塔里木河干流南岸输水堤护岸工程设计方案比选分析

艾尼瓦尔·牙生，祖力皮亚·托合提

（塔里木河流域干流管理局,新疆 库尔勒 841000）

0 引言

护岸是指在江、河、湖、海等邻水地区，对现有自然岸坡进行加固，保护岸坡不受水流波浪侵蚀[1]。护岸工程对稳定河床、防护国土有着十分重要的意义。不同河流水文水情差异较大，同一河流不同河段特性也不尽相同，护岸工程与河道的河势演变、水文要素动态变化及河岸河床地质构成紧密相关。鉴于影响因素复杂且动态变化，护岸工程设计方案必然具有特殊性和复杂性。因此，结合项目区现状，深入分析保护对象及河流特性采用多方案综合比选方式确定实施方案，可以从根本上消除工程与设计初衷背离的现象，是一种值得应用与推广的方法论。

1 工程区域现状

1.1 塔里木河概况

塔里木河干流位于新疆中部塔里木盆地北缘，起始于阿克苏河、叶尔羌河及和田河的交汇处—肖夹克，归宿于台特玛湖，干流全长1321 km。

塔里木河干流从肖夹克至英巴扎为上游，河道长495 km，河道纵坡1/4600 ～1/6300，河床下切深度2 m～4 m，河道比较顺直，很少汊流，河道水面宽在500 m～1000 m，河漫滩发育，阶地不明显。英巴扎至恰拉为中游，河道长398 km，河道纵坡1/5700 ～1/7700，水面宽一般在200 m～500 m，河道弯曲，水流缓慢，土质松散，泥沙沉积严重，河床不断抬升，加之人为扒口，致使中游河段形成众多汊道。恰拉以下至台特玛湖为下游，河道长428 km。河道纵坡较中游段大，为1/4500 ～1/7900，河床下切一般为3 m～5 m，河床宽约100 m左右，比较稳定。塔里木河流域水系分布见图1。

图1 塔里木河流域水系分布

1.2 干流南岸输水堤岸坡概况

南岸输水堤建设年代久远，无针对性的保护措施。运行在弯道水流作用下，南岸输水堤123+950 公里处上下游300 m范围内岸坡常年遭遇水流淘蚀，引起岸坡严重垮塌，河槽河势改变，致使河岸线后退10 m～20 m，现已紧邻南岸输水堤，严重威胁到输水堤的基础安全和正常运行。

2 护岸设计方案

根据规范要求，按水流斜冲各断面岸坡计和水流平行于各断面岸坡算两种工况确定护岸基础冲刷深度，结果见表1和表2。

表1 冲刷深度计算表(水流斜冲各断面岸坡)

表2 冲刷深度计算表(水流平行于各断面岸坡)

参照上表计算结果，护岸基础的计算冲刷深度为3.45 m～4.38 m。根据河道停水后实地测量，河床最低处高程900.42 m，较河道平均高程902.83 m低2.41 m，按已建护岸工程冲刷情况及实测最大河道深泓线分析比较，护岸工程基础埋深按照计算最大冲刷深度4.38 m考虑，护岸工程基础高程确定为898.15 m。

深入研究项目区工程地质条件和河流水势，根据地形条件及水毁原因，提出可行的三种护岸设计方案用于综合比选评价。①方案一：无纺布土工袋护坡+无纺布土工袋短丁坝方案；②方案二：格宾石笼短丁坝群方案；③方案三：格宾石笼护坡+水平铺盖方案。

2.1 无纺布土工袋护坡+无纺布土工袋短丁坝方案

2.1.1 工程布置

沿主流弯道凹岸新建护岸工程，护岸全长95 m，上、下游端设置短丁坝，护岸型式采用“无纺布土工袋护坡”，迎水面边坡比1∶2.0，护坡坡顶高程按照最大水位以上50 cm考虑，洪水无法达到护坡后形成冲刷水流。结合无纺布土工袋护坡在护岸工程凹岸依次设置3 条无纺布短丁坝，第一条长5 m、第二条长10 m、第三条长15 m，新建丁坝顺水流方向与坝轴线线成45°夹角布置，丁坝间距依次为30 m、50 m，坝顶高程较护岸工程低0.85m，与坝址处河道最大水位高程相当。丁坝型式采用无纺布土工袋。通过3 条丁坝逐级挑流，使河道主流远离岸滩，并在丁坝群下游形成回水，利用洪水季节河水带来的泥砂淤积成滩，从而起到护岸的作用。

2.1.2 工程设计

护岸工程堤顶宽4.0 m、高程905.00 m、基础底高程898.15 m，护岸工程岸坡迎水面采用无纺布土袋防护，防护边坡为阶梯状、边坡比为1∶2.0，迎水面坡前设6.3 m宽2.0 m厚无纺布土袋水平铺盖，水平铺盖埋入平均河床高程以下；在无纺布土袋护坡及水平铺盖下均铺设300 g/m3无纺布反滤，反滤无纺布接缝采用现场尼龙线双道缝合链接，缝合线间距5 cm，缝合针脚间距不大于2 cm，重叠宽度不小于30 cm，并满足抗拉要求；在护岸水平铺盖坡脚外侧设置木桩护脚。

结合无纺布土工袋护坡在护岸工程凹岸依次设置3 条无纺布短丁坝，无纺布土工袋丁坝顶宽3.6 m，坝顶高程904.15 m、较护岸工程堤顶低0.85 m，与坝址处河道最大水位高程相当。无纺布土工袋采用阶梯状摆放，每层高1.0 m。丁坝裹头超出护岸工程水平铺盖部分，丁坝基础下均铺设300 g/m3无纺布反滤，反滤无纺布与护岸工程水平铺盖下铺设的无纺布缝合连接，在丁坝裹头坡脚外侧设置木桩护脚，木桩长度6 m。丁坝无纺布土工袋做法和具体要求同护岸工程做法。设计断面见图2。

图2 南岸输水堤护岸工程与丁坝横断面设计图（方案一）

2.2 格宾石笼短丁坝群方案

2.2.1 工程布置

沿弯道凹岸上游，依次设置四条挑流丁坝，第一条长5 m、第二条长10 m、第三条长15 m、第四条长25 m，新建丁坝顺水流方向与坝轴线线成45°夹角布置，丁坝间距为40 m，坝顶高程与河漫滩高程同高。丁坝型式采用土心丁坝全断面“格宾石笼护坡+水平铺盖”。通过4 条丁坝逐级挑流，使河道主流远离岸滩，并在丁坝群下游水毁区域形成回水，利用洪水季节河水带来的泥砂淤积成滩，从而起到护岸的作用。

2.2.2 工程设计

丁坝坝顶宽3.0 m，坝顶高程与河漫滩同高、坝顶高程905.00 m，丁坝型式采用土心丁坝全断面“格宾石笼护坡+水平铺盖”。边坡采用阶梯状格宾石笼护坡(厚50 cm），基础采用格宾石笼水平铺盖(厚100 cm）+6 m长木桩阻滑防冲；在基础和护坡底部均铺设300 g/m3无纺布反滤。设计断面见图3。

图3 南岸输水堤丁坝横断面设计图（方案二）

2.3 格宾石笼护坡+水平铺盖方案

2.3.1 工程布置

沿主流弯道凹岸新建护岸工程，护岸全长95 m，下游端设置裹头，护岸型式采用“格宾石笼护坡+水平铺盖”，迎水面边坡系数1:2.0，护坡坡顶高程为最大水位以上50cm，洪水无法达到护坡后形成冲刷水流。

2.3.2 工程设计

护岸型式格宾石笼防护(厚50 cm），护岸工程堤顶宽4.0 m、堤顶高程905.00 m，基础采用格宾石笼水平铺盖(厚100 cm）阻滑防冲，裹头处基础采用格宾石笼水平铺盖（厚100 cm）+6 m长木桩阻滑防冲，在基础和护坡底部均铺设300 g/m3无纺布反滤；护岸水平铺盖坡脚外侧设置木桩护脚，木桩长度6 m，木桩小头直径不小于20 cm，施工时要求河床打入河床4 m，外露2 m部分采用8 号铁丝将各个木桩绑扎连接，木桩中心间距1 m。设计断面见图4。

图4 南岸输水堤护岸横断面设计图（方案三）

3 方案比选

拟从护岸工程适用性，施工难易程度及工程投资等方面完成最终比选分析。

3.1 工程适用性比选

方案一通过无纺布土工袋护岸+无纺布土工袋短丁坝群起到挑流、淤滩、护岸的目的；方案二通过格宾石笼短丁坝群在下游形成回水，利用洪水季节河水带来的泥砂淤积成滩，从而起到护岸的作用；方案三通过半柔性材料格宾石笼+水平铺盖护岸起到防冲、护岸的作用；三种方案都能达到护岸目的。

3.2 施工难易程度比选

方案一就地取材，原材料运输工作量较小，施工进度快，施工工艺相对简单；方案二、方案三需要采购运输大量块石，施工工序多、耗时长、工艺要求相对较高。

3.3 工程投资比选

根据造价测算结果，方案一直接费投资53.92 万元，方案二直接费投资88.58 万元，方案三直接费投资96.95 万元，方案一工程投资较省，其它两个方案投资相对较高。

综合以上情况分析，工程推荐施工工艺相对简单、投资较省的方案一，即无纺布土工袋护坡+无纺布土工袋短丁坝方案。

4 结论

从工程适用性、施工难易程度及投资方面入手，对塔里木河干流南岸输水堤护岸工程经过系统比选分析，最终确定了与实际概况契合度最高的无纺布土工袋护坡+无纺布土工袋短丁坝方的维修加固方案。护岸防冲工程的结构型式与防护河段的特性紧密相关，简单的套搬和借鉴是行之无效的，必须深入分析防护河段的特性，因地制宜，提出多种设计方案综合比选后确定。