在荊江某段工程中護灘結(jié)構(gòu)形式的選擇與應用

阮成堂　賀翠霞

摘要：長江中游荊江河段一直是航道治理與維護的重點與難點，河床演變復雜，礙航淺灘多，三峽水庫“清水下泄”又進一步加劇了河勢及航道變化的復雜程度，枯水期極易發(fā)生礙航。本文就荊江某段工程的工程特點，對其護灘結(jié)構(gòu)形式的選擇與應用進行剖析，闡述了不同結(jié)構(gòu)形式的特點與選型原則。

關(guān)鍵詞：荊江河段；礙航；護灘；結(jié)構(gòu)形式

中圖分類號：U617.8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2016）07-0051-02

1 荊江河段特點

荊江河段位于長江中游，上起湖北枝城，下至湖南城陵磯，全長約347.2km。河道彎曲，河床演變劇烈，主流搖動頻繁，灘多水淺，該河段一直是長江航道治理與維護的重點與難點。荊江河段航道由33個水道組成，約占整個長江干線航道的八分之一。荊江河段為微彎型河道，其中大布街以上是由低山丘陵區(qū)向江漢平原過度的沙卵石河段，大布街以下是江漢平原與洞庭湖平原之間的沙質(zhì)河段。由于其自然特性和三峽水利樞紐清水下泄的影響，河床演變劇烈，局部洲灘變遷頻繁，航槽不穩(wěn)定，礙航情況頻發(fā)。

2 工程概況

以昌門溪～大布街河段為例，該河段長約27.5公里，包含枝江、劉巷和江口3個水道，處于沙卵石河段末端，基本為順直汊河型特性。現(xiàn)狀是水位下降趨勢明顯，航槽水淺、流急，局部部位航寬不足。航道選線為：水陸洲右汊→枝江→帶左側(cè)深槽→江口水道右汊→七星臺左側(cè)深槽。沙卵石河段枝江～江口河段邊灘較發(fā)育，邊灘一般由沙、卵石二元組成，上部為松散一稍密狀態(tài)的粉細沙層，其下為沙夾卵石、卵石夾沙或卵石層。卵石層面大多數(shù)地方埋深較淺，部分地段卵石裸露。粉細沙有效粒徑0.107mm，沙層覆蓋厚度最大為6.0m。

3 護灘結(jié)構(gòu)

3.1 護灘結(jié)構(gòu)形式

目前國內(nèi)對于護灘主要采用4種結(jié)構(gòu)：一是排體結(jié)構(gòu)，主要有系沙袋軟體排、系結(jié)混凝土塊軟體排、鉸鏈混凝土塊軟體排和混凝土連鎖塊軟體排4種；二是鋼絲網(wǎng)石兜結(jié)構(gòu)；三是拋石結(jié)構(gòu)；四是拋枕結(jié)構(gòu)，主要有沙枕和碎石枕。隨著科技的發(fā)展，為方便施工，近幾年來衍生出了一些護灘結(jié)構(gòu)，如由混凝土聯(lián)鎖塊軟體排衍生而來的單元排，由鋼絲網(wǎng)石兜衍生而來的三維加筋墊。各種護灘結(jié)構(gòu)的特點如下：

3.2 護灘選型原則

系沙袋軟體排，是較早出現(xiàn)的用于護灘的結(jié)構(gòu)形式，工程成本相對較低，缺點是因為工序復雜，要往土工布上系沙袋，導致施工速度慢，同時沙袋抗老化性能差，使用壽命較短，因此，逐漸被其他結(jié)構(gòu)形式所取代。系混凝土塊軟體排，整體性能好、保沙性能佳，可以較好地適應河床變形，因此此結(jié)構(gòu)形式近年來廣泛用于長江中下游航道整治工程；缺點是當邊緣變形過大時，容易破壞。混凝土聯(lián)鎖塊體軟體排目前在護灘的結(jié)構(gòu)形式中被廣泛采用，整體性能好，缺點是對預制和施工提出了很高的要求，同時工程成本較高。與混凝土聯(lián)鎖塊軟體排比較相似的是單元排，其大部分應用在陸上護灘工程。三維加筋墊，主要用于陸上護灘，對環(huán)境影響比較小，生態(tài)環(huán)保性能比較好，缺點是由于結(jié)構(gòu)的輕型化，多用于緩流區(qū)。鉸鏈排，主要應用于陸上護灘，鑒于其保沙性能很差，而且在變形后需要二次處理，目前使用范圍不廣。其他結(jié)構(gòu)形式均為散體結(jié)構(gòu)，由于整體性較差，保沙性能不理想，后續(xù)維護量較大，使用范圍較小。

3.3 本工程護灘選型

本工程選型的基本原則：一是結(jié)構(gòu)整體性好、結(jié)構(gòu)牢固，適應河床的變形能力強，保沙性能佳；二是經(jīng)久耐用，工程成本相對較低；三是因地制宜，針對部分流速較快的河床，采用抗沖性較強的結(jié)構(gòu)形式；四是施工方便，便于維修，將日常維護的費用考慮到工程全壽命周期中去；五是對于陸上護灘，響應國家科學發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略政策，采用節(jié)能環(huán)保的護灘結(jié)構(gòu)形式。

綜上所述，本工程采用系混凝土塊軟體排進行護底，部分選用混凝土聯(lián)鎖塊軟體排；陸上護灘主要采用單元排和系混凝土塊軟體排，局部灘體較高的部位采用三維加筋墊進行護灘。為保證護灘邊緣的穩(wěn)定，采用防沖石、設置透水框架以及預埋石的方式進行處理：根據(jù)護灘邊緣的變形特點，加強護灘帶邊緣結(jié)構(gòu)防護措施，在護灘帶邊緣采用四面六邊透水框架進行處理，對于靠近主航道一側(cè)的采用增加拋石厚度并設置備填石的方式進行處理；對于陸上護灘的邊緣采用預埋的方式進行處理。

3.4 工程應用與需注意的問題

從應用效果上看，大范圍上成效顯著，同時也出現(xiàn)了一些問題。本工程中主要采用的系混凝土軟體排，保沙性能良好，可以較好地適應河床不同方向的變形。但是軟體排對河床的局部產(chǎn)生了影響，破壞了原有平衡，在排體的邊緣容易產(chǎn)生局部沖刷的現(xiàn)象，這種沖刷會引起排邊的塌陷、懸掛等破壞變形。通過采用增加拋石厚度并設置備填石的方式進行處理，以減小排邊局部沖刷達到增強排邊軟體排穩(wěn)定的目的。位于排體邊緣的軟體排型護灘帶容易破壞，在受水流直接頂沖區(qū)域的水毀現(xiàn)象比較嚴重，如在排體上邊緣、頭部以及下游一側(cè)容易出現(xiàn)不同程度的沖刷塌陷、排布撕裂、排布暴露甚至排布懸空等現(xiàn)象，此外受施工工藝影響，排體中部亦存在局部坍塌或隆起進而導致排體受損的問題，發(fā)生水毀現(xiàn)象以后排體的護底效果大打折扣。同時注意到緊臨航道時，謹慎選用護灘結(jié)構(gòu)形式，四面六邊透水框架會一定程度上影響船舶航行安全。

4 結(jié)語

中國明代已有“守堤不如守灘”、“灘存而堤固”的經(jīng)驗。護灘工程是航道整治的重要組成部分，如何合理地選擇護灘結(jié)構(gòu)形式，對于航道整治效果有著舉足輕重的作用。同時如何在工程中發(fā)現(xiàn)更加合理更加環(huán)保的護灘結(jié)構(gòu)形式還有待我們進一步的工作。