長江中下游航道整治護岸工程設計理念

(1.長江航道規劃設計研究院，湖北 武漢 430040； 2.長江航道局，湖北 武漢 430010)

規劃設計

長江中下游航道整治護岸工程設計理念

劉奇峰1朱元章2黃偉2陳怡君1

(1.長江航道規劃設計研究院，湖北武漢430040； 2.長江航道局，湖北武漢430010)

護岸工程作為守護高灘、岸線，穩定航道邊界條件最為主要的工程手段，已在長江中下游航道整治中得到廣泛運用。通過對比分析長江中下游已有航道整治護岸工程不同結構型式的差異、生態護岸實踐經驗以及在河勢控制、航道條件改善、生態效應等方面的應用效果，提出了適合長江中下游航道整治特點的護岸工程設計理念。

航道整治；護岸工程；河勢控制；長江中下游

圖1 長江中下游航道整治斜坡式護岸工程斷面結構示意

長江中下游航道從宜昌至吳淞口，全長1 669 km，是長江干線航運最為繁忙、通航密度最大的河段。采用航道整治工程提升航道標準，是充分發揮長江“黃金水道”作用的重要措施。三峽水庫蓄水運行以來，長江中下游河道內重要洲灘、岸線沖刷趨勢明顯，導致中下游干線航道邊界不穩定，重點淺灘段航道條件趨于惡化。為穩定航道邊界，遏制航道條件的不利變化，在長江中下游航道整治工程中廣泛使用了護岸工程措施進行岸坡和洲灘的防護。

1 護岸工程結構現狀

長江中下游航道整治護岸廣泛采用斜坡式平順護岸結構型式，在部分工程中采用了斜坡式與直立式組合的結構型式。

斜坡式護岸由護底、鎮腳和護坡3部分組成(圖1)。護底是護岸的基礎部分，是從坡腳向外直至深槽的防護體，起遏制河底沖刷的作用，水下護底多采用D型排、混凝土聯鎖塊排、沙枕等結構。鎮腳是護底與護坡的結合部，是從坡腳向里至枯水平臺或腳槽的填筑體，起到調整水下岸坡、支撐水上岸坡的作用，多采用拋石、拋枕等結構。護坡是從枯水平臺(腳槽)至護岸頂部的砌筑體，起到防止水流和波浪淘刷岸坡的作用。護坡多由反濾層、墊層、護面層和排水設施組成，面層多采用鋪石、干砌塊石、漿砌塊石、護坡磚、混凝土六邊塊、鋼絲網格等結構。

圖2 斜坡式與直立式組合護岸工程斷面結構示意

斜坡式與直立式組合護岸在長江航道整治工程中使用不多，僅在藕池口水道航道整治工程、土橋水道航道整治工程、荊江河段航道整治工程周天河段新廠高灘、窯監大河段丙寅洲高灘段使用過。它與斜坡式護岸結構的差別在于護坡頂段設置直立式(自嵌式)擋土墻(圖2)，起到減少開挖和永久占地的作用。

2 生態護岸探索及實踐

2.1 生態護坡結構

在護岸岸坡守護中，逐步引進和開發岸上生態技術，達到守護和生態功能相結合，促進工程和生境的融合。目前，采用的岸坡護面生態結構包括三維網墊、生態護坡磚、鋼絲網格和自嵌式擋土墻結構。

(1) 三維網墊結構。加筋三維網墊是將發絲狀聚丙烯材料擠壓于機編六邊形雙絞合鋼絲網面上形成的(圖3)。加筋三維網墊結構用于水位變動區，進行陸上施工，需要考慮壓載或錨固[1-2]。加筋三維網墊是一種高效的促淤生態護灘結構，能使泥沙落淤，有利于植被生長。

圖3 加筋三維網墊

(2) 生態護坡磚。通過平面上的“鏤空”結構，生態護坡磚為動、植物的生長、發育提供空間，同時通過結構上的扣合，增強岸坡的穩定性(圖4)。

圖4 生態護坡磚

(3) 鋼絲網格。鋼絲網格由雙絞合六邊鋼絲網格構成，鋼絲及其鍍高爾凡層的品質滿足國際標準。在鋼絲網格里裝填石塊后，封閉蓋板，成為一個大型的、具備柔韌性和整體性的工程模塊，用以取代常用的塊石壘砌。與傳統的塊石和混凝土塊護面結構相比，鋼絲網格更有利于植被的生長。

(4) 自嵌式擋土墻。這種擋土結構是依靠自嵌式擋土砌塊干壘而形成的柔性擋土結構。主要依靠自嵌式擋土砌塊塊體自重來抵抗動靜荷載，達到穩定的作用，具有經濟造價低、景觀效果好且占地少等優點(圖5)。

圖5 自嵌式擋土墻

2.2 水下生態結構

水下生態結構主要是在水下護底和鎮腳的基礎上，引進和開發水下生態技術，在達到護底和穩定效果的同時，實現工程的生態功能。目前，采用的水下生態結構主要有透水框架和魚巢磚等。

(1) 透水框架結構。四面六邊透水框架為四面六邊型透水結構[3-4]，由6根桿件共同構成三角形透空四面體，桿件為鋼筋混凝土結構(圖6)。

圖6 四面六邊透水框架

(2) 魚巢磚結構。通過對不同來流條件下不同尺寸魚巢形成的水流條件進行計算，得到了適用于荊江河段魚類水流條件的魚巢磚尺寸，并在荊江河段航道整治工程中加以運用(圖7)。魚巢磚由混凝土預制構件組成，有利于魚類棲養繁育。

圖7 魚巢磚

3 護岸工程效果

(1) 護岸工程穩定了崩退的岸線，有利于河勢和航道邊界的穩定，有效遏制了航道條件的惡化。三峽水庫蓄水運用以來，窯監河段烏龜洲洲體右緣一直處于崩退狀態，洲體中段年平均崩退速度在15 m左右；下段崩退速度較快，基本上在30 m/a以上。2010年，通過實施烏龜洲右緣守護工程，改變了烏龜洲洲體崩退狀態，形成了穩定的航道左邊界。工程的實施限制了因岸線崩退造成的河道不斷展寬，改變了河槽向寬淺化方向發展的變化趨勢，有效遏止了航道條件的惡化[5]。

以安慶水道航道整治工程為例，在鵝毛洲護岸工程中，在支汊內進行岸線守護，其與護底工程共同作用，有效地控制住了支汊的沖刷發展，減小了支汊的分流，增加了主汊過流，遏制了汊道分流比的不利調整，更加有利于河勢的穩定。工程實施后，主汊(左汊)分流增加了3%～5%，支汊(中汊)分流減少約6%，在保持河勢穩定的同時，也進一步改善了航道條件，航道尺度達到6.0 m×200 m的設計標準[6]。

(2) 護岸工程改變了洲灘崩退的變化，有利于水土保持。生態工程的實施有利于植被的生長和魚類生存環境的改善，可起到較為明顯的生態環保作用。護岸工程的生態效應主要體現在減少因水流傾蝕導致的崩岸現象的發生，有利于水土保持。過去大多采用的六邊混凝土塊、干砌塊石和漿砌塊石護坡結構阻斷了植被、微生物與土體的交互，已逐漸被鋼絲網格等新型結構所代替。

目前實施的長江中下游護岸工程十分注重生態效應，鋼絲網格、四面六邊透水框架、魚巢磚等新型護岸結構，有利于植被的生長和魚類生存環境的改善，已在越來越多的航道整治工程中得以運用。

4 主要設計理念

(1) 護岸工程是河勢控制工程的重要組成部分，工程布置應與河勢控制規劃協調一致。從有利于河勢和航道邊界穩定的角度出發，合理確定護岸工程范圍。

(2) 長江中下游航道整治護岸工程應在充分總結以往工程結構特點及優劣的基礎上，不斷創新護岸工程結構型式。

(3) 在保證工程穩定的前提下，護岸工程應有“人水和諧”的設計理念，應注重發揮護岸工程的綠色生態效應，特別是在岸上護坡和水下護底結構上選用生態環保的工程結構型式。

(4) 從減小對水流結構改變的角度出發，采用隨坡就勢的平順斜坡式護岸，會更有利于護岸工程結構的穩定。

對部分后方開挖存在困難的岸坡，結合岸坡實際情況，采用直立式護坡守護是合適的，但應充分考慮工程結構的穩定性需求。

(5) 水下護底和鎮腳淘刷、岸坡排水不暢是護岸工程發生破壞的最主要原因，因此在護岸工程設計中要重點考慮水下護底、鎮腳守護和岸坡排水等因素的影響。

(6) 受長江中下游來流年際、年內變化較大的影響，護岸工程設計時，應充分考慮來流變化對護岸工程陸上和水上施工的不同影響，合理規劃施工組織。

5 結 論

通過全面回顧長江中下游航道整治護岸工程結構現狀、生態護岸探索及實踐，分析了護岸工程在河勢控制、航道條件改善和生態效應方面的作用，提出了護岸工程主要設計理念，得出如下結論。

(1) 三峽水庫蓄水運行以來，清水下泄導致的江心洲灘和岸線持續沖刷后退，不利于航道條件的穩定。為穩定航道邊界，遏制航道條件的不利變化，在長江中下游航道整治工程中廣泛使用了護岸工程措施進行岸坡和洲灘的防護。

(2) 已建航道整治護岸工程取得了較好的岸坡防護、河勢控制及航道條件改善的效果，生態效應逐步顯現。

(3) 護岸工程中應體現協調、創新、綠色的設計理念。根據長江中下游來流及河道岸灘自身特點，護岸工程設計應注重工程結構的穩定，加強重點部分守護，并合理確定工程組織方案。

[1] 張金來，吳婷婷，陳其武，等. 加筋三維網墊在護灘工程中的應用[J]. 水運工程，2012(8)：204-206.

[2] 馮叢林，周凱，楊再常，等. 加筋麥克墊在護灘工程中的應用及施工質量控制[J]. 水運工程，2014(3)：183-187.

[3] 汪奇峰. 四面六邊混凝土透水框架在長江航道整治工程護灘中的運用[J]. 中國水運，2013(7) ：165-166.

[4] 周生利，劉常全，張俊，等.混凝土四面六邊透水框架結構在長江航道整治中的應用[J]. 水運工程，2012(10)：102-106.

[5] 張俊鋒.長江中游窯監河段航道整治工程效果分析[J].水運工程，2015(6):143-146.

[6] 劉奇峰. 長江下游安慶水道航道整治工程效果分析報告 [R]. 武漢:長江航道規劃設計研究院，2014.

(編輯：李慧)

2017-09-15

劉奇峰，男，長江航道規劃設計研究院，高級工程師.

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