沙质河床航道整治建筑物结构型式优缺点及适应性

柴华峰　黄召彪

摘 要：本文结合沙质河床变化特点以及工程地质条件，总结了各种类型建筑物不同结构型式的优缺点，对建筑物各种结构型式的稳定性和适应性进行了分析和总结，为类似工程建设的结构选择提供了经验借鉴。

关键词：沙质河床 整治建筑物 结构型式

在整治建筑物工程结构上，从界牌工程开始探索了保持航道工程建筑物稳定的结构型式，在后续的整治工程中逐步对建筑物结构型式进行了改进和优化，经历了摸索—发展—成熟的阶段，取得了较好的结果。 从已取得的经验看，各种结构型式各有优缺点，使用条件也存在一定的差别，应根据不同的工况条件合理选择结构型式。

筑坝工程

1、护底

由于长江中下游沙质河床的河沙较细，护底的目的就是保护守护部位的河沙，因此护底是水下工程的关键性工程。目前国内对于护底（滩）主要采用四种结构，一是排体结构，主要有系沙袋软体排、系结砼块软体排、铰链砼块软体排和混凝土联锁块软体排四种；二是钢丝网石兜结构；三是抛石结构；四是抛枕结构，主要有沙枕和碎石枕两种。

一般来说排体结构整体性较好、适应河床变形能力强，保沙性好；钢丝网石兜结构整体性较好、不易沉陷坍塌，但保沙性较差；抛石结构为散体结构，稳定性一般；易沉陷坍塌，保沙性较差；抛枕结构整体性较好、不易沉陷坍塌，易老化。

从目前整治工程建设的经验看，系砼块软体排具有较好的保沙效果和适应沙质河床变形的能力，整体性强，是目前护底主要采用的结构型式，混凝土联锁块软体排由于施工较为便捷，目前在感潮河段整治工程的护底工程中运用较多。另外，系砼块软体排护底的边缘，变形强度稍大，局部会出现较大冲刷，在护底的边缘增加抛石厚度能在一定程度上减小变形幅度；而采用透水框架进行处理，一般情况下护底边缘会普遍出现淤积，护底的稳定性会大大增强。

2、坝体

在航道整治工程中，广泛采用的坝体结构型式主要有：堆石坝（抛石坝）、浆砌块石坝、桩板坝、大型混凝土预制件坝、沙枕填芯—块石护面混合坝（以下简称沙枕—块石坝）、沙枕填芯—模袋砼护面混合坝（以下简称沙枕—模袋砼坝）等。

一般来说堆石坝对于河床变形的适应性好，但坝体的整体性差，当水流力和波浪力较大时，容易局部失稳，适用于块石来源比较丰富、河床变形大的河段；桩板坝结构整体性强，在水流和风浪的冲击下，容易发生往复震动，招致疲劳性破坏，混凝土挡水板比较单薄，适用于河床水深和变形不大的河段；大型砼预制件坝坝体整体性较强，抵御台风和海浪的冲击性能较好，但在河床变形较大和沉陷不均匀时，受力不均，混凝土预制件间容易断裂和倾倒，适用于河床变形不大但波浪力大的河段；沙枕—块石坝具有较好的整体性，又具有一定的柔韧性，能适应沙质河床的变形，但当河床发生局部冲刷后盖面块石容易滚落，造成沙枕外露，使沙枕容易遭受破坏，适用于河床变形较大的河段；沙枕—模袋砼坝整体性较强，建成后能抵御台风和海浪的冲击，但坝芯局部变形易引起模袋砼护面的断裂，适用于河床变形较小的河段。

由于长江中下游河道在形态上存在较大差异，中游江面较窄、下游江面较宽，因此，中游的坝体一般比较低矮，下游的坝体则相对高大，中游主要采用抛石坝体，下游除抛石坝体外，还可采用混凝土预制件坝、沙枕—模袋砼坝等。

从目前整治工程建设的经验看，抛石坝、混凝土预制件坝和沙枕—模袋砼坝等在航道工程上的运用都是成功的，但坝体下游侧因翻坝水流的影响，坝后易出现较大的冲刷变形，因此，对于坝高高于一定高度时，宜在下游坡脚设置一定高度和宽度的棱体；同时，坝头部位通常受水流作用较大，可在坝头采用整体性较强，个体较大的结构，如采用钢丝网石笼结构。

护滩工程

护滩工程是近年来在长江中下游航道整治工程中出现并逐渐发展成熟的一种整治技术，在航道整治中的功能主要分为两类：对工程拟加以利用的河床进行覆盖守护，以防止河道变形以及航道向不利的方向发展；对建筑物基础河床进行防护，防止建筑物冲刷变形而坍塌。

与护底类似，目前国内对于护滩除了排体结构、钢丝网格结构、抛石结构和抛枕结构外，为方便施工，衍生了一些护滩结构，如由混凝土联锁块软体排衍生而来的单元排，由钢丝网格衍生而来的三维加筋垫。

从目前整治工程建设的经验看，对于流速较大、河床变化较大的工程部位，可采用系砼块软体排护滩，同时在边缘采用抛石或抛透水框架进行防护处理；对于流速较大但河床变化较小的工程部位可采用混凝土联锁块软体排或单元排护滩；对于流速较小且河床变化较小的工程部位可采用轻型结构护滩，如三维加筋垫等。另外，在护滩稳定区设置一定厚度的抛石体，有利于护滩工程的稳定，对于心滩守护的头部，如果水流流速较大，长期处于顶冲状态，可采用扭王字块等结构减小流速，增强抗冲性。

护岸工程

1、护岸型式

护岸结构按断面形状可分为直立式、斜坡式、斜坡式与直立式组合的混合结构型式三种。

直立式护岸一般应用于水深较深、地基较好、岸线纵深较小，城镇、沿岸居住人口密集或土地资源缺乏的限制性航道岸坡，以及码头水域，在具有特殊功能的岸线部位也可采用。其优点为岸线齐整，墙面顺直，能保护河道净宽、改善局部水流条件。但直立式护岸对河床地基的承载能力要求较高，结构抵抗地基土不均匀沉降能力差，局部容易塌陷，特别在长江深泓贴岸和水流顶冲部位，施工难度相对较大。

斜坡式护岸主要用于河面宽阔，土地资源相对宽松的航道岸坡，是长江中下游最常用的护岸结构型式。其主要优点为顺应河岸形态护岸，整体结构稳定可靠，施工便利，维护方便，对水流的干扰较小。但斜坡式护岸需对岸坡进行大量的开挖和削坡，增加土地开挖、青苗或拆迁等补偿成本。

混合式护岸是斜坡式与直立式进行组合的护岸结构型式。这种护岸结构型式一般用于有特殊要求的护岸中，用于实现特殊的护岸功能。

由于航道整治工程主要是对高滩岸线进行守护，一般河漫滩较宽，一般采用斜坡式护岸；只有遇到特殊情况，如岸线离子堤较近、位于涉水设施或地方建筑物前沿等情况是才考虑采用混合式护岸。

2、护岸结构

护岸主要包括枯水平台、陆上护坡、水下护底和水下镇脚四个部分。

枯水平台主要有砌石结构、铺石结构、钢丝网格结构以及预制面层结构等型式。砌石和铺石结构适应岸坡变形和沉降的能力较强，但砌石结构对石料面层的要求较高；钢丝网格结构的适应岸坡变形和沉降的能力也较强，施工较便捷；预制面层结构美观性好，适应岸坡变形和沉降的能力稍差，面层的铺砌往往在第二年进行。以上几种结构各有优缺点，但均能满足航道工程建设的需要。

陆上护坡包括排水系统和护面结构。排水系统一般包括盲沟和明沟（包括坡顶的截流沟），盲沟主要排地下渗水，明沟主要排地表水。对于地质条件不好的岸坡（土层中含有淤泥质粉质粘土），一般需要增加盲沟的间距、尺寸和加大填充材料的粒径，以便于地下水能及时排出，同时护面结构应采用透水结构。常用的护面结构型式主要有干砌块石、浆砌块石、预制砼块、模袋混凝土、钢丝网格和生态护坡砖。干砌块石护面具有取材容易、外形美观、维修方便、排水性能好、能适应变形和工程造价低等优点；但对块石的平整度要求较高，大规模使用时材料组织较为困难；浆砌块石护面外形美观，整体性强，可以防止较大风浪的拍击破坏，但施工相对较难；砼预制块护面具有取材容易、可工厂化生产、施工简单、施工速度快、不破坏垫层、外形美观等优点，但适应变形能力较差，维修难度较大；模袋混凝土护面具有整体性好、防水流冲刷和防浪、不破坏垫层、外形美观等优点，但排水困难，适应变形能力差；钢丝网格护面具有整体性和透水性好、可适应变形、耐久、防水流冲刷和防浪、不破坏垫层等优点，由于面层粗糙，泥沙易于落淤在石笼内，利于植被生长，起到环保绿化、改善河道的生态环境的作用；生态护坡砖护面整体性较强，能抵抗较大的冲刷；空隙率较大，能够实现生态护坡。由于近年来出于对环保、环境等方面的考虑，具有生态恢复功能的钢丝网格和生态护坡砖在护面工程中得到广泛的运用。

水下护底与筑坝工程和护滩工程的护底类似，主要采用整体性较好、适应河床变形能力强，保沙性好的系砼块软体排进行护底。

水下镇脚主要有抛枕和抛石两种。抛枕具有取材容易、整体性较强等特点；抛石具有施工简单、变形能力强、使用寿命长等特点。从近几年的工程经验来看，对于岸坡较陡的部位采用抛枕进行镇脚，并采用块石盖面能收到较好的工程效果；但对于禁采河段，如荆江河段一般采用抛石镇脚。

结论

长江中下游河床可动性强，洲滩以及岸线的稳定性差，整治工程实施后长期受水流的冲刷，整治工程的稳定与河势的变化和来水来沙息息相关，因此，在整治工程建筑物选型时应综合考虑各方面的因素。

对于护底，由于长江中下游河床沙层覆盖厚度较大，河床可变性强，宜选择整体性较好、适应河床变形能力强，保沙性好的软体排进行护底（滩）。

对于坝体，应结合工程河段河床变化特点、水流、风浪、地质条件、坝体尺寸等因素综合考虑坝体的结构型式。

对于护坡，应结合河漫滩形态、工程地质条件、水流以及风浪等综合考虑护坡结构，出于岸坡生态恢复及减少对环境影响的考虑，建议尽量采用生态型护面结构。

（作者单位：长江航道规划设计研究院）