三峡工程对长江中下游湖南段影响处理的护岸加固设计

杨 勇

（辽宁省丹东市水务服务中心，辽宁 丹东 118000）

1 引言

三峡工程建成后提高了长江中下游防洪能力，有效保护了中下游防洪保护区人民生命财产安全，增加枯水期流量，总体改善中下游航运条件。然而，三峡工程蓄水以后也明显改变了长江中下游河道的水沙条件，水库清水下泄致使河道冲刷[1]，对中游局部河段的河势调整、岸坡稳定、部分城镇居民饮水和农业灌溉、河段航运以及中下游的生态环境等也会产生一定的不利影响。为此，国务院三峡工程建设委员会办公室组织有关部门编制“三峡工程后续工作规划”[1]，重点对三峡工程蓄水运用后坝下游水流对河床冲刷而导致局部河段河道演变规律，以及河道演变的强度和速度发生变化进行研究，并提出相应的治理措施。

2 长江湖南段存在的主要问题

长江湖南段地处长江中游，沿江区域为岳阳市，是洞庭湖生态经济区的重要组成部分，土地肥沃，物产丰富，人口稠密，农业发达，是湖南省的精华地区，也是我国重要的粮棉油生产基地。岳阳长江大堤直接保护岳阳地区的防洪安全，岳阳长江干堤上起岳阳市华容县塔市驿五马口，下至黄盖湖农场铁山咀，全长142.05 km，直接保护着岳阳市中心城区和华容、君山、建新、楼区、云溪、临湘6 个县(市、区)所属沿江堤垸。长江湖南护岸河段，三峡工程建成至今，总体河势和河型目前虽然得到控制，但在不同来水来沙条件和特定的河道边界条件下，部分河段河势调整变化仍比较剧烈，致使部分地段的护岸工程失效损毁，进而产生新的崩岸。

据不完全统计[2]，2003 年以来，岳阳河段崩岸长度也较三峡蓄水运用前明显增加。据岳阳修防处提供的监测数据，2003 年～2009 年，岳阳河段年均发生崩岸长度约25 km，最大崩宽为17 m。1998 年～2012 年，下荆江河段发生了约132 处的岸滩崩退险情，合计长度约47 km，2008 年11 月的新沙洲崩岸及调弦关护岸损毁，其中北门口、北碾子湾等段年际间频繁发生崩岸险情。下荆江河段局部河势的恶化表现在石首河弯河势的剧烈调整，北门口的崩岸一方面危及石首市的防洪安全，另一方面造成下游河势的连锁反应，北碾子湾、寡妇夹等处不断出现崩岸险情。下荆江中洲子下段，近期岸线崩退较为严重，原有护岸范围较短、较薄弱，若不能及时进行控制，将对上下游河势造成极不利影响：改变水流顶冲点及范围，产生新的崩岸，引起大的河势变化。

3 河床演变冲刷处理的护岸加固设计

根据三峡工程蓄水后下游河道的实际演变现状，并综合考虑三峡工程运用后，该河段还有可能出现的不良趋势，进行防护河段（二期）整治工程的处理措施主要有护坡工程、护脚工程、枯水位下陡坡处还坡处理等护岸加固措施[3]。

3.1 护坡工程

根据长江两岸历年来已实施的护坡工程来看，比较常用的结构型式主要有干砌块石、浆砌块石、预制砼六角块、现浇砼块、雷诺、生态砼砖等护坡型式，综合比较后选择干砌块石、预制砼六角块和联锁植草砖护坡三种护坡形式，根据各河段的实际情况进行护岸治理[4]。

3.1.1 初拟各种护坡形式结构设计

（1）干砌石护坡

考虑开采毛石时的厚度不一的实际情况，为了施工简便，本工程初拟块石厚度均取0.45 m～0.35 m。护坡基面铺设一层砂石垫层，厚度0.15 m。因干砌石块与块之间存在缝隙，水流容易将其中泥土、砂石带出，影响块石的稳定，故本次在块石底和砂石垫层之间加设一道聚酯无纺布（250 g/m2）。因长江河岸岸坡坡面较长，故应考虑分段实施，在坡长中部加设1 道砼基座，基座尺寸初拟0.6 m×0.8 m，枯水平台处脚槽尺寸初拟为1.0 m×1.2 m，护肩仍采用干砌石，宽度0.8 m，厚度与护坡厚度相同。该种护坡型式运用于当地石料充裕、开采运输方便、外滩较宽、风浪较大、容易塌方的岸线。干砌石护坡断面设计见图1。

图1 干砌石护坡断面设计图

（2）预制砼C20 六角块

结合目前已建工程中混凝土预制板的实际厚度情况，该处预制砼C20 六角块厚度取0.12 m；预制砼基底设置土工格栅格室装砂石垫层，厚度0.10 m；护肩砼强度等级为C20，宽度0.5 m，厚度0.3 m。预制砼坡面设置PVC 排水管，排水管直径φ50，管后端部包裹土工布（250 g/m2），排水管出口稍倾向水平面以下，以便水流排出；护坡面每隔80 m 宽度设置1 道坡面排水沟，沟渠尺寸0.4 m×0.3 m。预制砼C20 六角块护坡见图2。

图2 预制砼C20 六角块护坡断面设计图

（3）联锁植草砼砖护坡

该种护坡砌护容易，且砖中孔洞种植的植物生长根系可直接深入河岸土体中，稳固性较好，平衡生态环境，但造价相对也较高。本次选用护坡型号为500×300×150，即每块砖长0.5 m，宽0.3 m，厚0.15 m，砖与砖之间扣缝布置，砖中间预留孔洞回填营养土和植草，护坡底面设置营养无纺布（250 g/m2）一层，其下设0.12 m 厚砂石垫层平整坡面。为减小大面积砖块的沉降变形，在沿护坡岸线长度方向每20 m 设置1 条C20 砼小隔墙，隔墙宽0.3 m，深0.25 m，长度顺坡而下至常水位+1.0 m 基座处。

长江河岸岸滩多为含沙性高的土层，地下水位较高，渗水量较大，为避免坡面流土或被顶托变形，本次设计在砼予制块护坡底层设置Y 型导滤沟，导滤沟截面尺寸为50 cm×50 cm，采用土工布（250 g/m2）铺底，再以级配砂卵石填满，沟间距10 m。沿护岸坡面每隔80 m 设置一条排水沟，截面尺寸为40 cm×30 cm，矩形断面，以C20 砼砌筑，护砌厚度0.2 m，与滩顶纵向排水沟连通，排至枯水平台处。联锁植草砼砖护坡断面设计见图3。

图3 联锁植草砼砖护坡断面设计图

3.1.2 初拟护坡型式投资比选

以1∶3 的坡比为例，护坡高程均从岸滩顶护至设计枯水位以上1.0 m，不管护坡型式如何，坡长基本一致，故本次列举各护坡型式投资均按每延米宽、长计算。各护坡型式每延米宽、长投资汇总表见表1。

表1 各护坡型式每延米宽、长投资汇总表

从表1 可以看，单宽每延米计算时，干砌石护坡投资最省，联锁植草砖投资最高。从施工条件看，砼预制块护坡便于人工搬运，自重相对较小，抗击风浪能力稍弱，但坡面整齐密实，被淘刷的可能性小，施工方便；干砌块石因其自重大抗冲刷能力较强，对岸坡稳定性较好，且材料为当地料，运输方便，在投资上稍占优势，而且块石与块石之间的空隙便于草类生长，对促进生态环境有利，只是在草类还未长好前，波浪淘刷容易将空隙中土料带出，这就要求块石需有一定厚度，在其下铺设一层土工反滤布，消减风浪淘蚀；联锁植草砖护坡单价稍高，但其适应地基变形能力强，植物根系可进入岸坡土体中，实现水体与坡下土体间的自然对流交换功能，既能达到生态平衡，又能消减一定的浪压力，维护岸坡稳定。空隙中的植物生长类型还可根据当地的环境适应性进行选择。按照生态文明建设的要求，本阶段对上述3 种护坡型式根据各桩号段所处位置而进行推荐采用。

3.2 护脚工程

3.2.1 三种护脚形式的特点

长江护岸工程型式目前使用的主要有：抛石、土工布压载软体排、钢丝网（石）笼等[5]。由于以上各种护脚型式在适用范围、防护对象、施工工艺和工程造价等方面均存在优缺点，故需综合考虑水流边界条件，岸坡地层受水流冲刷的强弱以及当地护脚型式实施的可能性，对各岸线护岸段有针对性的选择适用而经济合理的防护方案。三种护脚形式的优缺点见表2。

表2 三种护脚形式的优缺点

抛石护岸工程能很好地适应河床变形，只要设计合理、抛投准确，护岸效果均较好，所以适用范围广，施工方便。土工布压载软体排系通过聚丙烯编织布上的纵横系结环将预制混凝土块连接固定组合成排的护岸工程结构形式，该种护岸型式主要是针对河床地层为粉细砂层或含沙量比较高、抗冲能力弱的新护岸段，垫层土工布有反滤功能，能有效的防止混凝土块下的河床泥沙被淘刷而影响护砌体的稳定与护岸效果。钢丝网石笼是选用高强钢丝，采用防腐处理后编织而成，装成1 m 宽、1 m 长、高0.8 m 的笼子，钢丝网笼装填块石后可直接吊装抛投，块石与块石之间可以调整并贴近床面。该方案后期维修费用少，可减少工程维修经费，施工简便，计量简单，是一种较好的守护方式。

3.2.2 护脚型式比选

拟推荐采用的该三种材料结构型式，特性见表3。从护脚材料特点看，抛石、土工布压载软体排+抛石、钢丝网石笼等三种护脚型式可以达到人工石和块石采量的平衡性，降低对环境的破坏，根据各护脚方式的特点，在水流条件和地质条件不同情况下配备不同的护脚方式。

表3 各种护脚材料型式的技术特性表

3.2.3 护脚型式投资比较

以新护厚度1.0 m（大于2 倍最大抛石粒径）、抗击同等水流流速为例，护脚高程均从设计枯水位以上1.0 m 护至坡脚河床横向坡比1∶3～1∶4 处，一般护至坡脚平缓段后20 m 左右宽度处，对于枯水位下的岸坡(河床)坡比陡于1∶1.5 的，则先采用抛石将其坡比护至1∶2.0 后，再进行所选用护脚型式进行护砌，不管护脚型式如何，护脚范围均基本一致，本次列举各护脚型式投资均按每延米宽、长计算（本次投资不计入陡坡处抛石还坡成1∶2.0 的量）。

参考已建长江护岸中计算抛石粒径采用的水流流速，同样取3.0 m/s，估算最大抛投粒径0.354 m，按2～3 倍左右粒径抛投，三种抛投型式比选的基本尺寸如下：

抛石护脚：考虑块石间缝隙，仅抛投块石初拟厚度1.0 m；

土工布压载软体排+抛石：土工布压载软体排一层，砼预制块厚度0.08 m，采用聚丙烯编织布条绑住，上部压载初拟0.8 m～1.0 m 厚度的抛石；

钢丝网石笼：钢丝网石笼具有一定的柔软性，若采用在坡面较陡处容易出现上薄下厚的局面，由于该型式为装袋结构，可根据岸坡水流情况拟定其结构尺寸大小，故本次仅将此护脚型式布置在坡脚部位，作为坡脚压载所用，加强坡脚的整体性。单位长宽各护脚方案投资对比表见表4。

表4 单位长宽各护脚方案投资对比表

图4 护脚大样设计图

从表4 看，单位长、宽护砌的投资属铁丝网石笼护脚型式最贵，抛石最便宜，各护脚型式适用河道水流条件及河床地质情况不同而被选用。

3.3 枯水位下陡坡处还坡设计

本工程区内岸坡在枯水位以下均有塌岸现象，局部区域较为严重，根据现场调查资料可知，塌岸高度深度7 m～18 m 不等，塌岸坡度陡于1∶2.0，形成不稳定坡比。为防止岸坡继续垮塌，需对不稳定岸坡进行防护设计。

枯水位以下岸坡防护设计一般采用填坡或削坡处理，填坡设计可采用水下抛石型式或填土碾压密实型式。水下抛石护岸为直接投抛块石进行岸坡保护，防止水流继续淘岸。枯水位下土坡填筑或削坡处理设计则需在长江河道靠岸处修建土石围堰，长江岸边深泓距滩顶高度最高达40 m 左右，距枯水位高度20 m 左右，而垮岸塌岸险情不是沿线均布，各工程区分布较散，故修筑围堰进行枯水位下岸坡削坡或填筑土坡均较为繁琐，对长江过流影响较大，不确定的水汛信息给安全施工带来一定难度，相应投资亦会增加较大。

故本次仍选用常规的抛石还坡型式对水下陡坡处进行边坡稳定维护。

3.4 裹头设计

受河势冲刷调整的影响，护岸工程所在地段的主流线平面位置年内变动范围可能会发生变化，弯道顶冲点或过渡段主流靠岸贴流点可能会上下游浮动变化，而已经护岸的工程段往往会抑制河势的变化，若护岸工程两端是自然岸坡，其抗冲刷能力远弱于护岸工程段，成为一个弱势体，故容易被淘刷、形成崩窝，对护岸端部的坡面稳定产生不利，因此，在护岸工程设计中，新护岸工程上下游两端一般需作裹头处理。裹头纵向长度可根据崩岸强度来确定，取15 m 左右；沿横断面的守护范围可较工程段适当缩短，裹头工程护脚一般采用散抛块石，抛石厚度0.6 m 左右，水上护坡部分上下游末端则采用端部齿槽进行锁口，端部齿槽尺寸0.5 m×0.8 m。裹头范围内的水上、水下护坡应同时实施。

4 结论及建议

多年来，长江湖南段(下荆江河段和岳阳河段)虽对严重崩岸段和重点险工段实施了控制，但由于投资的原因，有些项目尚未完成，有些地段守护工程量相对较小，在长期水流的作用下，河势仍在调整，崩岸仍时有发生，并已对两岸经济造成了不利影响。本次长江湖南段进行河道护岸加固措施，尽可能减小三峡工程对坝下游河道可能带来的不利影响[6]，基本保障2020 年长江干流湖南段河道堤防工程和护岸工程安全，避免出现重大崩岸险情和较大的河势变化。