導(dǎo)語(yǔ)：河流航道治理扭王字塊運(yùn)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

1概述

長(zhǎng)江上游全長(zhǎng)約370km，為典型的大型山區(qū)河流『1]，也是長(zhǎng)江“黃金水道”的重要組成部分。隨著長(zhǎng)江三峽工程的修建，重慶以下河段的航道等級(jí)得到提高，航行條件得到改善，通航船隊(duì)的規(guī)模和密度隨之加大，水路運(yùn)輸在綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)中的地位得到提高。根據(jù)交通運(yùn)輸部“深下游、暢中游、延上游”的治理思路，實(shí)施了長(zhǎng)江干線宜賓合江門(mén)至瀘州納溪(簡(jiǎn)稱(chēng)“敘瀘段”)航道建設(shè)工程，利用整治建筑物重點(diǎn)對(duì)9處灘險(xiǎn)進(jìn)行治卜。在整治建筑物材料與結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)外在20世紀(jì)5O年代以前較普遍以混凝土、石塊、瀝青作為整治建筑物材料，整治建筑物形式以混凝土丁壩、管樁壩、沉排、護(hù)坡以及瀝青混凝土護(hù)坡、塊石護(hù)岸等居多。50年代后期以來(lái)，隨著產(chǎn)品編織工藝的發(fā)展和生產(chǎn)種類(lèi)的增多，尤其是非織造型土工織物的出現(xiàn)，給土工織物的應(yīng)用注人了新的活力，工程上利用它具有的隔離、反濾功效或縫制成軟體排，進(jìn)行河床守護(hù)；或縫制成袋，充填河沙；加工成沙枕，代替塊石作為壩體充填材料。歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用土工織物從最初的河道護(hù)岸防沖發(fā)展到目前的水利和航道工程的排水、反濾、防滲、加筋、護(hù)底、護(hù)坡、護(hù)岸等多個(gè)方。近年來(lái)，隨著河道、航道治理工程的陸續(xù)實(shí)施，整治建筑物材料、結(jié)構(gòu)、工藝取得了重要進(jìn)展。在壩體結(jié)構(gòu)方面，從傳統(tǒng)的堆石壩、塊石壩、樁板壩向沙枕填芯和塊石蓋面混合壩、沙枕一模袋混凝土壩發(fā)展；在護(hù)底結(jié)構(gòu)方面，有沉排護(hù)底、鋼絲網(wǎng)石兜護(hù)底、拋石護(hù)底、拋枕護(hù)底；在護(hù)灘方面，有干砌塊石護(hù)灘、預(yù)制混凝土塊加排墊護(hù)灘，考慮到排墊的易老化問(wèn)題，目前正在研制新型的絞鏈排護(hù)灘等；在護(hù)岸結(jié)構(gòu)方面，有干(漿)砌塊石、預(yù)制混凝土六方塊、鋼絲網(wǎng)石籠護(hù)岸等I5一】。目前，川I江航道整治建筑物主要為散拋石壩體、干砌條石和漿砌條石壩面結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)一般情況下比較穩(wěn)定，但在水流流速較大(超過(guò)3m／s)的河段，壩頭和壩體頂沖部位將會(huì)出現(xiàn)毀壞】。而扭王字塊護(hù)面結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性好、抗沖刷能力強(qiáng)、消能等功效。在分析山區(qū)河流整治建筑物的水毀原因后，提出利用扭王字塊護(hù)面試驗(yàn)研究，取得了良好的工程效果。

2山區(qū)河流整治建筑物水毀形式及原因分析

2．1川江航道整治建筑物的水毀形式

由于川江兩岸多為較堅(jiān)硬的基巖，開(kāi)采方便，且費(fèi)用較低，故川江整治建筑物大都采用拋石結(jié)構(gòu)】。在20世紀(jì)90年代以前，壩面厚度一般為0．5m，其結(jié)構(gòu)方式則主要為干砌塊石。但由于漂木的撞擊、水流的滲透、大塊石下部填塞的中小石塊不夠緊密等原因，壩體損毀嚴(yán)重，其原因主要是壩面結(jié)構(gòu)不牢固、塊石級(jí)配組成不合理，造成壩面被破壞或背水面壩體被水流淘空從而導(dǎo)致壩體毀壞。在20世紀(jì)90年代以后，將壩面厚度調(diào)整為1．0m，壩面結(jié)構(gòu)采用漿砌條石，從而使整治建筑物的損毀現(xiàn)象大為減少，僅在一些流速較大或水流在某個(gè)水位會(huì)集中沖刷壩體，但損毀程度大大減輕。目前，川江航道整治建筑物的水毀形式主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1)由于建筑物壩頭、壩根等部位的基礎(chǔ)和泥沙常年受到水流的沖刷和侵蝕作用，使其基礎(chǔ)淘空，建筑物在其自身重力作用下失去支撐，導(dǎo)致建筑物的局部或整體崩陷塌落。

2)整治建筑物與固體顆粒在大流速水流作用下，相互摩擦，尤其是處在卵石輸移帶上的建筑物，磨損尤為激烈。

3)在水流和漂浮物的沖擊下，石塊常以滑動(dòng)和滾動(dòng)的形式脫離原位，被推移到下游河灘淤積。

4)建筑物在水流或漂浮物的沖擊作用下，砌體從頂層開(kāi)始逐層剝落，最終潰缺。

2．2川江航道整治建筑物的水毀原因

影響整治建筑物水毀的因素主要有水流泥沙動(dòng)力、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程施工、維護(hù)管理及人為破壞等因素。這些因素之間相互影響、相互作用，使整治建筑物受到不同程度的破壞。其中水流動(dòng)力因素是導(dǎo)致整治建筑物水毀的重要原因。

1)水流和泥沙動(dòng)力因素①水流頂沖。凡地處中洪水主流頂沖點(diǎn)上的整治建筑物，在汛期承受著很大的沖擊力，在受力點(diǎn)處，局部集中沖刷是建筑物破壞的主要?jiǎng)恿ΑＦ茐倪^(guò)程先是壩頂頂面出現(xiàn)單個(gè)或多個(gè)缺口剝落流失，形成小缺口，之后缺口逐步擴(kuò)散，壩體斷裂，破壞越來(lái)越嚴(yán)重。②橫流沖刷。導(dǎo)流順壩、堵順壩、封彎順壩前沿，因受彎道環(huán)流的作用將背水坡壩體或壩基(多為砂卵石)淘空，致使壩體外側(cè)失去支撐。壩體在自重作用下失去平衡壩塌陷破壞，此外，汊道進(jìn)出口處和急流進(jìn)口是橫流發(fā)育的河段，在該位置修建的磧頭壩和堵壩，承受著較強(qiáng)的橫向沖刷，橫比降越大，分流量越大，壩體承受的沖擊力越強(qiáng)，破壞力越大。③壩后沖刷。丁壩、鎖壩、堵順壩迎背水坡前水位差值較大，一般為l～3m，中水期壩后流速大，沖刷力強(qiáng)，壩后護(hù)坡塊石常被急流剝落，壩基基腳常被淘空，失去支撐導(dǎo)致產(chǎn)生不均勻沉降或偏移，從而對(duì)整治建筑物上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。④滑坡體、泥石流沖毀整治建筑物。當(dāng)山洪爆發(fā)時(shí)，在一些陡峻山溝由于巖土喪失平衡穩(wěn)定，或由于植被破壞，導(dǎo)致巖土瞬時(shí)兇猛地隨暴雨急流下泄，形成極大的滑坡體、泥石流，對(duì)處在滑坡體、泥石流地區(qū)的整治建筑物將受到極大的損害甚至形成毀滅性的破壞。⑤河床變形作用。洪水期間，不僅是水流的破壞作用，而且水流中挾帶的泥沙淤積河床，促使岸邊再造，特別是在彎道處、泥沙堆積于凸岸，從而改變主流位置與方向，對(duì)凹岸產(chǎn)生極大的沖刷作用，從而加劇整治建筑物的破壞。⑥推移底沙作用。山區(qū)河流推移底沙顆粒較細(xì)，推移時(shí)間長(zhǎng)，與建筑物的相互作用激烈，建筑物砌體面層磨損嚴(yán)重，加劇了建筑物的破壞作用。⑦漂浮物的撞擊。山區(qū)河流在中、洪水期間，常有木材漂浮物順流而下，這些漂浮物依賴(lài)于水流的水力作用，產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，形成強(qiáng)大的沖擊力，整治建筑物在沖擊力的作用下。砌體從頂部開(kāi)始逐層剝落，出現(xiàn)斷裂，從而出現(xiàn)潰缺。實(shí)際上，整個(gè)建筑物的破壞一般不是單一的因素形成的，大多是由于不同的各種因素組合形成的。

2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素。①地處急流頂沖點(diǎn)上的壩體和護(hù)腳棱體，因斷面尺寸偏小，建筑物穩(wěn)定性不夠，導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)水毀。②壩位布置不當(dāng)。實(shí)踐證明，凡布置在汊道內(nèi)的鎖壩，建成后上下水位差較大，受力大，穩(wěn)定性極差；凡布置在中洪水主流上的丁壩和順壩，因承受局部集中沖刷，在頂沖點(diǎn)處極容易出現(xiàn)破壞。③壩根位置處理措施不當(dāng)。特別是丁壩，其壩軸線與上游來(lái)水交角偏大，水流頂沖力相對(duì)較大，設(shè)計(jì)中未采取有效的壩根處理措施，從而產(chǎn)生壩根沖毀現(xiàn)象。④壩根與自然河有規(guī)則岸坡的連接處設(shè)計(jì)縱坡偏緩，而使壩根頂部溢流時(shí)間提前，此時(shí)壩下無(wú)水墊消能，導(dǎo)致后坡沖刷，引起水毀。

3)維護(hù)管理因素。對(duì)于川江上的整治建筑物，其結(jié)構(gòu)為拋石結(jié)構(gòu)，不能做到一勞永逸，在整治工程完工后，需對(duì)整治建筑物進(jìn)行維護(hù)性的整修方能保持其整體性和牢固性。但由于航道維護(hù)經(jīng)費(fèi)原因，對(duì)一些整治建筑物未能及時(shí)進(jìn)行維護(hù)性整修，從而造成建筑物水毀。

4)人為破壞因素。隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的發(fā)展，沿江村民為獲取建材利益，汛后常在建筑物的壩根和壩基處挖沙，采卵石出售，甚至直接搬走壩面的條石，致使壩體松動(dòng)而出現(xiàn)整體性破壞。

3扭王字塊的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

3．1設(shè)計(jì)思路

在山區(qū)河流中，整治建筑物的壩頭由于處在水流頂沖的關(guān)鍵部位，毀壞相當(dāng)嚴(yán)重，特別是壩頭水流流態(tài)較亂，采用鉸鏈排等片狀護(hù)面結(jié)構(gòu)易于被水流沖翻，失去保護(hù)功能，因此將海港工程中防波堤護(hù)面結(jié)構(gòu)中常用的扭王字塊首次用于長(zhǎng)江上游。扭王字塊的穩(wěn)定性在海港防波堤中是對(duì)一定的波高提出相應(yīng)的穩(wěn)定要求，而未對(duì)流速提出相應(yīng)的計(jì)算公式。因此在內(nèi)河整治建筑物的應(yīng)用中，仍參照J(rèn)TJ3l2—2003《航道整治工程技術(shù)規(guī)范》推薦的公式進(jìn)行估算：d=0．04；(1)本河段中灘險(xiǎn)洪水期的最大表面流速為3．5～4-3m／s，按上式計(jì)算得塊石等容粒徑：壩體的拋筑塊石的等容粒徑0．49～0．74m，對(duì)應(yīng)塊石質(zhì)量在為150～420kg，考慮到山區(qū)河流由于卵石的移動(dòng)造成整治建筑物的磨損，因此，考慮到川江整治建筑物多年應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)顯示，單個(gè)塊體穩(wěn)定的質(zhì)量在500kg以上，適當(dāng)增加1．5～2倍的質(zhì)量，確保扭王字塊的穩(wěn)定，設(shè)計(jì)質(zhì)量為800kg，扭王字塊的高度h為1094ITlm，護(hù)面計(jì)算厚度為0．99Ill。依托敘瀘段一期工程，進(jìn)行了扭王字塊護(hù)面結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究。在楊柳磧上丁壩(1丁壩)壩頭20m長(zhǎng)范圍的壩面及迎、背水坡采用扭王字塊護(hù)面(圖1)。壩體迎水坡邊坡為1：1．5，背水坡邊坡為1：2。壩頭1013范圍內(nèi)，壩頂加寬至5n-i，壩頭坡1：3。工程于200712008年枯水期施工。

3．2結(jié)構(gòu)方案

壩心仍采用塊石，在迎、背水坡及壩頂約1m厚的壩面拋一層扭王字塊進(jìn)行護(hù)面，扭王字塊的高度為1．094m，單塊質(zhì)量0．8t，混凝土的厚度等級(jí)為C30。扭王字塊的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2和圖3。

3．3施工工藝

扭王字塊的制作需要定型鋼模在預(yù)制場(chǎng)進(jìn)行預(yù)制，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到75％后拆模，拆模后集中堆放，然后用吊車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)至運(yùn)輸船，再由船舶運(yùn)至拋放現(xiàn)場(chǎng)用吊車(chē)進(jìn)行拋放。拋放時(shí)，從壩體坡腳至壩頂方向進(jìn)行，拋放網(wǎng)點(diǎn)排距和間距為0．85m，但排與排間應(yīng)按0．42m錯(cuò)位進(jìn)行拋放，起到消能作用。扭王字塊預(yù)制和安放分別按JTJ3l4—2004《航道整治工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中預(yù)制混凝土鋪砌塊和異型塊體安裝進(jìn)行檢驗(yàn)。

3．4試驗(yàn)效果分析

為了分析扭王字塊試驗(yàn)和工程整治效果，工程實(shí)施后，分別于2008年8月、2009年1月、2010年1月對(duì)楊柳磧進(jìn)行了3次原型觀測(cè)。從壩頂高程分析，2008年8月測(cè)圖表明，上丁壩壩頭高程255．66m，壩根高程256．44m；之后2次測(cè)圖上丁壩壩頭高程為255．6m，壩根高程為256．4m。結(jié)果表明，壩頭最大沉降處為6cm，壩根最大沉降處為10cm，發(fā)生在2008年汛后，之后趨于穩(wěn)定。從壩體邊坡分析，2008年測(cè)圖上壩迎水坡坡比為1：1．46，背水坡坡比為1：2．0l，壩頭坡比為1：2．9l；2009年1月及2010年1月測(cè)圖表明，迎水坡、背水坡、壩頭坡比均為1：1．5，1：2，1：3。壩體區(qū)域河床地形穩(wěn)定，無(wú)大的沖刷坑及明顯的淤積。從壩區(qū)河床地形分析看，壩頭前河床地形沖刷不明顯，但勾頭下游約30m處有約4m×6m的沖刷坑，沖深近2m，但范圍和深度均較小，不危及壩頭安全。在丁壩壩根段，丁壩上游河床無(wú)明顯沖淤現(xiàn)象，在丁壩下游有約35mx15m的沖刷坑，最大沖深近3．5m，不影響壩體總體穩(wěn)定?？傮w上來(lái)看，經(jīng)過(guò)3個(gè)水文年后壩體總體穩(wěn)定，但局部存在一定變形，主要表現(xiàn)在上、下丁壩的背水坡腳局部位置被水流淘蝕，壩體塊石被水流帶走，形成空隙，范圍較小。在楊柳磧?yōu)┏晒?yīng)用后，在敘瀘段的金魚(yú)磧丁順壩的拐角處、風(fēng)簸磧?yōu)┑怪枚№槈蔚亩味?、銅鼓灘順壩壩頭等均得以成功應(yīng)用。

4結(jié)語(yǔ)

扭王字塊是一種應(yīng)用于防波堤、護(hù)岸、攔沙堤、導(dǎo)流堤等海港水工工程的護(hù)面結(jié)構(gòu)，其功能是消浪和護(hù)面。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，扭王字塊的使用突破了其用于防波堤的慣用手法，應(yīng)用于內(nèi)河航道整治建筑物的壩體護(hù)面，具有較好的穩(wěn)定性，也有消能功效，是一種值得大力推廣的整治建筑物結(jié)構(gòu)形式。