斜度和灘槽高差變大,河段岸坡穩(wěn)定性降低。

4)岸坡土質(zhì)組成。長江安徽段河岸為二元地層結(jié)構(gòu),部分為土質(zhì)疏松的砂層結(jié)構(gòu),受彎道環(huán)流沖刷,迎流頂沖、回流作用,岸坡失穩(wěn)下降,易發(fā)生崩岸險情。

5)人為因素。主要為人工采砂、河岸建筑以及近岸附加載荷對河流岸坡造成較大的應力作用。

1.2 崩岸特點

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計,2002年以來,安徽省長江河段共發(fā)生崩岸17處,涉及崩岸長度80.3km,從崩岸形式和危害程度來看,長江崩岸條崩、窩崩及風浪洗崩形式為主。

條崩一般反射在單一砂土或上覆黏性土較薄河岸段,表現(xiàn)為岸線條狀持續(xù)崩退,崩岸范圍大,危害程度高,如官洲河段,受東江和南夾江分流比增大,南夾江進口段右岸水流貼岸沖刷,幸福洲一帶發(fā)生持續(xù)性崩岸。

窩崩主要發(fā)生在上浮黏土較厚位置,在水流頂沖或環(huán)流淘刷作用下易出現(xiàn)窩崩險情,具體表現(xiàn)為岸線呈鋸齒形、圓弧形、口袋狀,危險程度大。貴池河段左岸桂家壩渡口下崩窩為一類典型的窩崩形態(tài),河岸全線發(fā)生連續(xù)的崩窩,表現(xiàn)為鋸齒形,。

風浪洗崩通常發(fā)生在長江中高水位岸灘部位,抗沖刷能力弱,中高水期受風浪洗刷發(fā)生岸灘崩塌。風浪洗崩的危害程度不大,但會造成大片土地塌落江中,一方面使得周圍良田、設(shè)施損毀,另一方面易引起河勢變化。

2 崩岸治理和河道整治

2.1 崩岸預警工作的開展及預警級別劃分

2011年由安徽省防汛抗旱指揮部辦公室和省長江河道管理局聯(lián)合發(fā)布預警信息,開始進行崩岸預警工作,為檢測、識別崩岸險情的發(fā)生提供重要的技術(shù)支撐。根據(jù)崩岸發(fā)生的頻率,危害程度,將安徽省長江崩岸預警級別劃分為3級,各級別劃分標準及代表意義如表1。

表1 長江干流安徽段崩岸預警劃分標準

2.2 預警確定的方法與步驟

1)開展崩岸調(diào)查。安徽省長江河道管理局堅持開展河道監(jiān)測分析工作,監(jiān)測長度超過200km;每5年完成至少一次長江安徽段1/10000長程水下地形測量,掌握長江安徽段河勢變化規(guī)律和趨勢。

2)預警分析。對崩岸區(qū)進行巡查,組織技術(shù)力量對重點崩岸區(qū)進行1/2000近岸水下測量,并采用代表性的年份測圖進行套繪分析各險工段近岸深泓、局部沖刷坑、岸坡變化及發(fā)展趨勢等,預測崩岸發(fā)生可能性大小。

3)預警建議。安徽省長江崩岸經(jīng)過近幾年大規(guī)模的治理,總體河勢呈穩(wěn)定態(tài)勢,但局部未護段或防護薄弱段,如廣成圩、桂家壩、成德洲、三壟圩段等仍呈沖刷態(tài)勢,已發(fā)生崩岸或崩岸風險增加。

2.3 護岸方案比選

目前護岸型式主要為平順護岸和挑流式護岸,平順護岸對水流結(jié)構(gòu)改變小,是主要的護岸方法,文章推薦平順型護岸,以枯水位為界,護岸工程分為水上護坡和水下護腳兩類。

2.3.1 水上護坡工程型式比較

水上護坡要求穩(wěn)定性高、抗水沙沖擊性強,常用的護坡結(jié)構(gòu)型式有漿砌石、干砌塊石、干砌混凝土塊等。從施工工藝、施工成本、工程性能比較不同水上護坡特點如表2所示?？梢钥闯?干砌混凝土預制塊護坡防護效果較好,材料來源廣,工程造價低;干砌石護坡抗沖擊性強,工程造價低,但對原材料要求高,施工速度慢,通常用于干砌石護坡?lián)p壞的修護、加固工程;漿砌石護坡抗沖擊性強,整體美觀,但工程造價高,原材料要求高,一般用來砌筑腳槽、封頂工程。

表2 水上護坡工程比較

綜合不同水上護坡型式特點,結(jié)合安徽省長江干流河岸地質(zhì)地點和護岸工程狀況,推薦采用干砌混凝土預制塊護坡型式,對于塊石護坡受損修復,由于工程量相對較小,推薦采用干砌塊石護坡型式;其他段可選擇干砌混凝土預制塊護坡型式。

2.3.2 水下護腳型式比較

常見的水下護腳型式有拋石、混凝土鉸鏈排、模袋混凝土等。根據(jù)施工工藝、材料供應、工程造價、河岸地質(zhì)適應性比較各類水下護腳型式特點見表3。

表3 水下護腳工程比較

拋石造價低,河床變形適應性強、具有很強的自動調(diào)節(jié)能力,但需要定期運行維護;鉸鏈排施工技術(shù)要求高,整體性好,一般用于岸線平順,無拋錨地段;模袋混凝土具有較強的整體性,但對河床變形適應性差,技術(shù)要求高,防護效果較差。

綜合各護腳型式特點和護岸段工程現(xiàn)狀,采用拋石和鉸鏈排護腳型式。

3 實例驗證

3.1 工程區(qū)崩岸預警級別

樅陽桂家壩崩岸段位于長江貴池河段長沙洲左漢出口左岸,對應樅陽江堤樁號32+500～37 + 500,崩岸區(qū)長5.0km。自1998年大水以來,崩岸事故頻發(fā),給人民生命財產(chǎn)和防洪安全帶來嚴重影響,桂家壩崩岸區(qū)預警如下。

1)河段河勢演變。貴池河段外形特征為中間寬兩邊窄特點,江中水流分成三汊,受主流擺動和汊道阻力影響,其中長沙洲與新長洲間汊道沖刷,水流頂沖桂家壩段,導致崩岸頻發(fā)。

2)工程實施前近岸分析。根據(jù)桂家壩崩岸段地下測圖套繪分析,在2012—2016年間,該段前沿深槽沖刷下移,-5m 高程以下岸坡岸坡逐年變陡,深槽下切,最大下切幅度約7m,近岸平均坡度在1∶3以上,局部達到1∶1.5坡度。根據(jù)現(xiàn)場勘測結(jié)果,桂家壩崩岸段0 m高程以上岸坡為細粒層河床相,0 m高程以下為粗粒層河床相,當岸坡坡度接近1∶2.0左右易發(fā)生崩岸。

3)崩岸危害程度分析。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,桂家壩一心外小圩圩內(nèi)面積1.9km2,現(xiàn)有居住人口1000余人,耕地面積120hm2,崩岸區(qū)內(nèi)設(shè)有自來水廠、渡口等民生保障設(shè)施。

4)崩岸預警區(qū)劃分。桂家壩崩岸段受水流持續(xù)沖刷,灘槽高程大,岸坡穩(wěn)定性差,崩岸時有發(fā)生,給群眾生產(chǎn)、生活帶來嚴重威脅。2011—2016年發(fā)布的崩岸預警級別為I級,預警區(qū)對應樅陽江堤樁號35 + 000～37 + 300,長度2.3km。

3.2 崩岸治理情況

2016年在安徽省長江崩岸應急治理工程設(shè)計變更報告中增補桂家壩崩岸點,治理長度1.9km,對應樅陽江堤樁號35+500～37+400,采用水上干砌混凝土預制塊護坡、水下拋石護腳,累計完成拋石量13.12萬m3,工程于2017年9月開工,2019年1月完工。

3.3 工程后近岸河床變化分析

通過近年對桂家壩段近岸岸坡監(jiān)測分析,隨著護岸工程實施,桂家壩已護段岸坡保持穩(wěn)定,2020年后桂家壩段崩岸預警級別降為Ⅱ級預警。但已護段36+500～37+400段近岸深槽沖刷下切并向近岸靠近;37+400以下未護段,近岸岸坡沖刷變陡,近岸深槽仍處于沖刷狀態(tài)。2020年及2021年汽渡崩岸應急治理工程 (37+410～37+640)實施后,治理段相對穩(wěn)定,下游未護段仍呈沖刷態(tài)勢。

3.4 后續(xù)工程建議

綜合考慮桂家壩受水流頂沖,河床沖刷的影響,根據(jù)已護工程及近岸分析結(jié)果,提出加固及續(xù)護工程建議。

對36+700～37+200 段拋石加固,長度約500m,拋石均厚1.5m,拋石量3萬m3;對 35+500～37+400 段深槽部位拋石加固,長度約1900 m,拋石均厚1.5 m,拋石量4.27萬m3;對37+400～38+200 段長800m范圍內(nèi),采取水下拋石護腳水上混凝土塊護坡施工工藝,護腳寬100 m,水下拋石均厚1.2 m,拋石量9.6萬m3。

4 結(jié) 語

1)安徽省長江河段崩岸形式以弧形窩崩、條形倒崩、風浪洗崩為主,從工程穩(wěn)定性、適應性、經(jīng)濟性方面,選擇干砌塊石和干砌混凝土預制塊為主要的水上護坡結(jié)構(gòu)型式,選取拋石和鉸鏈排為主要的水下護腳結(jié)構(gòu)型式。

2)開展對長江河段崩岸的預警工作,結(jié)合護岸工程實際情況,岸坡抗沖能力,選擇河道演變、近岸斷面套繪、岸坡穩(wěn)定計算指標建立長江崩岸預警機制,分析崩岸段發(fā)展態(tài)勢和危害程度。

3)實例應用確定桂家壩段河岸治理區(qū)為II級崩岸預警,建議加強監(jiān)測,針對近岸分析岸坡的沖刷狀況,對已護段采取相應的加固措施和岸治治理向下游未護段延伸,以確保已護工程的安全和護岸工程的完整有效性。