沙質(zhì)河床航道整治建筑物結(jié)構(gòu)型式優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)性

柴華峰　黃召彪

摘 要：本文結(jié)合沙質(zhì)河床變化特點(diǎn)以及工程地質(zhì)條件，總結(jié)了各種類(lèi)型建筑物不同結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)建筑物各種結(jié)構(gòu)型式的穩(wěn)定性和適應(yīng)性進(jìn)行了分析和總結(jié)，為類(lèi)似工程建設(shè)的結(jié)構(gòu)選擇提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：沙質(zhì)河床 整治建筑物 結(jié)構(gòu)型式

在整治建筑物工程結(jié)構(gòu)上，從界牌工程開(kāi)始探索了保持航道工程建筑物穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)型式，在后續(xù)的整治工程中逐步對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，經(jīng)歷了摸索—發(fā)展—成熟的階段，取得了較好的結(jié)果。 從已取得的經(jīng)驗(yàn)看，各種結(jié)構(gòu)型式各有優(yōu)缺點(diǎn)，使用條件也存在一定的差別，應(yīng)根據(jù)不同的工況條件合理選擇結(jié)構(gòu)型式。

筑壩工程

1、護(hù)底

由于長(zhǎng)江中下游沙質(zhì)河床的河沙較細(xì)，護(hù)底的目的就是保護(hù)守護(hù)部位的河沙，因此護(hù)底是水下工程的關(guān)鍵性工程。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于護(hù)底（灘）主要采用四種結(jié)構(gòu)，一是排體結(jié)構(gòu)，主要有系沙袋軟體排、系結(jié)砼塊軟體排、鉸鏈砼塊軟體排和混凝土聯(lián)鎖塊軟體排四種；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兩種。

一般來(lái)說(shuō)排體結(jié)構(gòu)整體性較好、適應(yīng)河床變形能力強(qiáng)，保沙性好；鋼絲網(wǎng)石兜結(jié)構(gòu)整體性較好、不易沉陷坍塌，但保沙性較差；拋石結(jié)構(gòu)為散體結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性一般；易沉陷坍塌，保沙性較差；拋枕結(jié)構(gòu)整體性較好、不易沉陷坍塌，易老化。

從目前整治工程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)看，系砼塊軟體排具有較好的保沙效果和適應(yīng)沙質(zhì)河床變形的能力，整體性強(qiáng)，是目前護(hù)底主要采用的結(jié)構(gòu)型式，混凝土聯(lián)鎖塊軟體排由于施工較為便捷，目前在感潮河段整治工程的護(hù)底工程中運(yùn)用較多。另外，系砼塊軟體排護(hù)底的邊緣，變形強(qiáng)度稍大，局部會(huì)出現(xiàn)較大沖刷，在護(hù)底的邊緣增加拋石厚度能在一定程度上減小變形幅度；而采用透水框架進(jìn)行處理，一般情況下護(hù)底邊緣會(huì)普遍出現(xiàn)淤積，護(hù)底的穩(wěn)定性會(huì)大大增強(qiáng)。

2、壩體

在航道整治工程中，廣泛采用的壩體結(jié)構(gòu)型式主要有：堆石壩（拋石壩）、漿砌塊石壩、樁板壩、大型混凝土預(yù)制件壩、沙枕填芯—塊石護(hù)面混合壩（以下簡(jiǎn)稱(chēng)沙枕—塊石壩）、沙枕填芯—模袋砼護(hù)面混合壩（以下簡(jiǎn)稱(chēng)沙枕—模袋砼壩）等。

一般來(lái)說(shuō)堆石壩對(duì)于河床變形的適應(yīng)性好，但壩體的整體性差，當(dāng)水流力和波浪力較大時(shí)，容易局部失穩(wěn)，適用于塊石來(lái)源比較豐富、河床變形大的河段；樁板壩結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，在水流和風(fēng)浪的沖擊下，容易發(fā)生往復(fù)震動(dòng)，招致疲勞性破壞，混凝土擋水板比較單薄，適用于河床水深和變形不大的河段；大型砼預(yù)制件壩壩體整體性較強(qiáng)，抵御臺(tái)風(fēng)和海浪的沖擊性能較好，但在河床變形較大和沉陷不均勻時(shí)，受力不均，混凝土預(yù)制件間容易斷裂和傾倒，適用于河床變形不大但波浪力大的河段；沙枕—塊石壩具有較好的整體性，又具有一定的柔韌性，能適應(yīng)沙質(zhì)河床的變形，但當(dāng)河床發(fā)生局部沖刷后蓋面塊石容易滾落，造成沙枕外露，使沙枕容易遭受破壞，適用于河床變形較大的河段；沙枕—模袋砼壩整體性較強(qiáng)，建成后能抵御臺(tái)風(fēng)和海浪的沖擊，但壩芯局部變形易引起模袋砼護(hù)面的斷裂，適用于河床變形較小的河段。

由于長(zhǎng)江中下游河道在形態(tài)上存在較大差異，中游江面較窄、下游江面較寬，因此，中游的壩體一般比較低矮，下游的壩體則相對(duì)高大，中游主要采用拋石壩體，下游除拋石壩體外，還可采用混凝土預(yù)制件壩、沙枕—模袋砼壩等。

從目前整治工程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)看，拋石壩、混凝土預(yù)制件壩和沙枕—模袋砼壩等在航道工程上的運(yùn)用都是成功的，但壩體下游側(cè)因翻壩水流的影響，壩后易出現(xiàn)較大的沖刷變形，因此，對(duì)于壩高高于一定高度時(shí)，宜在下游坡腳設(shè)置一定高度和寬度的棱體；同時(shí)，壩頭部位通常受水流作用較大，可在壩頭采用整體性較強(qiáng)，個(gè)體較大的結(jié)構(gòu)，如采用鋼絲網(wǎng)石籠結(jié)構(gòu)。

護(hù)灘工程

護(hù)灘工程是近年來(lái)在長(zhǎng)江中下游航道整治工程中出現(xiàn)并逐漸發(fā)展成熟的一種整治技術(shù)，在航道整治中的功能主要分為兩類(lèi)：對(duì)工程擬加以利用的河床進(jìn)行覆蓋守護(hù)，以防止河道變形以及航道向不利的方向發(fā)展；對(duì)建筑物基礎(chǔ)河床進(jìn)行防護(hù)，防止建筑物沖刷變形而坍塌。

與護(hù)底類(lèi)似，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于護(hù)灘除了排體結(jié)構(gòu)、鋼絲網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、拋石結(jié)構(gòu)和拋枕結(jié)構(gòu)外，為方便施工，衍生了一些護(hù)灘結(jié)構(gòu)，如由混凝土聯(lián)鎖塊軟體排衍生而來(lái)的單元排，由鋼絲網(wǎng)格衍生而來(lái)的三維加筋墊。

從目前整治工程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)看，對(duì)于流速較大、河床變化較大的工程部位，可采用系砼塊軟體排護(hù)灘，同時(shí)在邊緣采用拋石或拋透水框架進(jìn)行防護(hù)處理；對(duì)于流速較大但河床變化較小的工程部位可采用混凝土聯(lián)鎖塊軟體排或單元排護(hù)灘；對(duì)于流速較小且河床變化較小的工程部位可采用輕型結(jié)構(gòu)護(hù)灘，如三維加筋墊等。另外，在護(hù)灘穩(wěn)定區(qū)設(shè)置一定厚度的拋石體，有利于護(hù)灘工程的穩(wěn)定，對(duì)于心灘守護(hù)的頭部，如果水流流速較大，長(zhǎng)期處于頂沖狀態(tài)，可采用扭王字塊等結(jié)構(gòu)減小流速，增強(qiáng)抗沖性。

護(hù)岸工程

1、護(hù)岸型式

護(hù)岸結(jié)構(gòu)按斷面形狀可分為直立式、斜坡式、斜坡式與直立式組合的混合結(jié)構(gòu)型式三種。

直立式護(hù)岸一般應(yīng)用于水深較深、地基較好、岸線(xiàn)縱深較小，城鎮(zhèn)、沿岸居住人口密集或土地資源缺乏的限制性航道岸坡，以及碼頭水域，在具有特殊功能的岸線(xiàn)部位也可采用。其優(yōu)點(diǎn)為岸線(xiàn)齊整，墻面順直，能保護(hù)河道凈寬、改善局部水流條件。但直立式護(hù)岸對(duì)河床地基的承載能力要求較高，結(jié)構(gòu)抵抗地基土不均勻沉降能力差，局部容易塌陷，特別在長(zhǎng)江深泓貼岸和水流頂沖部位，施工難度相對(duì)較大。

斜坡式護(hù)岸主要用于河面寬闊，土地資源相對(duì)寬松的航道岸坡，是長(zhǎng)江中下游最常用的護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式。其主要優(yōu)點(diǎn)為順應(yīng)河岸形態(tài)護(hù)岸，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，施工便利，維護(hù)方便，對(duì)水流的干擾較小。但斜坡式護(hù)岸需對(duì)岸坡進(jìn)行大量的開(kāi)挖和削坡，增加土地開(kāi)挖、青苗或拆遷等補(bǔ)償成本。

混合式護(hù)岸是斜坡式與直立式進(jìn)行組合的護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式。這種護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式一般用于有特殊要求的護(hù)岸中，用于實(shí)現(xiàn)特殊的護(hù)岸功能。

由于航道整治工程主要是對(duì)高灘岸線(xiàn)進(jìn)行守護(hù)，一般河漫灘較寬，一般采用斜坡式護(hù)岸；只有遇到特殊情況，如岸線(xiàn)離子堤較近、位于涉水設(shè)施或地方建筑物前沿等情況是才考慮采用混合式護(hù)岸。

2、護(hù)岸結(jié)構(gòu)

護(hù)岸主要包括枯水平臺(tái)、陸上護(hù)坡、水下護(hù)底和水下鎮(zhèn)腳四個(gè)部分。

枯水平臺(tái)主要有砌石結(jié)構(gòu)、鋪石結(jié)構(gòu)、鋼絲網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以及預(yù)制面層結(jié)構(gòu)等型式。砌石和鋪石結(jié)構(gòu)適應(yīng)岸坡變形和沉降的能力較強(qiáng)，但砌石結(jié)構(gòu)對(duì)石料面層的要求較高；鋼絲網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的適應(yīng)岸坡變形和沉降的能力也較強(qiáng)，施工較便捷；預(yù)制面層結(jié)構(gòu)美觀性好，適應(yīng)岸坡變形和沉降的能力稍差，面層的鋪砌往往在第二年進(jìn)行。以上幾種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但均能滿(mǎn)足航道工程建設(shè)的需要。

陸上護(hù)坡包括排水系統(tǒng)和護(hù)面結(jié)構(gòu)。排水系統(tǒng)一般包括盲溝和明溝（包括坡頂?shù)慕亓鳒希现饕诺叵聺B水，明溝主要排地表水。對(duì)于地質(zhì)條件不好的岸坡（土層中含有淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土），一般需要增加盲溝的間距、尺寸和加大填充材料的粒徑，以便于地下水能及時(shí)排出，同時(shí)護(hù)面結(jié)構(gòu)應(yīng)采用透水結(jié)構(gòu)。常用的護(hù)面結(jié)構(gòu)型式主要有干砌塊石、漿砌塊石、預(yù)制砼塊、模袋混凝土、鋼絲網(wǎng)格和生態(tài)護(hù)坡磚。干砌塊石護(hù)面具有取材容易、外形美觀、維修方便、排水性能好、能適應(yīng)變形和工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)；但對(duì)塊石的平整度要求較高，大規(guī)模使用時(shí)材料組織較為困難；漿砌塊石護(hù)面外形美觀，整體性強(qiáng)，可以防止較大風(fēng)浪的拍擊破壞，但施工相對(duì)較難；砼預(yù)制塊護(hù)面具有取材容易、可工廠化生產(chǎn)、施工簡(jiǎn)單、施工速度快、不破壞墊層、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，但適應(yīng)變形能力較差，維修難度較大；模袋混凝土護(hù)面具有整體性好、防水流沖刷和防浪、不破壞墊層、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，但排水困難，適應(yīng)變形能力差；鋼絲網(wǎng)格護(hù)面具有整體性和透水性好、可適應(yīng)變形、耐久、防水流沖刷和防浪、不破壞墊層等優(yōu)點(diǎn)，由于面層粗糙，泥沙易于落淤在石籠內(nèi)，利于植被生長(zhǎng)，起到環(huán)保綠化、改善河道的生態(tài)環(huán)境的作用；生態(tài)護(hù)坡磚護(hù)面整體性較強(qiáng)，能抵抗較大的沖刷；空隙率較大，能夠?qū)崿F(xiàn)生態(tài)護(hù)坡。由于近年來(lái)出于對(duì)環(huán)保、環(huán)境等方面的考慮，具有生態(tài)恢復(fù)功能的鋼絲網(wǎng)格和生態(tài)護(hù)坡磚在護(hù)面工程中得到廣泛的運(yùn)用。

水下護(hù)底與筑壩工程和護(hù)灘工程的護(hù)底類(lèi)似，主要采用整體性較好、適應(yīng)河床變形能力強(qiáng)，保沙性好的系砼塊軟體排進(jìn)行護(hù)底。

水下鎮(zhèn)腳主要有拋枕和拋石兩種。拋枕具有取材容易、整體性較強(qiáng)等特點(diǎn)；拋石具有施工簡(jiǎn)單、變形能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。從近幾年的工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，對(duì)于岸坡較陡的部位采用拋枕進(jìn)行鎮(zhèn)腳，并采用塊石蓋面能收到較好的工程效果；但對(duì)于禁采河段，如荊江河段一般采用拋石鎮(zhèn)腳。

結(jié)論

長(zhǎng)江中下游河床可動(dòng)性強(qiáng)，洲灘以及岸線(xiàn)的穩(wěn)定性差，整治工程實(shí)施后長(zhǎng)期受水流的沖刷，整治工程的穩(wěn)定與河勢(shì)的變化和來(lái)水來(lái)沙息息相關(guān)，因此，在整治工程建筑物選型時(shí)應(yīng)綜合考慮各方面的因素。

對(duì)于護(hù)底，由于長(zhǎng)江中下游河床沙層覆蓋厚度較大，河床可變性強(qiáng)，宜選擇整體性較好、適應(yīng)河床變形能力強(qiáng)，保沙性好的軟體排進(jìn)行護(hù)底（灘）。

對(duì)于壩體，應(yīng)結(jié)合工程河段河床變化特點(diǎn)、水流、風(fēng)浪、地質(zhì)條件、壩體尺寸等因素綜合考慮壩體的結(jié)構(gòu)型式。

對(duì)于護(hù)坡，應(yīng)結(jié)合河漫灘形態(tài)、工程地質(zhì)條件、水流以及風(fēng)浪等綜合考慮護(hù)坡結(jié)構(gòu)，出于岸坡生態(tài)恢復(fù)及減少對(duì)環(huán)境影響的考慮，建議盡量采用生態(tài)型護(hù)面結(jié)構(gòu)。

（作者單位：長(zhǎng)江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院）