柴排在盤錦護岸工程中的應用

張秀芬

（盤錦市水利勘測設計院，遼寧 盤錦 124010）

河床演變的基本原理是輸沙不平衡，河床沖淤變化是由輸沙平衡的破壞而產生的，而河床沖淤變化又是向著恢復輸沙平衡的方向發展，它是制約所有河床演變過程的基本規律。影響河床演變的因素是非常復雜的，但影響水流與河床相互作用的主要因素有以下幾方面：1）河段的水量及變化過程；2）河段的來沙量，來沙組成及其變化過程；3）河段的河道比降及變化情況；4）河段的河體形態及地質情況。

1 工程概況

一統河口護岸工程位于雙臺子河右岸，距盤山戰備橋下游2 km處，該處河槽經1993年汛期洪水沖刷，其右岸處嚴重崩塌，右岸岸邊最近距離防洪大堤僅為30 m左右，同時該處防洪大堤直接保護雙臺子區及大型國有企業遼河化工集團。1994年被列為盤錦市城防重點險工險段，屬典型的平源河道彎曲型河段。從1994年至今在總體整治的基礎上經過了4期護岸工程措施，經過幾年的運行該處河段河床穩定。

2 工程規劃與設計

2.1 規劃原則

該工程的規劃原則是以防洪做為其整治目標，主要考慮在造床流量（一般以平槽流量）作用下的河床穩定。工程措施采取平順式護岸與挑流式丁壩群相結合的方式，保證上、下游造床流量下水流的平順銜接，同時通過丁壩挑流將水流主動力軸線偏向凸岸。

2.2 結構設計

1）設計參數。本工程采用柴排結構，其工程措施目的是防止凹岸在汛期沖刷，因此采取造床流量下的中水河槽設計水位，即相應平槽水位3.0 m，設計枯水位為-0.5 m。根據河岸土質狀況，其設計穩定岸坡為1∶3.0，丁壩壩頂設計高程為3.0 m，丁壩側面邊坡為1∶1，壩頭枯水位以上邊坡為1∶1，枯水位以下邊坡為 1∶1.5～1∶3.0。

2）柴排尺寸及構造。柴排是把柞條制成大面積排狀，用石塊壓沉于近岸河岸上，或每塊疊加成壩體形成柴排丁壩，以保護河床免受水流淘刷。它的結構是用直徑0.15 m的柞條把，用鐵線捆成1 m見方的下上對稱的十字格，作為排體骨架，在十字方格底部縱橫各鋪一層底梢柞條、葦子。上、下對稱的十字方格交點用鉛絲綁扎牢固。沿柞條把打簽樁，構成2×2方格，每米柞條把打直徑0.03 m，長1.5 m的簽樁2～3根，然后進行進行編籬。上述方法做成排體厚度為0.7 m左右，在排體上拋石下沉于相應工程位置。護岸沉排順水流方向長度為30 m，搭接長度2 m，垂直水流方向護至河道沖刷線以外2 m。

3）柴排壓石粒經設計。柴排是靠石塊壓沉的，為保證沉排上壓石不被水流沖走，須通過計算石塊的起動流速來確定石塊粒徑。

式中：VH——起動流速，m/s；VH′——石塊斜坡上的起動流速，計算時可近似地取接近護岸地點洪水期最大平均流速，取3.5 m/s；θ——水流方向與水邊線的交角，取30°；m——斜坡的邊坡系數，取3.0；m0——石塊的自然邊坡系數，取1.0。

式中：d——沉排壓石最小粒徑；g——重力加速度，m/s2；h——水深，m。

根據（1）式得 VH=4.71 m/s；由（2）式計算得d=0.31 m，取 d=30 cm，沉排壓石最小粒徑應不小于30 cm。

4）沉排壓石厚度設計。壓石厚度，由壓石重量與水流對沉排浮力平衡條件加以確定。

式中：t1——沉排壓石厚度，m；t2——沉排厚度，m；n——沉排的抗浮安全系數取1.5；rt——柞條容重，180 kg/m3；pt——柞條重，600 kg/m3；rs——塊石容重，1 600 kg/m3；ps——塊石重率，2 700 kg/m3；γ——水容重，1 000 kg/m3。

經計算：t1=0.38 t2，取 t1=0.4 t2。

當沉排為柴排時，其壓石厚度為柴排厚度的0.4倍。根據已有工程的經驗，結合本地實際特點，該工程設計排厚度為1.0 m，壓石厚度為0.4 m，柴排為0.6 m。

5）丁壩及平順護岸設計表面。根據上述的設計條件，及設計原理，平順護岸斷面形式岸見圖1；丁壩斷面形式見圖2。

圖1 平順護岸斷面圖

圖2 丁壩護岸斷面圖

3 結語

通過近幾年的工程實踐證明，柴排護岸的結構形式在平原河道整治上是一種較好的工程措施。優點是具有較好的柔韌性、與河床連接緊密，抗沖性能好，結構簡單，施工技術要求低，不需要專門設備，北方施工時一般選擇在冬季，可直接在冰上施工，排體落位準確。缺點是水上部分易腐爛，不利于環保，工程維修費用較大，如材料不是當地生產，并不經濟。