柴排在盘锦护岸工程中的应用

张秀芬

（盘锦市水利勘测设计院，辽宁 盘锦 124010）

河床演变的基本原理是输沙不平衡，河床冲淤变化是由输沙平衡的破坏而产生的，而河床冲淤变化又是向着恢复输沙平衡的方向发展，它是制约所有河床演变过程的基本规律。影响河床演变的因素是非常复杂的，但影响水流与河床相互作用的主要因素有以下几方面：1）河段的水量及变化过程；2）河段的来沙量，来沙组成及其变化过程；3）河段的河道比降及变化情况；4）河段的河体形态及地质情况。

1 工程概况

一统河口护岸工程位于双台子河右岸，距盘山战备桥下游2 km处，该处河槽经1993年汛期洪水冲刷，其右岸处严重崩塌，右岸岸边最近距离防洪大堤仅为30 m左右，同时该处防洪大堤直接保护双台子区及大型国有企业辽河化工集团。1994年被列为盘锦市城防重点险工险段，属典型的平源河道弯曲型河段。从1994年至今在总体整治的基础上经过了4期护岸工程措施，经过几年的运行该处河段河床稳定。

2 工程规划与设计

2.1 规划原则

该工程的规划原则是以防洪做为其整治目标，主要考虑在造床流量（一般以平槽流量）作用下的河床稳定。工程措施采取平顺式护岸与挑流式丁坝群相结合的方式，保证上、下游造床流量下水流的平顺衔接，同时通过丁坝挑流将水流主动力轴线偏向凸岸。

2.2 结构设计

1）设计参数。本工程采用柴排结构，其工程措施目的是防止凹岸在汛期冲刷，因此采取造床流量下的中水河槽设计水位，即相应平槽水位3.0 m，设计枯水位为-0.5 m。根据河岸土质状况，其设计稳定岸坡为1∶3.0，丁坝坝顶设计高程为3.0 m，丁坝侧面边坡为1∶1，坝头枯水位以上边坡为1∶1，枯水位以下边坡为 1∶1.5～1∶3.0。

2）柴排尺寸及构造。柴排是把柞条制成大面积排状，用石块压沉于近岸河岸上，或每块叠加成坝体形成柴排丁坝，以保护河床免受水流淘刷。它的结构是用直径0.15 m的柞条把，用铁线捆成1 m见方的下上对称的十字格，作为排体骨架，在十字方格底部纵横各铺一层底梢柞条、苇子。上、下对称的十字方格交点用铅丝绑扎牢固。沿柞条把打签桩，构成2×2方格，每米柞条把打直径0.03 m，长1.5 m的签桩2～3根，然后进行进行编篱。上述方法做成排体厚度为0.7 m左右，在排体上抛石下沉于相应工程位置。护岸沉排顺水流方向长度为30 m，搭接长度2 m，垂直水流方向护至河道冲刷线以外2 m。

3）柴排压石粒经设计。柴排是靠石块压沉的，为保证沉排上压石不被水流冲走，须通过计算石块的起动流速来确定石块粒径。

式中：VH——起动流速，m/s；VH′——石块斜坡上的起动流速，计算时可近似地取接近护岸地点洪水期最大平均流速，取3.5 m/s；θ——水流方向与水边线的交角，取30°；m——斜坡的边坡系数，取3.0；m0——石块的自然边坡系数，取1.0。

式中：d——沉排压石最小粒径；g——重力加速度，m/s2；h——水深，m。

根据（1）式得 VH=4.71 m/s；由（2）式计算得d=0.31 m，取 d=30 cm，沉排压石最小粒径应不小于30 cm。

4）沉排压石厚度设计。压石厚度，由压石重量与水流对沉排浮力平衡条件加以确定。

式中：t1——沉排压石厚度，m；t2——沉排厚度，m；n——沉排的抗浮安全系数取1.5；rt——柞条容重，180 kg/m3；pt——柞条重，600 kg/m3；rs——块石容重，1 600 kg/m3；ps——块石重率，2 700 kg/m3；γ——水容重，1 000 kg/m3。

经计算：t1=0.38 t2，取 t1=0.4 t2。

当沉排为柴排时，其压石厚度为柴排厚度的0.4倍。根据已有工程的经验，结合本地实际特点，该工程设计排厚度为1.0 m，压石厚度为0.4 m，柴排为0.6 m。

5）丁坝及平顺护岸设计表面。根据上述的设计条件，及设计原理，平顺护岸断面形式岸见图1；丁坝断面形式见图2。

图1 平顺护岸断面图

图2 丁坝护岸断面图

3 结语

通过近几年的工程实践证明，柴排护岸的结构形式在平原河道整治上是一种较好的工程措施。优点是具有较好的柔韧性、与河床连接紧密，抗冲性能好，结构简单，施工技术要求低，不需要专门设备，北方施工时一般选择在冬季，可直接在冰上施工，排体落位准确。缺点是水上部分易腐烂，不利于环保，工程维修费用较大，如材料不是当地生产，并不经济。