上荆江河段南五洲崩岸整治工程护岸形式选择

杨梦云，张根喜，朱勇辉

上荆江河段南五洲崩岸整治工程护岸形式选择

杨梦云1，张根喜2，朱勇辉3

（1.湖北省荆州市长江河道管理局公安分局勘测设计院，湖北公安 434300；2.湖北省荆州市长江河道管理局，湖北荆州 434000；3.长江科学院水利部江湖治理与防洪重点试验室，武汉 430010）

南五洲险段常年抢护但崩岸仍时有发生，采用的水下抛石措施，需大量开山采石而对开采区生态环境产生不可逆转的破坏，同时在工程实施区域需大面积削坡以维持坡面稳定，个别堤段还需退垸堤防、侵占农田、重建相关水工建筑物和农田水利设施等，其经济效益和社会效益都有待综合评估。为此，根据南五洲险段崩岸的主要影响因素及近岸地形变化趋势，针对南五洲险段崩岸整治措施的选择问题进行了详细的分析论述。提出了在不改变河势和对岸滩岸稳定、保持防洪态势和既有航道条件下，利用水下承台堆石护脚、阻滑桩结合长充沙管袋护脚，同时水上护坡工程二级护坡采用三维植被网护坡的新思路。

上荆江；崩岸整治；护岸形式；阻滑桩护枕护脚；承台堆石护脚；生态护坡

1 工程概况

南五洲位于上荆江公安河段郝穴河弯右侧，总面积约76 km2，其中垸内面积53 km2，现有居民4 171户，保护人口3.26万人，是公安县粮棉生产主要产区之一。南五洲堤防全长46 km，其中临左汊25 km堤段直接抵挡长江洪水，是荆江分洪区荆南长江干堤杨家厂—黄水套段的防洪屏障。南五洲段堤顶高程42.5～43.0 m（吴淞高程，下同），其中有20 km为无滩堤段，有滩堤段外滩宽仅2～20 m，外滩高程38.0～39.0 m。郝穴河弯左岸的黏性土层厚度比南五洲大，一般超过10 m，且土质组成比南五洲好。宜昌—武汉河段洲滩地质勘探成果显示：南五洲荆178孔及天兴洲16孔自1975年河床平均高程以下均为细沙层。受对岸矶头群挑流的影响，主泓逐年南移，南五洲深泓逼近，1993年后更是贴岸而行。自1960年以来，南五洲临江堤防曾先后发生崩岸险情43次，19次退堤，退堤长度16 km。此外，南五洲除受到郝穴原有矶头群的影响外，2006年完建的周天河段航道整治工程布置的潜坝群和护滩带也对南五洲崩岸带来一定影响。

南五洲险段崩岸常年抢护却仍时有发生，如采用丁坝或矶头护脚，有违河道整治中左右岸兼顾的原则；平顺式水下抛石护脚，块石易随着河床的形态变化而发生调整从而逐渐下沉流失；再次退垸又面临垸内日趋减少的农田被侵占等问题。因此，本文通过分析，对上荆江河段南五洲崩岸整治中护岸形式的选择提出了新的方案。

2 南五洲险段崩岸的主要影响因素及近岸地形变化趋势

南五洲险段崩岸的影响因素主要为地质条件、岸坡形态及地貌、近岸水流条件、地下水渗透压力和自然生态的损毁等多种不利因素的综合影响。其中周天河段航道整治控导工程的潜坝群和护滩带进一步改变了河床的自然边界条件，无论是近期还是远期，对南五洲险段的影响都是不容忽视的。

南五洲崩岸每年多在4—5月份发生，暴雨的冲蚀和下渗使土体浸泡软化、湿重度增加，形成较大的地下水渗透压力［1］。同时在郝穴原有矶头群及航道整治工程的潜坝和护滩带的综合作用下，受其挑流影响，深泓将进一步向右岸南五洲逼近并加剧对右岸近岸河床的纵向冲刷和侧向侵蚀，其中覃家渊—草房关受到的影响最大［2］。航道整治工程对限制中、枯水期主流左摆起到了显著作用，改变了该段主流线（原年际间）左右交替摆动的中、枯水期河势变化格局，主流基本稳定在偏右岸的河床下行，一定程度上加强了南五洲险段桩号27＋800至26＋600近岸河床的冲刷（见图1）。自2007年以来，该地段近岸河床冲刷幅度较大，水下边坡的坡比值由0.520（约相当于1∶2.0的坡比）增大到0.617；坡脚内坡的坡比值由0.415增大到0.532。在郝穴河段河势格局基本稳定的现实情况下，该段近岸河床将继续冲刷，鉴于目前该段水下边坡和坡脚内坡的坡比值接近临界状态，该段近岸河床继续冲刷将可能演变为较大规模的岸线崩塌。

3 南五洲险段崩岸整治措施的选择

崩岸的整治，对不同的河段应根据崩岸成因、险段地质条件、现场施工条件、堤防运行要求及综合经济效益等因素综合考虑，选择最优的治理方案进行综合整治。整治措施一般以设计枯水位为界分为护坡和固脚2个方面，即设计枯水位以上实施水上护坡工程，设计枯水位以下实施水下护脚工程。从荆江分洪区和虎西备蓄区的经验看，对崩岸的整治，一般是以水下护脚为主，水上护坡为辅。特别是发生在汛前的崩岸应急整险工程，首先进行的是固脚，有条件时同时采用削坡减载、袋土还坡。

3.1 水下护脚工程

水下护脚工程经常受水流的冲击和淘刷，需要适应水下岸坡和河床的变化，所以需根据近岸河床冲刷情况、河床地质边界条件，选择合理而有效的水下护脚工程方案。整治崩岸抢险工程中常见的水下护脚方案有丁坝或矶头、抛石（枕）、各种类型的沉排、石笼护脚等。其中，抛石护脚是平顺坡式护岸下部固基的主要方法，也是应急整险工程中优先选用的方案。荆江分洪区各处险段的整治除朱家湾险段于1980年实施过抛枕外，其它险段一般多采用抛石护脚（岸）。

3.1.1 丁坝或矶头护脚

1852年南五洲对岸修建了郝穴矶头，从此成为荆江大堤重要的护岸工程。2005年周天河段航道整治控导工程实施时，南五洲对岸修建了潜坝群和护滩带，以让河道过郝穴矶头后主流从九华寺开始过渡到右岸的覃家渊一带。2011年再次在周公堤主航道北侧开挖一条长度近600m，宽度为100m的预备航槽。

无论从防洪还是航运的角度来看，在南五洲采用丁坝或矶头护脚，以改变近岸水流结构及流态，从而解决河势问题，对荆江大堤和周天河段航道均不利；违背了河道整治中左右岸兼顾的原则和协调处理好防洪、排涝、航运、灌溉、供水、发电和环境保护等方面的要求。故在南五洲采用丁坝或矶头护脚是不可行的。

图1 南五洲河段河势及险段位置图Fig.1 River regime and location of dangerous segments of the Nanwuzhou River Reach

3.1.2 水下抛石护脚

从地质及河床边界条件看，南五洲险段土质组成比郝穴差，南五洲荆178孔及天兴洲16孔自1975年河床平均高程以下均为细沙层。水下抛石并不能改变其地质条件，由于河床基底的易冲性，只是增加了一层会不断下沉和流失变薄的缓冲层。

从河流形态及水流结构与近岸流态看，在郝穴原有矶头群及航道整治工程的潜坝群和护滩带的综合作用下，受其挑流影响，深泓将进一步向右岸逼近并加剧对右岸近岸河床的纵向下切和侧向侵蚀及沿程冲刷。河床演变中的冲淤变化总是在三维空间进行，当河床的横向冲刷受到人为边界条件制约时，冲淤变化将转向纵深方向发展；如果纵、横二维空间均受到边界条件制约，河床的冲淤变化就可能在三维空间作沿程转移，即对下游河床地质边界条件薄弱的地方产生冲刷。在这种纵向下切、侧向侵蚀和沿程冲刷下，水下抛石的断面会随着河床的形态变化而发生调整，抛石将逐渐下沉流失，从而改变了对岸脚的保护程度，达不到预期的效果。这也是经常需要补抛的原因。

从航道整治方面看，主航道始终在右岸一侧，主泓贴岸而行。若水下抛石量不足，将只能临时缓解崩岸的发展，起不到最佳和有效的保护岸脚的作用；若水下抛石量过大，则对枯水期的航运又带来负面影响。

综上所述，南五洲险段因其特殊的地理位置和条件，水下抛石护脚并不是一个最佳的方案。这也是南五洲险段崩岸常年抢护却仍时有发生的主要原因。

3.1.3 水下沉排或充沙管袋护脚

软体排作为一种新材料、新工艺，在荆江防洪工程中已有成功的使用先例。软体排具有整体性和柔性，能适应一定的河床变形，但只适应水下坡度缓于1∶2.0及河床变形不大的河段，而不适应复杂地形和已有块石抛护段［3］。南五洲险段1960—2010年期间，累计水下抛石36万m3，水下地形复杂，水下沉排无疑是不适用的。

充沙管袋护脚是筑沙袋坝并顺坡面向上升，然后向崩窝内吹填泥沙至淤满，适用于窝崩，不适用于条形崩岸。由于充沙管袋的长宽比过大，流速和流向的微小变化都会导致充沙管袋在床面上分布形态的变化，充沙管袋空隙之间的泥沙被水流淘刷，会引起其在床面上的重新调整，最终在守护区上层仍会出现空挡，在水流的持续作用下出现破坏现象［4］。此外，在深水施工中长管袋进占的水下定位及铺设的施工方法还有待进一步探索［5］。筑沙袋坝的实质是以沙袋还坡、矶头护脚，改变了近岸水流结构及流态，缩窄了航道，而且当充沙管袋损毁破漏时，沙袋坝会塌陷，崩岸将再次发生。

3.1.4 水下承台堆石护脚

鉴于南五洲常年抢护而崩岸仍时有发生的现状，水下承台堆石护脚是比较适应该处崩岸整治的一种方案。水下承台堆石护脚简单地说，就是先根据现场的水下地形及岸坡形态和重点保护范围，按一定的间距建数个分隔式的具有一定面积能满足设计堆石重量的独立承台，再在承台上堆垒能满足最大流速的块石或石笼，然后再做水上护坡工程（见图2）。该方案主要是利用水下混凝土（钢管）桩基础及承台作为堆石的基础，以改变接坡石及护脚石的基面，通过控制近岸河床的纵向下切达到保持水下护脚断面的有效性，进而控制水流对岸脚的侧向侵蚀，达到保护岸脚的目的，并没有改变河势，对荆江大堤和周天河段航道无不利影响。

图2 水下承台堆石护脚及生态护坡示意图Fig.2 Schematic of ecological slope protection and toe protection by rock fill of the underwater bearing platform

该方案的缺点是造价较高，从南五洲在长江两岸河道整治的主从关系和地理位置看，该方案可行，但经济上尚需考虑，应结合退垸堤防后侵占农田、拆迁房屋、重建相关水工建筑物和农田水利设施等经济效益和社会效益综合评估。对地理位置十分重要的堤岸，或地理位置虽属于次要，但自身在国民经济中具有特别重要地位并有迫切整治需要的堤岸险段，水下承台堆石护脚倒不失为一种可以考虑的方案。

3.1.5 阻滑桩结合长充沙管袋护脚

在既不可能采用丁坝或矶头护脚改变近岸水流结构，水下抛石又难以达到预期的效果，复杂的水下地形、常年的抛护及近岸的航道使得水下沉排或充沙管袋护脚也难以实施，水下承台堆石护脚造价又高的情况下，采取阻滑桩结合长充沙管袋护脚的方案，有助于改变南五洲常年抢护但崩岸仍时有发生这一现状。

所谓阻滑桩结合长充沙管袋护脚，就是根据现场的水下地形及岸坡形态和重点保护范围，按一定的间距打数根维护陡岸稳定的阻滑桩。水下阻滑桩内、外侧抛（填）长充沙管袋护脚，实施水下阻滑桩内侧以充沙管袋护脚，以桩护充沙管袋，外侧辅助以充沙管袋或者模袋混凝土、块石护桩、护底、裹头和镇脚。通过控制近岸河床的纵向下切和水流对岸脚的侧向侵蚀，达到不改变河势，不影响对岸堤防的滩岸稳定与防洪态势和既有航道的通航与控导，长久保护崩岸段岸脚稳定的目的（见图3）。

图3 阻滑桩结合长充沙管袋护脚及生态护坡示意图Fig.3 Schematic of ecological slope protection and toe protection by anti-slide pile w ith sand filled bag

当桩基内侧护脚的长充沙管袋损毁、流失、破漏、塌陷时，在每年的枯水期，可予以补充，维护极为方便。桩基外侧护桩、护底、裹头和镇脚的长充沙管袋或者模袋混凝土、块石可视每年的水下监测结果确定是否需要补充、加固。

就南五洲的地质条件而言，阻滑桩结合长充沙管袋护脚比较适应。但在该处险段，考虑到对荆江大堤和周天河段航道的影响，不宜打多排阻滑桩，阻滑桩宜沿水迹线与岸线平行布置。

3.2 水上护坡工程

水上护坡工程与水下护脚工程一起构成完整的河道护岸工程。水上护坡工程的形式很多，主要有干砌块石护坡、浆砌块石护坡、混凝土六方块护坡、模袋混凝土护坡、水泥土护坡、生态护坡等多类。

南五洲历次崩岸均发生在4—5月份，仅就水上部分而言，如何保持这个季节岸坡的稳定，就成为在保持水下岸脚稳定前提下的一个重要问题。传统的护坡方法大多为刚性结构的浅层护坡，南五洲水上护坡工程历年均采用块石护坡，汛前的应急整险一般采用削坡减载、袋土还坡。刚性结构护坡因其滤料受波浪、雨水的影响易流失，当岸坡发生微小的变形时，刚性结构的坡面将因此而松动或塌陷。柔性结构的生态护坡目前在河道护岸中已有应用，岸坡上的植物能有效地削减波浪高度，减少风浪、暴雨及地下水渗流形成的侵蚀，防止土体崩塌或滑坡。发达根系固土植物在水土保持方面有很好的效果，从固坡的角度考虑，深根型的植物，如豆科草种、灌木或半灌木，这类植物为主根和侧根类型，一般根深可达5 m以上，植物根部起到了“加筋”作用。据周跃等人的研究［6］，在有侧根作用的土体中，其抗张拉力提高38.7%，这些植物的根系可增强坡面的稳定性，提高坡面的抗剪能力，有效防止滑坡坍塌，植物的枝叶还能减轻暴雨对坡面的侵蚀并缓解风浪对坡面的淘蚀［7］。从南五洲历次崩岸均发生在4—5月份这个时间段来看，南五洲险段水上护坡工程二级护坡采用三维植被网护坡或其他形式的植物护坡比单纯用块石或混凝土六方块护坡更能起到固土护坡的作用。

4 结 语

由于崩岸的机理比较复杂，对不同的河段，应根据河道整治原则、崩岸成因、险段地质条件、现场施工条件、堤防运行要求及综合经济效益等因素综合考虑。鉴于南五洲险段崩岸常年抢护却仍时有发生的现状，在采取水下抛石难以达到预期效果的情况下，采取阻滑桩结合柴枕或者长充沙管袋护脚，同时水上护坡工程的二级护坡采用三维植被网护坡的方案是有助于改变这一现状的。

对特别重要并迫切需要整治的险段，水下承台堆石护脚可以在无法改变河床基底的情况下，改变堆（抛）石的基面，从而达到有效护脚的目的。水下承台堆石护脚只是在南五洲崩岸整治中关于方案选择的一个设想，因资料有限，未能与其他护岸形式作经济性比较的定量分析，还有待于在理论和实践中进一步完善。

［1］ 谢礼明，李少雄，易发武，等.荆江河段岸坡破坏类型、影响因素及治理措施［J］.人民长江，2009，40（20）：4－6.（XIE Li-ming，LIShao-xiong，YIFa-wu，et al.Failure Types and Influential Factors of Bank Slope along Jingjiang Reach of the Yangtze River and Control Measures［J］.Yangtze River，2009，40（20）：4－6.（in Chinese））

［2］ 杨梦云.论上荆江河控中南五洲崩岸整治的必要性［C］∥董晓伟.长江堤防建设管理及护岸工程论文集.武汉：长江出版社，2006：254－261.（YANG Meng-yun.On the Necessities of Dike Collapse Treatment at Nanwuzhou at the Upper Jingjiang River［C］∥DONG Xiaowei.The Dike Construction and Management and Revetment Engineering of the Yangtze River.Wuhan：Changjiang Press，2006：254－261.（in Chinese））

［3］ 苏长城，廖小永，黎礼钢.土工格栅石垫及软体排在长江防洪堤中的应用［J］.人民长江，2008，39（15）：28－29.（SU Chang-cheng，LIAO Xiao-yong，LILi-gang.Application of Geogird Stone Cushion and Soft Mattress in Flood Control Levee of the Yangtze River［J］.Yangtze River，2008，39（15）：28－29.（in Chinese））

［4］ 姚仕明，卢金友，罗恒凯.长江中下游护岸工程新材料新技术试验研究［J］.人民长江，2006，37（4）：79－80.（YAO Shi-ming，LU Jin-you，LUO Heng-kai.Experimental Study on New Material，New Technology for Middle and Lower Stream Bank Protection Engineering［J］.Yangtze River，2006，37（4）：79－80.（in Chinese））

［5］ 李老虎，冯 波，丁献忠，等.抽沙充填长管袋褥垫筑坝施工工艺［J］.人民黄河，2000，22（2）：7－8.（LI Lao-hu，FENG Bo，DING Xian-zhong，et al.Technique of Dam Construction by Using Long Sack Cushion with Sand Filled Bag［J］.Yellow River，2000，22（2）：7－8.（in Chinese））

［6］ 周 跃，徐 强，骆华松，等.乔木侧根对土体的斜向牵引效应［J］.山地学报，1999，17（1）：10－15.（ZHOU Yue，XU Qiang，LUO Hua-song，etal.Traction Effectof Lateral Roots of Trees［J］.Journal of Mountain Science，1999，17（1）：10－15.（in Chinese））

［7］ 王 超，王沛芳.城市水生态系统建设与管理［M］.北京：科学出版社，2004.（WANG Chao，WANG Peifang.The Construction and Management of Ecological System in Cities［M］.Beijing：Science Press，2004.（in Chinese） ）

（编辑：周晓雁）

Selection of RevetmentW orks for Bank Collapse Treatment at Nanwuzhou in the Upper Jingjiang Reach

YANG Meng-yun1，ZHANG Gen-xi2，ZHU Yong-hui3
（1.Survey and Design Institute of Gong’an Branch of Jingzhou Yangtze River Management Bureau，Gong’an 434300，China；2.Jingzhou Yangtze River Management Bureau，Jingzhou 434000，China；3.Key Laboratory of River Regulation and Flood Control of MWR，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Although protection have been carried out over the years，bank collapse still occurs frequently at Nanwuzhou river reach.Underwater riprap needs tremendous stone extraction，causing irreversible damage to the ecological environment.Meanwhile，slope cut in large areas is needed in the project region tomaintain the slope stability.At some segments，dike retreatment，farmland occupation，hydraulic structure rebuilding，irrigation and drainage facilities rebuilding are required，hence the economic and social benefits need to be comprehensively assessed.In view of this，main influencing factors affecting the bank collapse，and offshore topographic change are analyzed.New measures to solve these problems are proposed as follows：toe protection by rockfill of the underwater bearing platform，toe protection by anti-slide pile with sand filled bag，together with three-dimensional vegetation slope protection as the second level slope protection work above water.Taking these new measureswill not change the river regime，the stability of the opposite bank，nor the flood protection situations or the existing navigation channel.

the Upper Jingjiang Reach；bank collapse treatment；revetment pattern；toe protection by anti-slide pile；toe protection by rockfill of bearing platform；ecological slope protection

TV861

A

1001－5485（2012）12－0010－05

10.3969／j.issn.1001－5485.2012.12.003 2012，29（12）：10－14

2012－06－05

杨梦云（1963－），男，湖北公安人，工程师，主要从事防洪减灾与河道整治工作，（电话）0716－5155822（电子信箱）mengyunyang1963＠yahoo.com.cn。

朱勇辉（1975－），男，湖南道县人，高级工程师，博士，主要从事防洪减灾、水流泥沙运动基本规律、江湖演变与治理等方面的研究，（电话）027－82820475（电子信箱）yhzhu75＠yahoo.com。