高辰龍

摘 要：本文結(jié)合大馬洲河段河床演變特點(diǎn)、工程地形地質(zhì)條件、已有護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式的研究，通過試驗(yàn)研究，提出了既能實(shí)現(xiàn)高灘守護(hù)，同時(shí)又能適當(dāng)調(diào)整水流的護(hù)岸型式，可應(yīng)用于工程實(shí)際。

關(guān)鍵詞：大馬洲水道 丙寅洲高灘守護(hù)工程 護(hù)岸結(jié)構(gòu)

工程概況

大馬洲水道位于長(zhǎng)江中游的下荊江河段，為單一彎曲型河道，太和嶺及天字一號(hào)為兩個(gè)彎道彎頂點(diǎn)位置，兩彎道之間銜接段為順直段，長(zhǎng)度約為6km。受上游窯監(jiān)河段復(fù)雜的出口水流條件影響，該河段洲灘變化較大，岸線彎曲、不穩(wěn)定。右岸丙寅洲上起監(jiān)利右汊出口順尖村，經(jīng)天字一號(hào)至徐家檔；左岸有太和嶺磯頭突入江心，太和嶺至窯灣再至集成一帶為大馬洲邊灘，窯灣至集成之間有一條長(zhǎng)江故道（1969年上車灣人工截彎取直后改走新河，即下游磚橋水道）；丙寅洲與大馬洲兩邊灘演變劇烈，對(duì)航道條件影響明顯。

三峽蓄水前大馬洲水道表現(xiàn)出典型的順直河型交錯(cuò)邊灘平行移動(dòng)的變化特點(diǎn)，河道內(nèi)主流的走向及過渡形式隨著灘體的移動(dòng)發(fā)生明顯的調(diào)整。1989年～2003年三峽蓄水前，長(zhǎng)江上游來沙減小，大馬洲水道入口主流總體穩(wěn)定、平順。三峽水庫蓄水以來，大馬洲水道有沖有淤，沖淤總量基本平衡。沖刷的部位主要為：太和嶺磯頭內(nèi)深槽和左岸坡、太和嶺磯頭—右岸丙寅洲中部邊灘—左岸沙家邊一帶、丙寅洲下邊灘已護(hù)岸線內(nèi)側(cè)、大馬洲下邊灘；淤積的部位主要為：丙寅洲上邊灘，廟嶺至橫嶺一帶邊灘、左岸沙家邊向右岸黃家潭過渡帶。從沖淤沿程分布來看，沖淤明顯的表現(xiàn)出中洪水主流流路上灘體大幅沖刷，主流帶以外的灘體相對(duì)較為穩(wěn)定甚至略有淤積的變化特點(diǎn)，其沖淤分布圖見圖1。

大馬洲水道的演變與上游窯監(jiān)河段的河勢(shì)變化關(guān)系密切，窯監(jiān)河段烏龜洲右緣在蓄水以后開始逐年崩退，但由于種種原因，2009年底實(shí)施的窯監(jiān)河段航道整治一期工程僅對(duì)烏龜洲右緣上段進(jìn)行了守護(hù)，下段仍逐年崩退。這使得窯監(jiān)河段出口，也即大馬洲水道進(jìn)口左岸的太和嶺磯頭逐漸凸出于江中，將主流挑向?qū)Π侗薷邽┑淖饔貌粩嘣鰪?qiáng)，丙寅洲高灘隨之大幅崩退，繼而引起了主流深泓的大幅擺動(dòng)，原本較為優(yōu)良的灘槽形態(tài)迅速惡化，淺灘形態(tài)交錯(cuò)發(fā)展，航道條件較蓄水初期明顯變差。

目前烏龜洲右緣雖已進(jìn)行了全線守護(hù)，但大馬洲水道的不利局面已然形成，因此，長(zhǎng)江中游荊江河段航道整治工程擬對(duì)丙寅洲一帶3269m的高灘岸線及大馬洲一帶2850m一帶高灘岸線進(jìn)行守護(hù)，同時(shí)對(duì)大馬洲一帶1813m已護(hù)岸線進(jìn)行加固（圖2）。

從工程平面布置及河道內(nèi)水沙運(yùn)動(dòng)特性來看，丙寅洲一帶高灘是控制大馬洲水道過渡段航道寬度的右邊界，也是大馬洲水道水流折返頂沖的起點(diǎn)，同時(shí)近期貼岸深槽表現(xiàn)出了較為明顯的沖刷發(fā)展，加之其自身岸坡穩(wěn)定性較差。無論從確保工程治理效果及自身穩(wěn)定而言，相較一般護(hù)岸均提出了更高的要求，故而有必要丙寅洲高灘守護(hù)工程的結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的優(yōu)化研究。

工程部位地形及地質(zhì)條件分析

大馬洲河段位于長(zhǎng)江中游，屬于長(zhǎng)江中游河床、江心洲、河漫灘地貌，兩岸修有長(zhǎng)江干堤，參見河勢(shì)圖。丙寅洲高灘位于右岸，岸坡走向近南北，坡頂高程27.8～31.2m，水面線以上坡高6～12m，坡角一般10°～20°，局部因崩岸岸坡近直立。由于岸坡均為砂層，且未治理，擬護(hù)坡自上游向下游約1350米段地形坡度較緩，加上分布有外灘，枯水期出露，坡高一般3～6m，崩岸較輕微，主要為浪坎，坎高1m左右。以下1920m段岸坡坡高一般7～12m，崩岸以條崩為主，后緣崩高1～2m，條寬0.5～1m，年崩退約5～10m。丙寅洲高灘整體坡度較陡，崩岸嚴(yán)重，穩(wěn)定性較差。從工程區(qū)域地質(zhì)鉆孔情況來看，工程區(qū)內(nèi)揭露的地層主要為第四系全新統(tǒng)（Q4al）沖積層。丙寅洲高灘岸坡地層為砂性土，上部為松散～稍密粉細(xì)砂，下部為中密粉細(xì)砂。整體地質(zhì)組成較為松散，抗沖刷能力差。

護(hù)岸結(jié)構(gòu)研究

1、陸上護(hù)坡結(jié)構(gòu)研究

護(hù)岸形式一般分為坡式護(hù)岸、壩式護(hù)岸、墻式護(hù)岸、樁式護(hù)岸和生物護(hù)岸等，其中坡式護(hù)岸由于土方開挖量較大且對(duì)生態(tài)影響較大，而由于工程區(qū)域地質(zhì)條件的限制，壩式護(hù)岸、墻式護(hù)岸、樁式護(hù)岸和生物護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式都不適合。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，高灘守護(hù)上段斷面岸坡較為平緩，采用斜坡式守護(hù)（見圖3）開挖量較小，而高灘守護(hù)下段岸坡較陡，坡頂存在一定高度的浪坎，為了減少開挖，可將該段岸坡采用坡頂部擋土墻和下部斜坡式組成的混合式護(hù)岸。但由于丙寅洲高灘守護(hù)區(qū)域岸坡上部土層為粉細(xì)砂，容許承載力僅為110kPa，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性出發(fā)，將擋土墻高度設(shè)為3m。從水土保持和減少植被破壞角度出發(fā)：中段斷面間為混合式護(hù)岸（岸坡底部為斜坡式護(hù)坡，頂部為3m擋土墻護(hù)坡，（見圖4））較斜坡式守護(hù)每延米可減少3.02m3的土方開挖量，即總開挖量減少為3228m3；另外每延米可減少了植被破壞寬5.51m，即總減少植被破壞面積為5890m2。

2、陸上護(hù)坡坡頂后方灘面守護(hù)結(jié)構(gòu)研究

為增強(qiáng)陸上護(hù)坡坡頂后方灘面抗沖性能，優(yōu)化工程效果，通過多種工況下的灘面進(jìn)行抗沖效果試驗(yàn)研究，重點(diǎn)研究植被、護(hù)灘帶間距、加筋三維網(wǎng)墊等影響因素對(duì)灘面抗沖效果的影響。試驗(yàn)表明低灘部分若沒有植被覆蓋，或施工過程中灘面上的植被受到破壞，灘面粉沙容易沖刷，護(hù)坎上段外灘在40000m3/s大洪水流量下流速大于0.8m/s的區(qū)域?yàn)┟姘l(fā)生明顯沖刷，宜采取灘面守護(hù)工程措施。不同護(hù)灘帶間距的對(duì)比試驗(yàn)表明，護(hù)灘帶采取寬度為8m、護(hù)底排加散拋片石壓重結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對(duì)較好；護(hù)灘帶間距為60m較為適宜，但護(hù)灘帶附近仍有明顯的沖刷坑形成；低灘灘面沖刷區(qū)采取加筋三維網(wǎng)墊生態(tài)護(hù)灘對(duì)局部流場(chǎng)的干擾小，灘面守護(hù)效果較好，且可促進(jìn)泥沙淤積形成自然坡面，改善生態(tài)環(huán)境。守護(hù)效果圖見圖5。因此，采取加筋三維網(wǎng)墊對(duì)陸上護(hù)坡坡頂后方灘面進(jìn)行守護(hù)，其工程布置區(qū)域見圖6。

3、余排寬度試驗(yàn)研究

本項(xiàng)試驗(yàn)重點(diǎn)考慮D型排守護(hù)范圍，研究不增加D型排護(hù)底的寬度方案和將D型排護(hù)底的寬度加大的兩種工況。試驗(yàn)結(jié)果表明，增加的余排長(zhǎng)度引起的兩方案間的水位、流場(chǎng)分布無明顯變化。汛期漫灘流量40000m3/s時(shí)，增加D型排護(hù)底寬度方案排頭處的表面流速與主槽床沙的起動(dòng)流速的比值有所減小，排頭附近的沖刷程度應(yīng)略有降低。動(dòng)床試驗(yàn)成果表明：對(duì)于增加D型排護(hù)底的寬度方案，由于排頭前伸接近主槽位置，汛期漫灘流量下的流速與床沙起動(dòng)流速的比值略有減小，加之岸坡橫向坡度減緩，排頭沖刷坑形成后備填石的穩(wěn)定性相對(duì)較好，排頭懸掛長(zhǎng)度減小，增加D型排護(hù)底的寬度的護(hù)底效果優(yōu)于不增加方案，排體的寬度較為適宜。由于中下段受水流頂沖比較嚴(yán)重，同時(shí)也是控制主流的關(guān)鍵部位，對(duì)其水下護(hù)底進(jìn)行加寬至300m，其工程布置區(qū)域見圖6。

4、排上拋石棱體試驗(yàn)研究

為增強(qiáng)水下護(hù)底排對(duì)主流的控制作用，優(yōu)化工程效果，對(duì)護(hù)底排排上拋石進(jìn)行局部加厚形成棱體，本文對(duì)不同棱體高程的多種工況進(jìn)行試驗(yàn)研究，重點(diǎn)關(guān)注拋石棱體群對(duì)水流條件及河勢(shì)的影響。試驗(yàn)表明，在拋石棱體根部約60m長(zhǎng)度的掩護(hù)區(qū)，護(hù)灘工程坡腳處流速有所減小，對(duì)維護(hù)坡腳穩(wěn)定有利。在棱體的高程方面，隨著高度的增加，棱體壩根附近流速逐漸增大，對(duì)護(hù)灘工程穩(wěn)定性不利。因此將拋石棱體高度為1m較為適宜，其工程布置區(qū)域見圖6。

結(jié)論

對(duì)坡度較陡的灘緣，陸上護(hù)坡采用直立與斜坡混合的護(hù)坎結(jié)構(gòu)，在確保工程穩(wěn)定的同時(shí)，也能避免大幅度的岸坡開挖。

由于大馬洲水道的主流已經(jīng)發(fā)生明顯的不利調(diào)整，水下護(hù)底應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水流的控制力度，因此，對(duì)護(hù)岸工程中下段的水下護(hù)底進(jìn)行加寬，并在加寬區(qū)域?qū)伿瘔狠d進(jìn)行局部加厚，形成拋石棱體。

由于丙寅洲高灘上段高程較低，在大洪水流量下，該區(qū)域陸上護(hù)坡坡頂后方的灘體將過流，流速較大區(qū)域會(huì)發(fā)生明顯沖刷，對(duì)此，在灘面沖刷區(qū)采取加筋三維網(wǎng)墊生態(tài)護(hù)灘，對(duì)局部流場(chǎng)的干擾小，且能促進(jìn)植被恢復(fù)，灘面守護(hù)效果較好。

（作者單位：重慶交通大學(xué)）