在荆江某段工程中护滩结构形式的选择与应用
摘要：长江中游荆江河段一直是航道治理与维护的重点与难点，河床演变复杂，碍航浅滩多，三峡水库“清水下泄”又进一步加剧了河势及航道变化的复杂程度，枯水期极易发生碍航。本文就荆江某段工程的工程特点，对其护滩结构形式的选择与应用进行剖析，阐述了不同结构形式的特点与选型原则。
关键词：荆江河段；碍航；护滩；结构形式
1 荆江河段特点
荆江河段位于长江中游，上起湖北枝城，下至湖南城陵矶，全长约347.2km。河道弯曲，河床演变剧烈，主流摇动频繁，滩多水浅，该河段一直是长江航道治理与维护的重点与难点。荆江河段航道由33个水道组成，约占整个长江干线航道的八分之一。荆江河段为微弯型河道，其中大布街以上是由低山丘陵区向江汉平原过度的沙卵石河段，大布街以下是江汉平原与洞庭湖平原之间的沙质河段。由于其自然特性和三峡水利枢纽清水下泄的影响，河床演变剧烈，局部洲滩变迁频繁，航槽不稳定，碍航情况频发。
2 工程概况
以昌门溪～大布街河段为例，该河段长约27.5公里，包含枝江、刘巷和江口3个水道，处于沙卵石河段末端，基本为顺直汊河型特性。现状是水位下降趋势明显，航槽水浅、流急，局部部位航宽不足。航道选线为：水陆洲右汊→枝江→带左侧深槽→江口水道右汊→七星台左侧深槽。沙卵石河段枝江～江口河段边滩较发育，边滩一般由沙、卵石二元组成，上部为松散一稍密状态的粉细沙层，其下为沙夹卵石、卵石夹沙或卵石层。卵石层面大多数地方埋深较浅，部分地段卵石裸露。粉细沙有效粒径0.107mm，沙层覆盖厚度最大为6.0m。
3 护滩结构
3.1 护滩结构形式
目前国内对于护滩主要采用4种结构：一是排体结构，主要有系沙袋软体排、系结混凝土块软体排、铰链混凝土块软体排和混凝土连锁块软体排4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。随着科技的发展，为方便施工，近几年来衍生出了一些护滩结构，如由混凝土联锁块软体排衍生而来的单元排，由钢丝网石兜衍生而来的三维加筋垫。各种护滩结构的特点如下：
3.2 护滩选型原则
系沙袋软体排，是较早出现的用于护滩的结构形式，工程成本相对较低，缺点是因为工序复杂，要往土工布上系沙袋，导致施工速度慢，同时沙袋抗老化性能差，使用寿命较短，因此，逐渐被其他结构形式所取代。系混凝土块软体排，整体性能好、保沙性能佳，可以较好地适应河床变形，因此此结构形式近年来广泛用于长江中下游航道整治工程；缺点是当边缘变形过大时，容易破坏。混凝土联锁块体软体排目前在护滩的结构形式中被广泛采用，整体性能好，缺点是对预制和施工提出了很高的要求，同时工程成本较高。与混凝土联锁块软体排比较相似的是单元排，其大部分应用在陆上护滩工程。三维加筋垫，主要用于陆上护滩，对环境影响比较小，生态环保性能比较好，缺点是由于结构的轻型化，多用于缓流区。铰链排，主要应用于陆上护滩，鉴于其保沙性能很差，而且在变形后需要二次处理，目前使用范围不广。其他结构形式均为散体结构，由于整体性较差，保沙性能不理想，后续维护量较大，使用范围较小。
3.3 本工程护滩选型
本工程选型的基本原则：一是结构整体性好、结构牢固，适应河床的变形能力强，保沙性能佳；二是经久耐用，工程成本相对较低；三是因地制宜，针对部分流速较快的河床，采用抗冲性较强的结构形式；四是施工方便，便于维修，将日常维护的费用考虑到工程全寿命周期中去；五是对于陆上护滩，响应国家科学发展、可持续发展的战略政策，采用节能环保的护滩结构形式。
综上所述，本工程采用系混凝土块软体排进行护底，部分选用混凝土联锁块软体排；陆上护滩主要采用单元排和系混凝土块软体排，局部滩体较高的部位采用三维加筋垫进行护滩。为保证护滩边缘的稳定，采用防冲石、设置透水框架以及预埋石的方式进行处理：根据护滩边缘的变形特点，加强护滩带边缘结构防护措施，在护滩带边缘采用四面六边透水框架进行处理，对于靠近主航道一侧的采用增加抛石厚度并设置备填石的方式进行处理；对于陆上护滩的边缘采用预埋的方式进行处理。
3.4 工程应用与需注意的问题
从应用效果上看，大范围上成效显著，同时也出现了一些问题。本工程中主要采用的系混凝土软体排，保沙性能良好，可以较好地适应河床不同方向的变形。但是软体排对河床的局部产生了影响，破坏了原有平衡，在排体的边缘容易产生局部冲刷的现象，这种冲刷会引起排边的塌陷、悬挂等破坏变形。通过采用增加抛石厚度并设置备填石的方式进行处理，以减小排边局部冲刷达到增强排边软体排稳定的目的。位于排体边缘的软体排型护滩带容易破坏，在受水流直接顶冲区域的水毁现象比较严重，如在排体上边缘、头部以及下游一侧容易出现不同程度的冲刷塌陷、排布撕裂、排布暴露甚至排布悬空等现象，此外受施工工艺影响，排体中部亦存在局部坍塌或隆起进而导致排体受损的问题，发生水毁现象以后排体的护底效果大打折扣。同时注意到紧临航道时，谨慎选用护滩结构形式，四面六边透水框架会一定程度上影响船舶航行安全。
4 结语
中国明代已有“守堤不如守滩”、“滩存而堤固”的经验。护滩工程是航道整治的重要组成部分，如何合理地选择护滩结构形式，对于航道整治效果有着举足轻重的作用。同时如何在工程中发现更加合理更加环保的护滩结构形式还有待我们进一步的工作。