游蕩型河道防洪護岸結構型式分析

王克強

（阿克蘇塔河源勘測設計院有限公司，新疆 阿克蘇843000）

0 引言

游蕩型河道具有河床寬而淺、河道沖淤變幅大、河勢多變等特性，這對游蕩型河道的整治提出了更高的安全要求［1］。塔里木河第一師阿拉爾段作為典型的游蕩型河道，表現為河段內主流擺動范圍大，防洪標準不高，防洪措施不完善，整治難度較大。鑒于游蕩型河道在比降、河相、沖淤變化及河床演變規律上均具有其特殊性，文章深入分析塔河阿拉爾段基本水力特性，結合歷史治理經驗提出了相應的護岸結構型式，以徹底解決洪水威脅。

1 河道概況及水文特性

塔里木河是我國最長的內陸河，自西向東從天山流向塔克拉瑪干大沙漠北。作為典型的游蕩型河流，其表現為主流頻繁擺動、河床斷面變幅大，無固定主河槽。漲水沖刷，落水淤積，致使河床變遷，主流頂沖河岸，沖刷嚴重。

1.1 河道比降

塔河總體平面特征：河道較為順直，但是由于主流南沖北折，經常肆意擺動，頂沖河岸造成曲率系數大于1，阿拉爾河段河床比降在1/3000～1/5000范圍內。

1.2 橫斷面寬度

根據塔河阿拉爾站多年觀測資料可知塔河主流汛期頻繁擺動，河床斷面變化很大且無固定河槽。據阿拉爾水文站1958年以來的測流資料表明，當河道流量在500 m3/s以上時水面寬度變化范圍在180 m～1010 m之間，平均水深為0.71 m～2.43 m，最大水深為1.67 m～9.3 m。河床斷面主要表現為寬淺形態。

1.3 河床質

塔河豐枯流量變化大，洪峰水位上漲快歷時段，洪水變差系數0.35，偏差系數為0.7，表現為多峰型的洪水過程線。塔河河床、河岸土壤主要為細沙和粉砂，相間有少量厚度不大的亞砂土或亞粘土層，邊岸可沖性極強，且沿河兩岸均無人工約束。

1.4 河道演變

塔河主槽一次洪峰漲落過程的沖淤變化一般規律是：漲水沖刷，落水淤積，相同流量時的落洪水位低于漲洪水位。塔河之所以落洪水位低于漲洪水位，是因為汛期水流自身的造床作用，加大了河槽過水能力，已經足以抵償并超過洪水波傳播所帶來的附加比降影響的緣故。它與黃河下游段及其它平原游蕩性河流的水位流量變化規律也大致相似。

塔里木河阿拉爾段，河坎高度2 m～3 m左右，根據40年來觀測，沒有發現河床有淤高情況，兩岸又無低洼埡口，不具改道條件。因此，塔里木河近期主要是河槽橫向擺動和周期性的沖淤變化而已。從宏觀上講，堆積平原上的河流，緩慢地淤高是必然的，只不過需要歷時較長，目前可暫不考慮。

2 防洪護岸結構設計

2.1 護岸結構型式選擇

塔里木河上游段具有游蕩性河道特有的“寬、淺、亂”特點，主流擺動頻繁、以旁蝕河岸為主。河床母質為深厚的細砂和粉細砂組成，易被水流淘刷。洪枯流量懸殊，汛期含沙量大；洪峰歷時較短，落洪速度較快，河床、河岸抗沖性較差，而且“橫河、斜河”的發生具有突發性和不可預測性。

鑒于河床土壤以粉砂和細沙為主，易被水流沖刷淘蝕，若作墻式護岸，工程施工中基坑開挖和排水難度極大，施工難以進行，且完建后大部分工程位于水下、河底以下，不利于開展工程運行維護和安全觀測工作。另外，參考黃河下游段治理工程成功范例，本工程采用壩式護岸、坡式護岸結合型式，壩式護岸又分為丁壩和順壩兩種型式。

結合塔河阿拉爾市城區段河道特征若采用丁壩護岸出險的機率較大，出現“橫河”時，丁壩壩頭、相鄰丁壩之間勢必發生嚴重險情，搶險十分困難。而順壩依托老河岸、沿治導線采取曲直相間布置，設計河寬不影響河道過洪斷面，不壓縮原河床和原河道的泄洪、滯洪能力，水流平順。因此，塔河上游阿拉爾段永久性護岸工程的建設設計選擇順壩方案作為護岸型式。

2.2 斷面結構型式選擇

在對與塔河河道特征相似的阿克蘇河、和田河河道上所采用的各類防塌岸護岸結構形式的適應性和局限性分析比選后，按照護岸結構型式必須滿足抗沖緩流、維護岸坡穩定、保護堤腳及保護堤岸的要求。本河段護岸結構主要由土壩體、裹護體、拋石護根、進占體幾部分組成。

2.2.1 土壩體

土壩體采用壤土筑成，護岸防沖工程采用順壩體修建，考慮施工搶險及堆放搶險料物的需要，土壩基壩頂寬取6.0 m（不包含迎水面裹護體寬度），迎水面邊坡1∶1.3；背水面邊坡施工水位以上1∶2，施工水位以下1∶4。施工水位采用施工期流量273 m3/s對應的水位。

2.2.2 護坡

護坡是為保護土壩體修筑，用抗沖材料將可能被淘刷壩坡裹護起來，采用拋石裹護，護坡與土壩體頂齊平，頂寬1 m，外坡1∶1.5，內坡1∶1.3。護坡表面30 cm進行干砌塊石（城區段）或亂石粗排（非城區段）。護坡與土壩體間鋪設0.1 m的砂礫石墊層無紡布。土壩體背水坡為1∶2。

2.2.3 拋石護根

護岸工程所在河段河床土壤多為沙性土，壩體靠溜后，易被水流淘刷，在壩體前形成沖坑，為了保護壩體安全，防止沖坑擴大，應在護坡前放置散拋石護根。拋石護根應根據沖刷深度計算確定，但根據以往應急防塌岸工程多年運行管理經驗，工程很難一次性做到穩定深度，只能通過多次的除險加固使工程日趨穩定。水中進占壩體利用進占體的一部分作為護根；旱地施工壩體在護坡外預拋石作為備蹋體，設計拋石槽由灘面向下挖至施工斷面，在其上預擺塊石，擺放高度為2.5 m。但此備蹋體遠不能滿足設計需求，應在壩頂配置備防石，以備搶險需要。

2.2.4 進占體

進占體采用拋石填筑。結合施工機械進占要求，占體頂寬取4.0 m，臨水坡1∶1，背水坡1∶0.5，頂高程高出施工水位0.5 m。根據各整治段防塌岸標準，設計流量及對應設計水位，確定期護堤頂高程，城區段采用設計洪水位加1 m；非城區段采用設計洪水位加0.5 m，但不得高于當地地面。離開高岸部分與整治流量相應水位平。結合以上護岸結構，根據各整治河段施工期水位的不同，確定了三種橫斷面形式（1）水中進占（深水）設計斷面；（2）水中進占（淺水）設計斷面；（3）旱地施工設計斷面以供各河段選用。

（1）水中進占（深水）設計斷面

施工具有一定難度，采用水中進占并結合施工機械進行施工，占體頂寬取4.0 m，臨水坡1∶1，背水坡1∶0.5，頂高程高出施工水位0.5 m。土壩壩頂寬取6.0 m（不包含迎水面護坡裹護寬度），迎水面邊坡1∶1.3；背水面邊坡施工水位以上1∶2，施工水位以下1∶4。護坡采用0.3 m厚干砌塊石（城區段）或亂石粗排（非城區段）裹護，護坡與土壩體頂齊平，頂寬1 m，外坡1∶1.5，內坡1∶1.3。護坡裹護體與土壩體間鋪設0.1 m砂礫石墊層無紡布。設計斷面見圖1。

圖1 水中進占（深水）設計斷面

（2）水中進占（淺水）設計斷面

施工較為方便，可先填筑土壩體至一定高度，后采用施工機械上壩并向河床內堆放備蹋體，備蹋體頂寬6.0 m～12.0 m，其石方量根據沖刷深度確定。臨水坡1∶1.5，背水坡1∶2，高程與設計洪水位齊平，護坡采用干砌塊石（城區段）或亂石粗排（非城區段）裹護0.3 m。土壩體、裹護體同形式一。設計斷面見圖2。

圖2 水中進占（淺水）設計斷面

（3）旱地施工設計斷面

設計拋石槽由灘面向下挖至施工斷面，在其上預擺備蹋體，擺放高度為2.5 m，頂寬取5.9 m～6.1 m，備蹋體石方量根據沖刷度確定，臨水坡1∶1，背水坡1∶1.5，頂部采用亂石粗排30 cm。土壩體、裹護體同形式一。設計斷面見圖3。

圖3 旱地施工設計斷面

3 結語

游蕩型河道由于沖淤形態多變，易造成河床淤積堆高，洪水上漲往往導致潰堤。通過整治河岸，有效控制了河勢的游蕩范圍，顯著增強了河流抵御洪水的主動性。本工程采用的護岸結構在黃河防洪工程建設中有過類似實踐，在抗沖性能、促淤保堤、安全穩定性方面均有較好的效果。本河段根據防塌岸保護對象重要程度的不同，經濟合理地選擇了各整治段的防塌岸護岸型式，這有效防止了坍塌毀堤，保障了沿河生產生活的正常進行。