塔里木河干流南岸輸水堤護岸工程設計方案比選分析

艾尼瓦爾·牙生，祖力皮亞·托合提

（塔里木河流域干流管理局,新疆 庫爾勒 841000）

0 引言

護岸是指在江、河、湖、海等鄰水地區，對現有自然岸坡進行加固，保護岸坡不受水流波浪侵蝕[1]。護岸工程對穩定河床、防護國土有著十分重要的意義。不同河流水文水情差異較大，同一河流不同河段特性也不盡相同，護岸工程與河道的河勢演變、水文要素動態變化及河岸河床地質構成緊密相關。鑒于影響因素復雜且動態變化，護岸工程設計方案必然具有特殊性和復雜性。因此，結合項目區現狀，深入分析保護對象及河流特性采用多方案綜合比選方式確定實施方案，可以從根本上消除工程與設計初衷背離的現象，是一種值得應用與推廣的方法論。

1 工程區域現狀

1.1 塔里木河概況

塔里木河干流位于新疆中部塔里木盆地北緣，起始于阿克蘇河、葉爾羌河及和田河的交匯處—肖夾克，歸宿于臺特瑪湖，干流全長1321 km。

塔里木河干流從肖夾克至英巴扎為上游，河道長495 km，河道縱坡1/4600 ～1/6300，河床下切深度2 m～4 m，河道比較順直，很少汊流，河道水面寬在500 m～1000 m，河漫灘發育，階地不明顯。英巴扎至恰拉為中游，河道長398 km，河道縱坡1/5700 ～1/7700，水面寬一般在200 m～500 m，河道彎曲，水流緩慢，土質松散，泥沙沉積嚴重，河床不斷抬升，加之人為扒口，致使中游河段形成眾多汊道。恰拉以下至臺特瑪湖為下游，河道長428 km。河道縱坡較中游段大，為1/4500 ～1/7900，河床下切一般為3 m～5 m，河床寬約100 m左右，比較穩定。塔里木河流域水系分布見圖1。

圖1 塔里木河流域水系分布

1.2 干流南岸輸水堤岸坡概況

南岸輸水堤建設年代久遠，無針對性的保護措施。運行在彎道水流作用下，南岸輸水堤123+950 公里處上下游300 m范圍內岸坡常年遭遇水流淘蝕，引起岸坡嚴重垮塌，河槽河勢改變，致使河岸線后退10 m～20 m，現已緊鄰南岸輸水堤，嚴重威脅到輸水堤的基礎安全和正常運行。

2 護岸設計方案

根據規范要求，按水流斜沖各斷面岸坡計和水流平行于各斷面岸坡算兩種工況確定護岸基礎沖刷深度，結果見表1和表2。

表1 沖刷深度計算表(水流斜沖各斷面岸坡)

表2 沖刷深度計算表(水流平行于各斷面岸坡)

參照上表計算結果，護岸基礎的計算沖刷深度為3.45 m～4.38 m。根據河道停水后實地測量，河床最低處高程900.42 m，較河道平均高程902.83 m低2.41 m，按已建護岸工程沖刷情況及實測最大河道深泓線分析比較，護岸工程基礎埋深按照計算最大沖刷深度4.38 m考慮，護岸工程基礎高程確定為898.15 m。

深入研究項目區工程地質條件和河流水勢，根據地形條件及水毀原因，提出可行的三種護岸設計方案用于綜合比選評價。①方案一：無紡布土工袋護坡+無紡布土工袋短丁壩方案；②方案二：格賓石籠短丁壩群方案；③方案三：格賓石籠護坡+水平鋪蓋方案。

2.1 無紡布土工袋護坡+無紡布土工袋短丁壩方案

2.1.1 工程布置

沿主流彎道凹岸新建護岸工程，護岸全長95 m，上、下游端設置短丁壩，護岸型式采用“無紡布土工袋護坡”，迎水面邊坡比1∶2.0，護坡坡頂高程按照最大水位以上50 cm考慮，洪水無法達到護坡后形成沖刷水流。結合無紡布土工袋護坡在護岸工程凹岸依次設置3 條無紡布短丁壩，第一條長5 m、第二條長10 m、第三條長15 m，新建丁壩順水流方向與壩軸線線成45°夾角布置，丁壩間距依次為30 m、50 m，壩頂高程較護岸工程低0.85m，與壩址處河道最大水位高程相當。丁壩型式采用無紡布土工袋。通過3 條丁壩逐級挑流，使河道主流遠離岸灘，并在丁壩群下游形成回水，利用洪水季節河水帶來的泥砂淤積成灘，從而起到護岸的作用。

2.1.2 工程設計

護岸工程堤頂寬4.0 m、高程905.00 m、基礎底高程898.15 m，護岸工程岸坡迎水面采用無紡布土袋防護，防護邊坡為階梯狀、邊坡比為1∶2.0，迎水面坡前設6.3 m寬2.0 m厚無紡布土袋水平鋪蓋，水平鋪蓋埋入平均河床高程以下；在無紡布土袋護坡及水平鋪蓋下均鋪設300 g/m3無紡布反濾，反濾無紡布接縫采用現場尼龍線雙道縫合鏈接，縫合線間距5 cm，縫合針腳間距不大于2 cm，重疊寬度不小于30 cm，并滿足抗拉要求；在護岸水平鋪蓋坡腳外側設置木樁護腳。

結合無紡布土工袋護坡在護岸工程凹岸依次設置3 條無紡布短丁壩，無紡布土工袋丁壩頂寬3.6 m，壩頂高程904.15 m、較護岸工程堤頂低0.85 m，與壩址處河道最大水位高程相當。無紡布土工袋采用階梯狀擺放，每層高1.0 m。丁壩裹頭超出護岸工程水平鋪蓋部分，丁壩基礎下均鋪設300 g/m3無紡布反濾，反濾無紡布與護岸工程水平鋪蓋下鋪設的無紡布縫合連接，在丁壩裹頭坡腳外側設置木樁護腳，木樁長度6 m。丁壩無紡布土工袋做法和具體要求同護岸工程做法。設計斷面見圖2。

圖2 南岸輸水堤護岸工程與丁壩橫斷面設計圖（方案一）

2.2 格賓石籠短丁壩群方案

2.2.1 工程布置

沿彎道凹岸上游，依次設置四條挑流丁壩，第一條長5 m、第二條長10 m、第三條長15 m、第四條長25 m，新建丁壩順水流方向與壩軸線線成45°夾角布置，丁壩間距為40 m，壩頂高程與河漫灘高程同高。丁壩型式采用土心丁壩全斷面“格賓石籠護坡+水平鋪蓋”。通過4 條丁壩逐級挑流，使河道主流遠離岸灘，并在丁壩群下游水毀區域形成回水，利用洪水季節河水帶來的泥砂淤積成灘，從而起到護岸的作用。

2.2.2 工程設計

丁壩壩頂寬3.0 m，壩頂高程與河漫灘同高、壩頂高程905.00 m，丁壩型式采用土心丁壩全斷面“格賓石籠護坡+水平鋪蓋”。邊坡采用階梯狀格賓石籠護坡(厚50 cm），基礎采用格賓石籠水平鋪蓋(厚100 cm）+6 m長木樁阻滑防沖；在基礎和護坡底部均鋪設300 g/m3無紡布反濾。設計斷面見圖3。

圖3 南岸輸水堤丁壩橫斷面設計圖（方案二）

2.3 格賓石籠護坡+水平鋪蓋方案

2.3.1 工程布置

沿主流彎道凹岸新建護岸工程，護岸全長95 m，下游端設置裹頭，護岸型式采用“格賓石籠護坡+水平鋪蓋”，迎水面邊坡系數1:2.0，護坡坡頂高程為最大水位以上50cm，洪水無法達到護坡后形成沖刷水流。

2.3.2 工程設計

護岸型式格賓石籠防護(厚50 cm），護岸工程堤頂寬4.0 m、堤頂高程905.00 m，基礎采用格賓石籠水平鋪蓋(厚100 cm）阻滑防沖，裹頭處基礎采用格賓石籠水平鋪蓋（厚100 cm）+6 m長木樁阻滑防沖，在基礎和護坡底部均鋪設300 g/m3無紡布反濾；護岸水平鋪蓋坡腳外側設置木樁護腳，木樁長度6 m，木樁小頭直徑不小于20 cm，施工時要求河床打入河床4 m，外露2 m部分采用8 號鐵絲將各個木樁綁扎連接，木樁中心間距1 m。設計斷面見圖4。

圖4 南岸輸水堤護岸橫斷面設計圖（方案三）

3 方案比選

擬從護岸工程適用性，施工難易程度及工程投資等方面完成最終比選分析。

3.1 工程適用性比選

方案一通過無紡布土工袋護岸+無紡布土工袋短丁壩群起到挑流、淤灘、護岸的目的；方案二通過格賓石籠短丁壩群在下游形成回水，利用洪水季節河水帶來的泥砂淤積成灘，從而起到護岸的作用；方案三通過半柔性材料格賓石籠+水平鋪蓋護岸起到防沖、護岸的作用；三種方案都能達到護岸目的。

3.2 施工難易程度比選

方案一就地取材，原材料運輸工作量較小，施工進度快，施工工藝相對簡單；方案二、方案三需要采購運輸大量塊石，施工工序多、耗時長、工藝要求相對較高。

3.3 工程投資比選

根據造價測算結果，方案一直接費投資53.92 萬元，方案二直接費投資88.58 萬元，方案三直接費投資96.95 萬元，方案一工程投資較省，其它兩個方案投資相對較高。

綜合以上情況分析，工程推薦施工工藝相對簡單、投資較省的方案一，即無紡布土工袋護坡+無紡布土工袋短丁壩方案。

4 結論

從工程適用性、施工難易程度及投資方面入手，對塔里木河干流南岸輸水堤護岸工程經過系統比選分析，最終確定了與實際概況契合度最高的無紡布土工袋護坡+無紡布土工袋短丁壩方的維修加固方案。護岸防沖工程的結構型式與防護河段的特性緊密相關，簡單的套搬和借鑒是行之無效的，必須深入分析防護河段的特性，因地制宜，提出多種設計方案綜合比選后確定。