四面六邊透水框架在葉爾羌河中游渠首的應用

陳增偉

（新疆水利水電勘測設計研究院 新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

葉爾羌河流域控制灌溉面積651.47萬畝，是全疆第一大灌區，全國第四大灌區。中游渠首的任務主要是控制灌區引水量，為實現葉爾羌河向塔里木河多年平均輸送3.3億m3生態水創造條件。因此，為保證渠首能夠引到足夠的水，在渠首上下游設計了導流堤，筑堤材料為河床開挖料——粉細砂，上游右岸及左岸導流堤長均為2.2km，堤高5.5m，堤頂寬6m，上游邊坡1∶2.5，下游邊坡1∶2.5,下游右岸及左岸導流堤長分別為200m和300m，導流堤高4.5m，堤頂寬6m，上游邊坡1∶2.5，下游邊坡 1∶2.5。

樞紐區出露地層為第四系全新統松散堆積物，沖洪積粉土、粘土層主要分布于河谷兩岸Ⅰ～Ⅱ級階地上部，厚度0.4m～1.5m。沖洪積粉細砂～細砂層廣泛分布于河床兩岸階地下部、河床河漫灘上，厚度約45m。粉細砂滲透系數2×10-4cm/s。

2 導流堤存在的沖刷問題

2010年8月下旬，上游右岸導流堤樁號1+400處被洪水淘刷開一缺口，落淤后現場實測最大沖坑深7.5m，沖刷深度超過了設計沖刷深度，導流堤基礎為12m深地下連續墻。沖刷過深導致地下連續工槽段之間裂縫，致使連續墻裂縫、傾覆。為保證渠首安全，需修復導流堤并對導流堤坡腳進行防護加固處理。

3 導流堤坡腳防護設計

3.1 坡腳防護設計方案的選擇

國內已有的水平防沖刷技術有鋼筋混凝土四面六邊透水框架群方案、網狀結構類型工程、拋石結構護岸工程、井柱樁排透水丁壩方案。

(1)四面六邊透水框架群

四面六邊透水框架采用混凝土、毛竹灌沙、橡膠灌沙等形式制作桿件，然后再將六根桿件鉸接在一起形成四面六邊結構形式，再將3個～4個框架串聯在一起拋投，形成透水框架群。該框架群通過試驗測得減速率達到40%～70%，減速落淤效果明顯，且具有較強的抗沖能力和自我保護能力。在有效保護工程區河床免受沖刷的同時，對工程以外一定范圍的河床也具有保護作用。

該防沖刷工程形式不僅應用到江西長江大堤、贛江、憮河、陜西渭河等河堤堤岸，也推廣到了山東、湖南等地區的河道上。

（2）網狀結構類型工程

該結構采用鋼絲或其他合金材料編織六角網結構，將網結構編織成箱體，填充塊石或卵石可做順壩、丁壩及剛性基礎的護腳護底。由于它是一種蜂巢型的結構，符合力學原理，具有一定的延展性和高抗壓強度，柔性結構又具有較強的應變能力；具有透水性，能有效解決孔隙水壓力帶來的影響；具有耐久性，能有效抵抗地震的沖擊力。該結構工程廣泛應用于水利工程、防洪搶險工程、水土保持工程、道路工程等領域。

（3）拋石結構護岸工程

在壩體迎水面鋪設2m～3m厚的塊石，并堆砌至堤頂以上2m高。

拋石順壩一般按照設計整治線，利用枯水期大致順河岸修建。汛期必須準備足夠的備用塊石，配備專人組織守護，塊石隨沉隨拋，直到穩定為止。

拋石丁壩一般做成短丁壩群，壩軸線與水流夾角一般在30°～60°之間，壩長一般40m～60m。其結構形式與拋石順壩大體相同，僅在壩頭部位20m左右長度內，迎水面與背水面兩側同時拋護。拋石順壩丁壩水下基礎采用鉛絲籠或者鋼筋籠裝石鋪設。

拋石結構工程應用十分廣泛，陜西省渭河、漢江、九江大堤、塔里木河阿克蘇段均有不用形式的拋石護砌工程。

（4）井柱樁排透水丁壩

該透水丁壩壩長50m～110m，丁壩軸線與水流夾角45°～70°，井柱樁深一般壩頭23m，壩根段20m，樁徑70cm～80cm，壩體孔隙率控制在17%～20%。丁壩頂部采用鋼筋混凝土帽梁貫聯（一般寬1.0m，高0.5m），可兼做人行橋供汛期搶險使用。壩根用拋石做成錐形實體壩根，以防水流沖毀邊岸。

運行過程中，壩根拋石下沉后，必須及時補齊，直至穩定為止。

該工程形式在阿克蘇農一師塔里木河段應用十分廣泛，并獲得1978年新疆維吾爾自治區科學大會優秀科技成果獎。

3.2 工程形式總結

（1）防洪護岸工程在粉細砂河床上不能單一采用剛性護岸工程，因一次性投入資金量小，不能完全滿足抗沖刷要求，故應該采用剛性防護與柔性防護相互結合的防護形式。

（2）剛性防護形式應變能力差，一旦發生失穩，搶險壓力巨大，修復投入也較高。

圖1 四面六邊透水框架應用示意圖

（3）柔性防護體系不宜選擇整體性較強的防護形式，應選用應變能力強的形式，發生破壞時可及時發現，及時搶險。

通過對長江、黃河、渭河以及塔里木河多種防洪工程形式的比較，在粉細沙河床上興建水利工程，一般需通過調度運行管理（渠首），以及逐年采用拋石、透水框架群等柔性防護手段，直至底部防護措施達到最大沖刷深度以后才能趨于穩定。

葉爾羌河中下游為粉細砂河床，屬于典型的游蕩性河流，汛期河床沖淤變化劇烈，主流擺動頻繁。以往在葉爾羌河流域中下游永久防洪護岸工程中，均采用純剛性防護形式，應變能力較差，加之對永久防洪工程的投入比例嚴重不足，致使防洪工程不能達到應有的防護效果，且本身也較容易遭受破壞，因此考慮采用柔性防護形式。由于工程區附近無塊石、卵石料場，距工程區最近的塊石料場在巴楚縣三岔口處，距工程區281km，運距太遠，造價高；卵石料場位于本工程南側葉河上游東岸總干渠管理一站附近河道內，運距105km，雖然運距較塊石料場近，但卵石尺寸偏小，若無外包網狀物的約束，易流失。鋼筋石籠的單價大于格賓石籠，鉛絲石籠耐久性差，易解體，綜合以上因素選用四面六邊透水框架群方案。四面六邊透水框架群減速落淤效果明顯，且具有較強的抗沖能力和自我保護能力。在有效保護工程區河床免受沖刷的同時，對工程以外一定范圍的河床也具有保護作用。

3.3 坡腳防護結構設計

經比較，坡腳采用鋼筋混凝土四面六邊透水框架群+格賓石籠混合處理方案。四面六邊透水框架及格賓石籠在導流堤坡腳槽孔混凝土連續墻迎水面側布設，如圖1所示，下部布設格賓石籠，2層，15m寬；格賓石籠上部布設鋼筋混凝土四面六邊透水框架群，3層，15m寬。鋼筋混凝土四面六邊透水框架群件邊長1m，橫斷面10cm×10cm，桿件橫斷面形心處布置1根φ10鋼筋，鋼筋端頭伸出混凝土桿件15cm，6根桿件端頭鋼筋相互焊接。為將水流主流導向主槽，在水毀段上游100m處布設一道混凝土四面六邊透水框架丁壩，丁壩與岸坡夾角為30°。丁壩長60m，沿60m長度方向布設鋼筋混凝土四面六邊透水框架群，3層，15m寬。

4 結論

導流堤坡腳決定采用鋼筋混凝土四面六邊透水框架群+格賓石籠混合方案處理。經一年的運行，未發現導流堤基礎沖刷破壞，表明地基處理效果良好。導流堤基礎沖刷處理的實踐證明，鋼筋混凝土四面六邊透水框架具有如下優點：首先原材料取材方便；其次施工工藝簡單可靠，操作靈活。因此，鋼筋混凝土四面六邊透水框架群在水利基礎防護工程中應用前景廣闊。

[1]張文捷等.江河護岸新技術—四面六邊透水框架群[M].北京：中國水利水電出版社.2002.

[2]王南海等.新型護岸技術—四面六邊透水框架群在長江護岸工程中的應用[J].長江科學院院報.1999.（2）.

[3]王南海等.新型護岸技術—四面六邊透水框架群在江西護岸工程中的應用[J].江西水利科技.1999.（1）.