在荊江某段工程中護灘結構形式的選擇與應用

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，枯水期極易發生礙航。本文就荊江某段工程的工程特點，對其護灘結構形式的選擇與應用進行剖析，闡述了不同結構形式的特點與選型原則。

關鍵詞：荊江河段；礙航；護灘；結構形式

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，航槽不穩定，礙航情況頻發。

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→帶左側深槽→江口水道右汊→七星臺左側深槽。沙卵石河段枝江～江口河段邊灘較發育，邊灘一般由沙、卵石二元組成，上部為松散一稍密狀態的粉細沙層，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 護灘結構

3.1 護灘結構形式

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

3.2 護灘選型原則

系沙袋軟體排，是較早出現的用于護灘的結構形式，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，逐漸被其他結構形式所取代。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，因此此結構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。混凝土聯鎖塊體軟體排目前在護灘的結構形式中被廣泛采用，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，對環境影響比較小，生態環保性能比較好，缺點是由于結構的輕型化，多用于緩流區。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。其他結構形式均為散體結構，由于整體性較差，保沙性能不理想，后續維護量較大，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：一是結構整體性好、結構牢固，適應河床的變形能力強，保沙性能佳；二是經久耐用，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構形式；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，響應國家科學發展、可持續發展的戰略政策，采用節能環保的護灘結構形式。

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：根據護灘邊緣的變形特點，加強護灘帶邊緣結構防護措施，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生了影響，破壞了原有平衡，在排體的邊緣容易產生局部沖刷的現象，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域的水毀現象比較嚴重，如在排體上邊緣、頭部以及下游一側容易出現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，發生水毀現象以后排體的護底效果大打折扣。同時注意到緊臨航道時，謹慎選用護灘結構形式，四面六邊透水框架會一定程度上影響船舶航行安全。

4 結語

中國明代已有“守堤不如守灘”、“灘存而堤固”的經驗。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構形式，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現更加合理更加環保的護灘結構形式還有待我們進一步的工作。