長江中下游河道崩岸治理方案比選與分析

周金巖

(安徽省長江河道管理局，安徽 蕪湖 241000)

長江中下游河道上起宜昌，下迄長江河口，全長1893km，是江海聯運的黃金大通道，其干流堤防長約3900km，對長江經濟帶防洪安全至關重要。長江中下游為沖積平原，河岸地質構造多呈二元結構，抗沖性較差。近年來，受河道自然調整及三峽水庫清水下泄的影響，來沙量大幅減少，河段沖淤不平衡[1]，迎流頂沖段表現尤為突出，崩岸險情屢屢發生，部分已治理河段遭受較大流量沖刷后出現了新的險情，嚴重威脅了堤防安全和人民生命財產安全，隨著今后長江經濟帶戰略的延伸推動，選擇合適有針對性的護岸型式，提升護岸的時效性、耐久性，加強崩岸治理能力，維護長江河道的穩定，顯得尤為重要。

1 工程概況

安徽省長江崩岸應急治理工程分布在長江上下三號、馬當、官洲、太子磯、貴池、大通、銅陵、黑沙洲、蕪湖和馬鞍山等12個河段[2]，涉及安徽省安慶、池州、銅陵、蕪湖、馬鞍山等5個地級市，共治理24處崩岸段，護岸總長43.85km，主要包括水上護坡和水下護腳兩部分。分類統計見表1。

表1 崩岸治理工程分類匯總 單位:km

2 崩岸主要形式

在水流沖刷作用下，岸坡變陡失穩崩塌，據統計，2002年以來，安徽省長江干流河段新增崩岸17處，崩長80.3km。根據河岸地質結構及水流沖刷強度不同，崩岸主要有條崩、窩崩及風浪洗崩等形式。

a.條崩：當上覆黏性土較薄或河岸基本由單一砂性土組成時，在水流長期沖刷作用下易產生條崩險情，崩岸范圍及程度較大，見圖1。如上下三號河段上三號洲尾右緣崩岸，受中汊發展、水流貼岸沖刷作用，上三號洲尾右緣近期持續崩退，崩長約5km、最大崩寬約400～500m。

圖1 條崩

b.窩崩：當上覆黏性土較厚，水流頂沖或環流淘刷作用下易產生窩崩險情，危害程度最大，見圖2。崩窩一般可分為三種類型：?河岸全線或較長岸線發生崩退，產生連續的崩窩，岸線呈鋸齒形，如馬鞍山河段江心洲左緣連續崩窩；?當水流方向與河岸交角很大時，水流對河岸的流速梯度(或切應力)很大，由強烈的回流淘刷河岸形成崩窩，岸線呈Ω形，如無為天然洲頭右緣崩窩；?在岸線較平順條件下，由于土體失去穩定產生孤立的崩窩，岸線呈圓弧形，如樅陽長沙洲左緣崩窩等。

圖2 崩窩

c.洗崩：在水流貼岸沖刷不太強烈、汛期水流上灘、中低水期河水歸槽地段，上覆土層抗沖刷較弱、下覆土層抗沖刷較強或有水下防護區域，在中高水期受風浪洗刷作用易產生崩岸險情，主要表現為岸灘崩塌，容易造成水流超后路現象，見圖3。如永紅轉拐段，岸坡受風浪洗刷而逐年崩退。

圖3 洗崩

3 治理方案比選

3.1 護岸方案比選

長江中下游護岸型式主要有平順護岸及挑流式護岸兩種。長江中下游河岸大部分由疏松沉積物組成，具有二元結構，上層為河漫灘相的黏土，下層為河床相的中細沙[3-4]，抗沖刷能力差，崩岸主要由下部砂土層沖刷所致。多年的護岸經驗表明，平順護岸對水流結構改變較小，有利于岸坡穩定，因此本工程采用平順護岸型式。根據《護岸技術要求》等相關技術要求，護岸工程以設計枯水位為界，分水上護坡和水下護腳兩部分。

3.2 水上護坡工程型式比較

水上護坡要求抗沖性能好和穩定性強，長江中下游常用的護坡結構型式有漿砌石、干砌塊石、干砌混凝土塊以及雷諾護墊護坡等(見圖4～圖7)，均可滿足抗沖及穩定要求。但從工程造價、施工工藝、材料供應及與河岸地形相適應等方面進行比較，則各有優缺點。水上護坡工程主要型式比較見表2。

表2 水上護坡工程主要型式比較

圖4 漿砌石護坡

圖5 干砌石護坡

圖6 干砌混凝土預制塊護坡

圖7 雷諾護墊護坡

上述護坡型式，混凝土預制塊護坡防護效果好，外形美觀，材料供應充足，造價較低，可現場提前預制也可訂購，節省工期，但其抗沖性能不如塊石護坡；干砌塊石護坡排水性能好，工程造價低，抗沖性能強，缺點是施工速度慢，塊石質量要求高，石料供應緊張，一般用來砌筑坡面或原砌石護坡損壞修復；漿砌塊石護坡防護效果、美觀程度均較好，抗沖及穩定性好，但工程造價高，塊石質量要求高、供應少，一般僅用來少量砌筑腳槽、封頂及隔埂；雷諾護墊護坡較生態，整體性和透水性好，具有可適應變形、耐久、防水流沖刷和防浪等優點，可有效防止水流淘刷岸坡而導致的岸坡變形，但工程造價高[5]。

綜合上述護坡型式優缺點，結合護岸段工程特點，推薦干砌塊石和預制混凝土塊護坡兩種型式，原有塊石護坡受損修復、工程量較小段，采用干砌塊石護坡型式；其他段采用干砌混凝土預制塊護坡型式。

3.3 水下護腳型式比較

長江中下游常用的平順護岸結構型式有拋石、混凝土鉸鏈排、模袋混凝土、模袋沙等，見圖8～圖11。但從工程造價、施工工藝、材料供應及與河岸地形相適應等方面進行比較，則各有優缺點。水下護腳工程主要型式比較見表3。

圖8 水下拋石

圖9 混凝土鉸鏈排

圖10 模袋混凝土

圖11 模袋沙

表3 水下護腳工程主要型式比較

從性能、適用范圍、施工技術、材料來源、工程維護、工程造價等方面進行比較可以看出，各種型式均具有抗沖能力強或較強的特點，其中拋石造價較低，自調能力強，能較好地適應河床的變形，雖然工程運行期間需加強維護，但維護加固方便，故被廣泛采用；鉸鏈排整體性好，施工技術要求較高，一般不需維護，部分地段岸線平順、無拋錨區、新護岸段可用；模袋混凝土整體性好，一般不需維護，但施工技術要求較高，適應河床變形能力差；模袋沙護岸可利用岸灘沙土，就近取材，工程造價較低，但易損壞，損壞后泥沙流失，防護效果失效。

綜合上述各護腳型式優缺點，結合護岸段工程特點，推薦采用拋石和鉸鏈排兩種護腳型式。

3.4 水下防沖層型式比較

為適應河床沖淤變化，抑制沖刷向岸坡發展，水流貼岸頂沖段拋石護腳前沿設置防沖層，一般為拋石防沖和鋼絲石籠防沖兩種型式。

拋石防沖在長江護岸工程中應用較為廣泛，施工簡單，適應河床沖刷變形性好，工程造價較低，缺點是施工時定位難，存在拋石分布不均勻和虛噸位。鋼絲石籠方案采用鋼(鉛)絲做成網狀籠狀結構，內填塊石、礫石或卵石，以增強抗沖能力和整體性，缺點是施工較拋石復雜，適應河床沖刷變形性弱，造價比拋石高，優點是整體抗沖效果好，施工過程中工程量易控制。

鑒于鋼絲石籠施工較復雜，且工程造價較高，適應河床沖刷變化能力較拋石弱，普通塊石能較好地適應河床沖刷變化，有效發揮防沖作用，因此推薦采用拋石防沖型式。

3.5 比選方案總結

3.5.1 水上護坡(坎)型式

綜合比較各種護岸型式優缺點，水上護坡(坎)采用干砌塊石和干砌混凝土預制塊兩種護坡型式。針對各護岸段水流和河岸邊界條件、崩岸現狀及發展趨勢、已護岸工程情況等方面因素，對岳王廟、大同圩等5處采用干砌塊石護坡(坎)型式，對王家洲、幸福洲等17處采用干砌混凝土預制塊護坡(坎)型式。

3.5.2 水下護腳型式

綜合比較各種護岸型式優缺點，本次結合各護岸段水流和河岸邊界條件、崩岸現狀及發展趨勢、已護岸工程情況、工程區附近材料供應情況等方面因素，對江調圩等8處采用混凝土鉸鏈排護腳型式，護長16.03km；其余15處(高沿圩2.23km無水下拋石護腳)均采用拋石護岸型式，護長25.59km。

4 總結與分析

目前長江中下游河道崩岸特征主要表現為弧形窩崩、條形倒崩、風浪洗崩等形式，從工程穩定性、抗沖刷能力、河床變形適應性、施工等方面考慮，比較適合的水上護坡型式主要有干砌塊石和干砌混凝土預制塊，水下護腳型式有拋石及混凝土鉸鏈沉排兩種。長期以來，國家和地方投入了大量人力、資金，對長江安徽段崩岸進行了初步的治理，目前河勢總體上是穩定的，但從局部河段來看，仍存在許多問題：比如己建護岸工程標準低、范圍短，防護效果不好；重要控制節點守護效果不佳；新材料應用進展緩慢，與當前治水要求不協調等。因此，充分認識崩岸的類型，摸清崩岸產生的機理，采取有針對性治理措施，總結梳理前人成果，對今后長江中下游河道的崩岸治理大有裨益。

在今后的治理工程中應注重做好以下幾方面的工作：

a.根據崩岸發展趨勢，合理確定防護范圍，選擇有針對性的護岸型式，提高治理的時效性。崩岸治理在一定程度上將使水流頂沖點發生上提或下移，產生新的沖淤變化，影響河勢調整，崩岸治理范圍必須考慮工程實施后的影響范圍。護岸型式針對性不強，防護范圍不合理，易造成治理費用增加，治理效果達不到預期，甚至可能形成不可逆轉的河勢格局。

b.加強崩岸類型和崩岸機理認識研究。本文僅從河勢演變、穩定性、抗沖刷能力、適應河床變形及經濟等因素考慮比選護岸型式，但影響崩岸因素較多，不同崩岸類型機理分析不透徹，處理措施針對性不強，易導致護岸工程耐久性弱，甚至產生次生崩岸。

c.加強水下坡腳水毀表現形式研究。由于水下坡腳極易受水流淘刷, 易造成坡腳處根石失穩, 岸坡穩定性下降, 因此，掌握平順拋石護岸的水毀破壞表現形式及破壞規律，可為其運行維護和長期穩定提供必要的技術支撐。

d.加快新材料應用。護岸工程技術方案有多種，優缺點、適應性都不一樣，融合新材料、新技術和新方法，創新河道治理的新護岸型式意義重大。