大马洲水道丙寅洲护岸结构型式研究

高辰龙

摘 要：本文结合大马洲河段河床演变特点、工程地形地质条件、已有护岸结构形式的研究，通过试验研究，提出了既能实现高滩守护，同时又能适当调整水流的护岸型式，可应用于工程实际。

关键词：大马洲水道 丙寅洲高滩守护工程 护岸结构

工程概况

大马洲水道位于长江中游的下荆江河段，为单一弯曲型河道，太和岭及天字一号为两个弯道弯顶点位置，两弯道之间衔接段为顺直段，长度约为6km。受上游窑监河段复杂的出口水流条件影响，该河段洲滩变化较大，岸线弯曲、不稳定。右岸丙寅洲上起监利右汊出口顺尖村，经天字一号至徐家档；左岸有太和岭矶头突入江心，太和岭至窑湾再至集成一带为大马洲边滩，窑湾至集成之间有一条长江故道（1969年上车湾人工截弯取直后改走新河，即下游砖桥水道）；丙寅洲与大马洲两边滩演变剧烈，对航道条件影响明显。

三峡蓄水前大马洲水道表现出典型的顺直河型交错边滩平行移动的变化特点，河道内主流的走向及过渡形式随着滩体的移动发生明显的调整。1989年～2003年三峡蓄水前，长江上游来沙减小，大马洲水道入口主流总体稳定、平顺。三峡水库蓄水以来，大马洲水道有冲有淤，冲淤总量基本平衡。冲刷的部位主要为：太和岭矶头内深槽和左岸坡、太和岭矶头—右岸丙寅洲中部边滩—左岸沙家边一带、丙寅洲下边滩已护岸线内侧、大马洲下边滩；淤积的部位主要为：丙寅洲上边滩，庙岭至横岭一带边滩、左岸沙家边向右岸黄家潭过渡带。从冲淤沿程分布来看，冲淤明显的表现出中洪水主流流路上滩体大幅冲刷，主流带以外的滩体相对较为稳定甚至略有淤积的变化特点，其冲淤分布图见图1。

大马洲水道的演变与上游窑监河段的河势变化关系密切，窑监河段乌龟洲右缘在蓄水以后开始逐年崩退，但由于种种原因，2009年底实施的窑监河段航道整治一期工程仅对乌龟洲右缘上段进行了守护，下段仍逐年崩退。这使得窑监河段出口，也即大马洲水道进口左岸的太和岭矶头逐渐凸出于江中，将主流挑向对岸丙寅洲高滩的作用不断增强，丙寅洲高滩随之大幅崩退，继而引起了主流深泓的大幅摆动，原本较为优良的滩槽形态迅速恶化，浅滩形态交错发展，航道条件较蓄水初期明显变差。

目前乌龟洲右缘虽已进行了全线守护，但大马洲水道的不利局面已然形成，因此，长江中游荆江河段航道整治工程拟对丙寅洲一带3269m的高滩岸线及大马洲一带2850m一带高滩岸线进行守护，同时对大马洲一带1813m已护岸线进行加固（图2）。

从工程平面布置及河道内水沙运动特性来看，丙寅洲一带高滩是控制大马洲水道过渡段航道宽度的右边界，也是大马洲水道水流折返顶冲的起点，同时近期贴岸深槽表现出了较为明显的冲刷发展，加之其自身岸坡稳定性较差。无论从确保工程治理效果及自身稳定而言，相较一般护岸均提出了更高的要求，故而有必要丙寅洲高滩守护工程的结构型式设计进行深入的优化研究。

工程部位地形及地质条件分析

大马洲河段位于长江中游，属于长江中游河床、江心洲、河漫滩地貌，两岸修有长江干堤，参见河势图。丙寅洲高滩位于右岸，岸坡走向近南北，坡顶高程27.8～31.2m，水面线以上坡高6～12m，坡角一般10°～20°，局部因崩岸岸坡近直立。由于岸坡均为砂层，且未治理，拟护坡自上游向下游约1350米段地形坡度较缓，加上分布有外滩，枯水期出露，坡高一般3～6m，崩岸较轻微，主要为浪坎，坎高1m左右。以下1920m段岸坡坡高一般7～12m，崩岸以条崩为主，后缘崩高1～2m，条宽0.5～1m，年崩退约5～10m。丙寅洲高滩整体坡度较陡，崩岸严重，稳定性较差。从工程区域地质钻孔情况来看，工程区内揭露的地层主要为第四系全新统（Q4al）冲积层。丙寅洲高滩岸坡地层为砂性土，上部为松散～稍密粉细砂，下部为中密粉细砂。整体地质组成较为松散，抗冲刷能力差。

护岸结构研究

1、陆上护坡结构研究

护岸形式一般分为坡式护岸、坝式护岸、墙式护岸、桩式护岸和生物护岸等，其中坡式护岸由于土方开挖量较大且对生态影响较大，而由于工程区域地质条件的限制，坝式护岸、墙式护岸、桩式护岸和生物护岸结构形式都不适合。根据现场踏勘，高滩守护上段断面岸坡较为平缓，采用斜坡式守护（见图3）开挖量较小，而高滩守护下段岸坡较陡，坡顶存在一定高度的浪坎，为了减少开挖，可将该段岸坡采用坡顶部挡土墙和下部斜坡式组成的混合式护岸。但由于丙寅洲高滩守护区域岸坡上部土层为粉细砂，容许承载力仅为110kPa，从结构稳定性出发，将挡土墙高度设为3m。从水土保持和减少植被破坏角度出发：中段断面间为混合式护岸（岸坡底部为斜坡式护坡，顶部为3m挡土墙护坡，（见图4））较斜坡式守护每延米可减少3.02m3的土方开挖量，即总开挖量减少为3228m3；另外每延米可减少了植被破坏宽5.51m，即总减少植被破坏面积为5890m2。

2、陆上护坡坡顶后方滩面守护结构研究

为增强陆上护坡坡顶后方滩面抗冲性能，优化工程效果，通过多种工况下的滩面进行抗冲效果试验研究，重点研究植被、护滩带间距、加筋三维网垫等影响因素对滩面抗冲效果的影响。试验表明低滩部分若没有植被覆盖，或施工过程中滩面上的植被受到破坏，滩面粉沙容易冲刷，护坎上段外滩在40000m3/s大洪水流量下流速大于0.8m/s的区域滩面发生明显冲刷，宜采取滩面守护工程措施。不同护滩带间距的对比试验表明，护滩带采取宽度为8m、护底排加散抛片石压重结构稳定性相对较好；护滩带间距为60m较为适宜，但护滩带附近仍有明显的冲刷坑形成；低滩滩面冲刷区采取加筋三维网垫生态护滩对局部流场的干扰小，滩面守护效果较好，且可促进泥沙淤积形成自然坡面，改善生态环境。守护效果图见图5。因此，采取加筋三维网垫对陆上护坡坡顶后方滩面进行守护，其工程布置区域见图6。

3、余排宽度试验研究

本项试验重点考虑D型排守护范围，研究不增加D型排护底的宽度方案和将D型排护底的宽度加大的两种工况。试验结果表明，增加的余排长度引起的两方案间的水位、流场分布无明显变化。汛期漫滩流量40000m3/s时，增加D型排护底宽度方案排头处的表面流速与主槽床沙的起动流速的比值有所减小，排头附近的冲刷程度应略有降低。动床试验成果表明：对于增加D型排护底的宽度方案，由于排头前伸接近主槽位置，汛期漫滩流量下的流速与床沙起动流速的比值略有减小，加之岸坡横向坡度减缓，排头冲刷坑形成后备填石的稳定性相对较好，排头悬挂长度减小，增加D型排护底的宽度的护底效果优于不增加方案，排体的宽度较为适宜。由于中下段受水流顶冲比较严重，同时也是控制主流的关键部位，对其水下护底进行加宽至300m，其工程布置区域见图6。

4、排上抛石棱体试验研究

为增强水下护底排对主流的控制作用，优化工程效果，对护底排排上抛石进行局部加厚形成棱体，本文对不同棱体高程的多种工况进行试验研究，重点关注抛石棱体群对水流条件及河势的影响。试验表明，在抛石棱体根部约60m长度的掩护区，护滩工程坡脚处流速有所减小，对维护坡脚稳定有利。在棱体的高程方面，随着高度的增加，棱体坝根附近流速逐渐增大，对护滩工程稳定性不利。因此将抛石棱体高度为1m较为适宜，其工程布置区域见图6。

结论

对坡度较陡的滩缘，陆上护坡采用直立与斜坡混合的护坎结构，在确保工程稳定的同时，也能避免大幅度的岸坡开挖。

由于大马洲水道的主流已经发生明显的不利调整，水下护底应加强对水流的控制力度，因此，对护岸工程中下段的水下护底进行加宽，并在加宽区域对抛石压载进行局部加厚，形成抛石棱体。

由于丙寅洲高滩上段高程较低，在大洪水流量下，该区域陆上护坡坡顶后方的滩体将过流，流速较大区域会发生明显冲刷，对此，在滩面冲刷区采取加筋三维网垫生态护滩，对局部流场的干扰小，且能促进植被恢复，滩面守护效果较好。

（作者单位：重庆交通大学）