软体柴排与网箱石笼相结合的护岸设计研究

杨 蕾

(阜新市水利勘测设计研究院有限公司，辽宁 阜新 123099)

柳河是辽河中下游右侧的一条多泥沙支流，河流全长302 km，总面积5 798 km2。其中，沿河两岸的险工控制河势、城市段堤防保护重要城市、上游闹德海水库拦蓄削峰等属于柳河彰武县防洪工程体系的主要组成部分，对耕地以及两岸村庄免受洪水顶冲发挥着重要的保护作用。截止目前，该河段仍有险工54处，总长36.293 km，防洪治理工程主要完成老堤加固和险工治理两项内容，具体为老堤加固3.832 km、河道险工治理24处14.528 km(见图1)，将防洪标准提升至50 a一遇，充分考虑各段岸坎形态及其所处的河势采用不同的建设型式。

图1 工程范围

1 险工护坡及护脚型式

1.1 险工护坡

考虑到险工坡面大多数位于损毁率较高、水流淘刷较频繁的险工处，所以比较适宜选用耐久性强且工程效果较好的硬性护坡。其中，连锁砖护坡、干砌块石下垫无纺布反滤和网箱石笼(固滨笼或绿滨笼)等为比较常用的护坡型式，其优缺点如下：

1.1.1 网箱石笼

其前身是铁丝或铅丝石笼，随着生态水利的不断发展，耐久性差的铅丝或铁丝较易腐蚀，其对河流水体的污染逐渐引起人们的关注。所以，固滨笼和绿滨笼等防腐网箱石笼作为升级替代产品，被越来越广泛的应用于实际工程，并取得较好的效果。其主要优点包括：变形适应性强、柔韧性好；抗冲刷能力强、整体效果好、网箱保护填充石料；由于可淤落填充石料间的空隙，为野花、野草等植被的生长提供了条件，具有良好的生态型。其缺点主要包括：工程投资较干砌石护坡要高，而与单平米连锁砖基本相同，与连锁砖相比施工速度较慢[1-3]。

1.1.2 干砌石护坡

这种护坡型式具有悠久的应用历史，如无纺布垫层、级配碎石垫层等，垫层型式虽然发生了较大的变化，但其护坡原理没有改变，即利用块石自身重量降低水流对岸坡的冲蚀、改变水流流向、消减近岸流速、抵抗水流冲刷，从而实现岸坡保护的目标。其主要优点包括：节省投资成本、施工速度快、工艺操作简单等。其主要缺点包括：相邻石块间不能组成整体，局部松动后整体效果明显下降，整体性较差；在实用性与工程外观上难以把控，干砌石砌块小于标准粒径的百分比、填充度、最小粒径等都可按照设计要求合理确定，但在实际操作中对其检测、监理、施工指导等都无法给予量化，所以无法有效控制施工质量；此外，通常要对实用性与外观上做出决策，为实现较高的工程整齐度一般要求在外观上块石的平面向上，而提高块石稳定性时则要求平面向下，充分利用凸凹不平的一面以分散流量、减缓流速、破碎水流，从而减轻岸坡受水流的淘刷，所以在实际施工中这两个要求无法同时兼顾[4-6]。

1.1.3 连锁砖护坡

这种护坡的主要功能是替代以往的机织模袋混凝土护坡或混凝土面板护坡，有的工程也用来替代浆砌石护坡或者铁丝石笼，但应用效果较差。连锁砖生态护坡与联锁站护坡存在一定差异，两者的主要区别是连锁砖将一个坡面的垂向砖块利用上下串联的钢绞线固定成整体，并将横向上的各转体通过块体的彼此咬合作用形成整体，由此以来可以大大提升其地面变形适宜性，同时保证变化处护坡的整体性。而连锁砖生态护坡主要是利用彼此咬合作用连接，因没有钢绞线连接其结构强度、地形适应能力明显与连锁砖不同。连锁砖护坡的主要优点包括：施工速度快、工艺简单，相对于传统的连锁砖、干砌石护坡，由于存在钢绞线连接其结构强度明显较高，与网箱石笼基本相同。其缺点主要包括：为增强结构的抗冲刷性能无法应用空转，与网箱石笼、干砌石相比其生态效果明显较差，无法为植被生长提供坡面载体；此外，相对于其他护坡产品，其投资成本较高；同时，由于农业生产生活对钢绞线的应用较广泛，农村的装饰装修比较适用应用高平整度的连锁砖，所以与其他护坡型式相比其人为损坏的几率要高，具有较大的管理难度。

综上分析，随着现阶段防腐技术的广泛应用，这有效解决了网箱石笼服役寿命短的问题，在牢固性、整体性、投资成本和生态效果等方面具有更加突出的优势，较其他护坡具有明显的优势，可以作为最优的护岸方案。所以，本文考虑将网箱石笼护坡作为所有险工段的护坡型式。

1.2 护脚型式

目前，无纺布垫层加石笼网箱、软体排护脚、软体柴排或柴排等为广泛应用的3种坡式护脚，具体如下[8，9]：

1.2.1 石笼网护脚

一般地，柳河彰武县段险工段常年有水流，且枯水期水深为0.5～1.5 m，而冬季冰上或旱地一般适宜石笼网箱施工，考虑到在冬季较薄冰层上施工的危险性且险工段护脚不具备旱地作业条件的实际情况，从施工条件的角度上石笼网箱就不太适用。实际上，吊装作为一种常见的施工方式，可以在岸坎上固定长臂吊车，通过水上船只指挥就可以实现石笼网箱的吊装。然而，相邻吊装排体间的连接以及与护坡的连接属于吊装过程中不可忽视的问题，该过程还需要投入较高的成本。所以，除防汛抢险外这种护坡较少使用。

1.2.2 软体排护脚

这种护脚型式存在施工方便、投资成本低、适于非结冰期不同水深的河流等优点，此外与其他排体相比软体排具有较快的施工速度。在柳河险工治理中软体排护脚还会存在一些安全隐患，这体现在以下方面：(1)河床质较细，过高的含水率以及松散状态下粉细砂河床，具有非常低的地基承载力，在无法充分保证软体排上抛石均匀性的情况下，不均匀沉降的河床必将引起排体的变形，若变形超出其极限范围极易破坏排体，这无法保证护脚效果。(2)为了防止单体块石向排体外滚动以及保证施工时下垫丙烯布或无纺布的平整，需要在软体排护脚周边设置石笼枕压边。(3)由于水深较浅，大大增大了石龙枕的施工难度。

1.2.3 柴排或软体柴排

这两种护脚具有相似的结构原理，可以将铺排面利用刚性的柴排加以固定，在此基础上抛石防洪以保护护脚。两者的主要区别是柴排反滤利用多层枝条实现，所以其厚度通常较大，而软体柴排反滤利用下垫丙烯布或无纺布实现，所以其枝条厚度往往较小。实际工程中，应综合考虑实施水域深度、工程投资等条件合理选择护脚型式，无论是芦苇等草本植物枝条还是柞条、柳条等树木枝条，其耐腐蚀性较差，尤其是水上的潮湿环境大大降低了使用寿命。为了确保工程质量通常将其置于地面以下或者浸泡于水中，通过隔离空气提高耐腐蚀性。由于柳河岸坎上游距部分险工主槽有一定距离且所有险工岸坎前水深不大，所以不宜选用柴排护脚，而软体柴排具有较小厚度时也可作为备选方案。软体柴排的主要优点包括：结构整体完整性好、能够保证施工作业面；柴排厚度小、重量轻、排体运送利用简单的舢板或竹排即可完成，借助筋绳的辅助作用很容易实现柴排的定位；与软体排相比软体柴排可以覆盖一定厚度的柴条，且丙烯布或无纺布受抛石影响较弱，从而确保了反滤效果。其主要缺点有：与石笼网箱相比整体性稍差，但由于软体排；与软体排相比投资成本较高，但略低于网箱石笼[10]。

1.3 顶坝型式

1.3.1 抛石丁坝

抛石丁坝多用于防汛抢险以及群众自发建设的丁坝，由于其底部稳定主要依靠抛石，抗冲刷性能以及反滤条件均较差，坝体稳定性不好，耐久性自然也相对差一些。优点是施工简单、施工手段多样且容易掌握；缺点除了耐久性以及稳定性等以外，还有就是由于抛石的准确性相对较差，就需要大量的抛石保证断面，且抛石落入工程区以外浪费掉的量也比较大，因此工程投资也较大。

1.3.2 土心丁坝

土心丁坝由于其土方填筑量较大，且仅适合在河道内旱地施工，因此工程局限性较大；另外土心丁坝的土体压实程度直接决定丁坝的建设质量，从多年的丁坝运行情况看，在土心丁坝坝头受损后，其修复工程难度也较大，因此近年水利工程新建丁坝已基本不采用此种型式。土心丁坝的最大优点是能够节省部分工程资金，但前提是在牺牲工程耐久性和提高工程维护和修复投资的基础上。

1.3.3 沉排丁坝

沉排丁坝为目前应用最为广泛的丁坝建设型式，由于有沉排做护底，保证了丁坝坝体及坝头的冲刷基础稳定，丁坝的运行寿命得到了显著的提高。沉排丁坝与抛石丁坝相比最大的缺点是施工难度相对较大，且工程实施周期略长，但在工业化程度较高的今天和非汛期工程建设，时间及工程难度均不是主要的问题。

2 工程总体布置

2.1 老堤加固

图2 结构型式

2.2 险工设计

根据各险工平面形态和上下游左右岸河势，各险工分别采用平顺护岸或平顺护岸+丁坝的型式进行防护[11]。

高岸坎险工在设计丁坝顶高程建设宽1 m的平台，平台以下防护型式及封顶型式与低岸坎险工相同，平台以上防护采用草皮+灌木护坡，灌木栽植及回填土体碾压等指标控制均与低岸坎相同，如图3。现状表面铁丝网丢失丁坝的维修加固方案为：采用混凝土砂浆灌浆结合抹面的型式进行处理，抹面厚度5 cm。

图3 高岸坎险工典型横断面

3 结语

柳河彰武县段防洪治理工程于2016年完工，其整体运行效果较高。将网箱石笼与软体柴排相结合的护岸设计具有较强的韧性、较高的强度、良好的透水性，并且对左右岸、上下游水流条件影响低，能够抵抗流速冲积并发挥较好的固碳促淤作用，具有使用质量易控制、运行方便、造价低、投资少等特点。