长江下游江心洲河段的航道整治工程设计

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摘要：针对长江下游江心洲水道的航道问题，进行了河床演变及碍航特性分析，采用模型试验等多种手段合理确定了工程平面布置方案，并在工程结构设计中，因地制宜采用长江航道整治目前较为先进、成熟的护岸和护滩结构形式，可为类似航道整治工程设计提供参考。

关键词：江心洲；航道工程；整治设计；护岸；护滩带

一、河道概况

江心洲河段位于长江下游安徽省马鞍山市境内，下距南京市50km，上距芜湖市7km。河段上起东梁山，下止人头矶，全长约24km，介于芜裕河段和乌江河段之间，是长江下游航行条件较差的河段之一。江心洲河段平面两头窄、中间宽，呈顺直分汊状（图1）。左汊为主汊（即江心洲水道），外形顺直。左汊内主流摆动，两侧滩槽交替变化。右汊为支汊（即太平府水道），中部弯曲。江～乌河段航道整治一期工程对江心洲河段中的关键洲滩——牛屯河边滩、彭兴洲洲头及左缘、江心洲左缘的中上段实施了守护[1]，工程实施后，江心洲河段的滩槽格局及航道条件基本得到稳定，达到了治理目标。但由于一期工程未对江心洲河段内其它洲滩特别是下段易变洲滩进行控制，因而不稳定因素仍然存在。从近几年实测地形看，经历2010年、2012年长江大水少沙年后，江心洲河段未进行控制的下段滩槽形态冲淤变化较大，航道条件向不利方向发展。而且在原有小黄洲洲头限制性航道通航条件未改善的情况下，又在其上游约9.5km建设马鞍山公路大桥，在航道左岸侧太阳河口上游建设马鞍山港郑蒲港区，太阳河口下游规划建设郑浦港区二期，桥梁及港口工程建设要求江心洲水道航道稳定，如不及时对与航道条件密切相关的、起控制作用的不稳定滩体加以守控，目前较为优良的航道条件就有可能恶化，因此抓住有利时机实施航道整治工程已十分必要和迫切。江心洲河段位于芜湖～南京河段，根据《长江干线航道总体规划纲要》、《长江干线航道建设规划（2011～2015年）》，本河段航道建设标准为I级航道。

二、碍航特性及工程方案

1．江道特性

通过对江心洲河段航道历史和近期河床演变的分析，结合物理模型[2]和数学模型[3]的趋势预测分析[4-6]，本河段存在以下问题：（1）江心洲水道近期演变趋势对马鞍山公路桥区至小黄洲洲头段航道条件的稳定不利。近期马鞍山公路大桥桥区的河道演变主要表现为桥区上游主流右摆及顶冲点的持续下移、左侧牛屯河边滩中部至大桥区段边滩的淤积外扩，桥区下游牛屯河边滩尾部的淤积下移、江心洲心滩的冲刷后退，这些变化如进一步发展，对马鞍山公路桥桥区至小黄洲洲头段的航道条件的稳定是不利的。（2）近年来的来流条件变化对一期工程护岸稳定不利。受三峡蓄水影响，江心洲河段上游来沙量锐减，落水期消落速度明显加快。目前江心洲水道进口段主流右偏，深泓贴靠彭兴洲-江心洲左缘，一期工程彭兴洲-江心洲左缘护岸工程承受压力较大。在来水来沙持续目前特点的情况下，未护区域河床冲深下切，给一期工程护岸工程的稳定带来严重威胁。（3）江心洲心滩河段的发展变化对小黄洲左、右汊的分流稳定不利。目前随着江心洲头部的冲退，心滩左侧主流顶冲点下移，近期小黄洲左汊分流比明显增加（由2012年2月的17%增加至2015年1月的25.08%）。变化持续将改变下游汊道的分流格局，并可能对航道的稳定带来不利影响。

2．工程方案

根据江心洲河段目前存在的问题及本河段总体治理思路，经过多手段研究确定，本工程治理思路为：采取工程措施稳定江心洲水道下段滩槽格局，避免航道条件恶化，同时延续及强化一期工程效果，为后续江心洲及其下游航道持续治理打好基础。本工程具体设计标准为：1）航道等级：Ⅰ级；2）航道尺度：7.5m×200m×1,050m，保证率：98%；3）通航代表船舶（队）：通航通航2~4万t级船队和5,000t级海船，利用自然水深通航万吨级海轮。根据建设目标及设计标准，工程平面布置为：①在上何家洲低滩布置3条护滩带，三条护滩带，护滩带长度分别为268、358和615m；②上何家洲护岸长1,700m，③江心洲心滩头部护岸长1,525m，④彭兴洲-江心洲左缘护岸加固长度4,270m，⑤太阳河口护岸加固长度3,100m。工程平面布置（图1）经物理模型和数学模型综合比选，目前提出的方案能较好地实现工程建设目标。

三、工程结构设计

1．上何家洲三条护滩带

上何家洲三条护滩带采用的是D型排+排上抛石+两侧抛透水框架（航道侧抛石）+根部接岸处理。D型排间横向搭接5m，在近岸侧采用了顺水流沉排，在头部冲刷变形较大区域采用垂直于水流沉排。沿护滩带纵向设10m宽抛石棱体压载，厚200cm，压载轴线距上游排边线50m，距下游排边线70m；轴线压载两侧满抛石，其中SHH1护滩带抛石100cm厚，SHH2护滩带、SHH3护滩带抛石80cm厚；护滩带在轴线上加高抛石厚度主要作为强化护滩带护滩功能。接岸处理：根部与上何家洲护岸工程衔接。

2．上何家洲护岸

上何家洲护岸总长1,700m，其中右缘下游端设100m衔接段、左缘下游端设100m衔接段，采用斜坡式的护岸型式。主体工程由枯水平台、陆上护坡和水下护底三个部分组成。枯水平台底高程为2.82m，枯水平台以上为陆上护坡，枯水平台以下为水下护底和水下镇脚

3．江心洲心滩护岸

江心洲心滩护岸总长1,525m，其中两端各设100m衔接段。护岸结构采用斜坡式的护岸型式，由坡上防护带、陆上护坡、枯水平台、水下护底四个部分组成。枯水平台底高程为2.81m，枯水平台以上为陆上护坡，坡上设25m宽防护带，枯水平台以下为水下护底。鉴于江心洲心滩土质抗冲性差，排水性能差，且心滩护岸洪水期淹没，面临冲刷压力大等特点，相对于传统护岸结构，江心洲心滩护岸结构进行了如下创新设计：（1）在岸坡反滤层的选择上，考虑到心滩排水压力大，选择排水效果好、过滤性强、强度高、耐久性好的新型反滤结构——排水垫。排水垫的优点是结构比较稳定，具有较高的抗压屈服强度，有较大的通水量，其作为排水通道可代替传统砂石反滤层，与传统反滤层相比由于质量轻，运输方便，施工便捷、施工质量易控制等特点。（2）在坡顶马道后方设置三维加筋网垫防冲，增加岸坡稳定性。加筋三维网垫是一种具有高效的促淤生态护滩结构，能使得泥沙落淤，有利于植被生长，具有如下优点：①适应变形能力强，②高抗拉强度，③高抗冲刷能力，④整体性好，⑤环保，空隙内可以植草，能美化环境的同时形成自然坡面改善生态环境。⑥施工便捷。（3）在岸坡中部设置水平排水管，增加岸坡排水途径，提高护岸稳定性。水平排水管由外管和滤芯两部分组成，为防止江水倒灌，每个水平排水管口设压差放大式逆止阀一个。在施工过程中能明显看到，排水管设置到位后，岸坡土体排水速度显著增加，降雨后或退水过程中，护岸土体可快速排出积水，有利于岸坡稳定。

4．彭兴洲-江心洲护岸加固

彭兴洲-江心洲护岸于2009~2010年实施完成。在工程开工前，护岸守护区域发生一次崩岸，工程实施期间发生了6次崩岸，工程竣工至今共发生4次崩岸。根据对崩岸原因的分析及研究[7]，总结提出如下加固方案。（1）补坡。对0m高程以下陡于1：3坡比的水下河床地形，按照1：3坡比进行抛枕补坡。（2）护底、护脚和水下加固。根据护岸面临的不同冲刷压力和变形程度实施不同的加固方案：①全抛石结构，对上游700m冲刷幅度小，岸坡相对稳定段采用抛石加固。抛石厚0.8m，宽30～90m。②沉砼联锁块软体排护底，对冲刷相对较大的河段，河心侧坡脚采用砼联锁块软体排护底压载，护底压载宽70m，河心侧排边缘设10m宽（排上5m、排外5m）抛石厚0.8m，近岸侧排边缘设20m宽（排上5m、排外15m）抛石厚0.6m。③崩岸修复和局部破损修复对2014年以来的崩岸段水下采用沉排加边缘抛石修复，陆上破损区域修复主要包括坡面清理、陆上铺石护面和明沟等工序。

5．太阳河口护岸加固

太阳河口护岸为水利部门已实施护岸，岸坡本身稳定性较好，由于本工程在河道右侧实施了系列工程，为避免工程影响局部流态对已实施护岸造成不利影响，在太阳河口护岸受影响区域实施抛石护脚加固减小工程对防洪大堤的影响。从目前工程实施后航道条件及工程本身稳定来看，工程结构发挥作用明显，结构物本身稳定性良好。本工程主体建筑物于2016年汛前完成，经历2016年大洪水汛期和2017年汛期后，江心洲水道航道维护尺度达到设计要求，工程区略有淤积，周边区域冲刷幅度在预计范围内，结构物本身稳定性良好。特别是彭兴洲-江心洲护岸加固工程，工程实施后，经历两届大洪水考验，护岸工程水上和水下边坡均稳定良好。

四、结语

（1）工程河段内洲滩演变剧烈，主要表现为上何家洲至心滩头部及左缘的大幅冲刷和牛屯河边滩尾部的淤积。特别是江心洲心滩过渡段航道边界的变化直接影响这马鞍山长江大桥桥区、过渡段、郑蒲港区、小黄洲头过渡段一连贯复杂航段的通航条件。（2）从目前的滩槽格局和航道变化方向看，江心洲水道航道条件目前处于相对较好的时期，如不对正在发生不利变化的航道边界加以控制，过渡段航道条件将迅速恶化，等问题出现后再开展整治工程将事倍功半，因此，抓紧时间实施航道边界守护工程十分必要且紧迫。（3）通过工程措施对河道内关键洲滩、岸线部位进行控制，同时修复和加固前期工程薄弱环节，稳定基本滩槽格局，避免不利变化持续发展，维持目前较好的滩槽形态和良好的航道条件。（4）工程设计中因地制宜采用合适的航道整治结构，并针对本工程地质和流速流态特点，创新采用新结构和新工艺，如根据心滩和上何家洲护岸土质差、排水差特点，采用水平排水管、加大盲沟、滩顶铺设三维加筋网垫等措施改善护岸稳定性，针对一期护岸多次崩岸原因针对性研究加固部位及加固措施等，丰富和航道整治工程设计领域技术，为后续类似工程设计提供借鉴和参考。

参考文献

[1]程小兵，李一兵等.长江下游江心洲河段航道整治工程可行性研究报告[R].天津：交通运输部天津水运工程科学研究所，2014.

[2]程小兵，平克军等.长江下游江心洲河段航道整治工程工可阶段河工模型试验研究[R].天津：交通运输部天津水运工程科学研究所，2014.

[3]王建军，张明进等.长江下游江心洲河段航道整治工程平面二维数学模型研究[R].天津：交通运输部天津水运工程科学研究所，2014.

[4]唐金武，由星莹等.长江下游马鞍山河段演变趋势分析[J].泥沙研究，2015，（1）：30-35.

[5]陆英，平克军等.长江下游江心洲-乌江长河段河床演变宏观分析研究[J].水道港口，2012，（4）：315-320.

[6]白静，李一兵.长江下游江心洲水道河床演变分析及趋势预测[J].水道港口，2009，（5）：347-351.

[7]程小兵，李旺生.长江下游江心洲河段航道整治工程护岸及心滩守护结构专题研究[R].天津：交通运输部天津水运工程科学研究所，2015.

作者:程小兵 雷雪婷 李一兵 李旺生 单位:天津水运工程勘察设计院 长江航道规划设计研究院 长江航道局