混凝土鉸鏈排沉排技術在南汀河河堤維護中的應用

何沛山

（昆明龍慧工程設計咨詢有限公司，云南昆明650021）

混凝土鉸鏈排沉排技術在南汀河河堤維護中的應用

何沛山

（昆明龍慧工程設計咨詢有限公司，云南昆明650021）

結合南汀河孟定城區(qū)段河道治理工程實踐，分析了工程采用混凝土鉸鏈排沉排技術的必要性和有利條件，重點介紹了鉸鏈排護岸結構、施工設備、施工工藝和施工質量控制，該技術應用為沿江兩岸人民擁有一個安全堤、生命堤提供了重要保障。

混凝土；鉸鏈排；沉排技術；河堤維護；應用

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.031

1 工程概述

臨滄市南汀河孟定城區(qū)段河道治理工程位于云南省臨滄市孟定鎮(zhèn)。結合近遠期城市總體開發(fā)建設需要，工程實施按照“安全第一，先易后難；先消除隱患，后提高升級完善”原則分兩期實施。一期為南汀河干流孟定城區(qū)段河道治理；二期為2條支流整治和2個人工湖建設。本次南汀河孟定城區(qū)段河道治理工程為孟定城市河網水系綜合治理工程的一期工程。工程范圍為南汀河的南底河交匯口至南襪河交匯口，河道總長為7370m。工程內容主要包括兩岸新建堤防、疏浚河道、兩岸綠化及生態(tài)修復工程。工程位置及范圍如圖1所示。

圖1 工程位置及范圍圖

許多護岸技術從20世紀80年代投入試用，90年代后開始被大量應用于工程實踐。在這一過程中，新型預制混凝土板鉸鏈沉排技術的應用優(yōu)勢集中凸顯出來。作為一種新型柔性的平順護岸形式，它的基本原理是將預制混凝土板用鉸鏈連接成排體與其下的土工布共同抗沖反濾，其最明顯的特性是取材容易、施工快捷、便于維護，比較經濟且功效好。

從已應用的工程看，通過對新型預制混凝土板鉸鏈沉排的應用，除了能夠在改善護岸整體結構穩(wěn)定性方面發(fā)揮其獨特優(yōu)勢以外，還能夠提高整個護岸結構的抗淘刷能力，與河床的變形相互適應。同時，新型預制混凝土板鉸鏈沉排施工期間的操作比較簡單，工藝技術比較成熟，成本開支較少。雖然同平順拋石一類的護岸方法相比，其每延米造價略高，但能夠一次性達成防護目的，相對工作量得到了有效的控制，因此，該技術可在堤岸維護整治工作中全面推廣。

2 采用混凝土鉸鏈排沉排技術的必要性和有利條件

2.1 工程地質

河堤左岸和右岸基礎表層0～10m深度范圍內地層巖性特征為第四系人工填土建筑垃圾，分布于賀海橋左岸，厚度4m。第四系沖積淤泥質粉細砂土，厚度2～6m，局部9m，分布于河床中下游左右岸表層；沖積含卵石礫砂土，厚度3～6m，分布于河道治理段河床及兩岸；沖積含卵石泥質礫砂土，埋深5～10m，分布于河道治理段左右岸。

第一、二層承載力低，不能做基礎持力層。第三層含卵石礫砂土和第四層含卵石泥質礫砂土，顆粒較粗，承載力較高，不易液化，能滿足河堤基礎要求。

根據水文資料、水工推算和近2年運行觀測，河床有下切現象，治理段上游河床下切1m多，中下游轉彎段最大沖刷深度4m，平均下切深度約2.5m。近幾年隨著掁清公路完工，河床每年淤積0.05m。

根據滲透管涌破壞臨界水力坡降與土粒比重、孔隙度之間的關系，確定臨界水力坡降，經計算判斷，該段河堤基礎不會受管涌破壞，基礎穩(wěn)定。

工程區(qū)地下水位較高，左右岸均高于河水位，地下水類型為第四系孔隙水和基巖裂隙水，靠大氣降水補給，由四周山體向盆地徑流，補給河水，排泄于南汀河中。

2.2 地形地貌

南汀河流域處于云貴高原西部的邊緣，橫斷山脈南延段，整個流域地勢呈北東向西南方向斜。流域內的最高點為北面的永德大雪山，海拔為3504m，最低點為干流出境處的清水河，海拔為450m，高差達3054m。流域內具有多種地貌類型，中上游的左半區(qū)及南捧河的上游區(qū)為淺切割構造剝蝕低中山殘丘地形，多分布表層風化剝蝕破碎嚴重的花崗巖及灰?guī)r。山勢較平緩，一般河淺谷寬，中小沖積盆地點綴其中，如博尚、臨滄、螞蟻堆、勐永、勐捧、勐堆壩等。南汀河干流中游和南捧河中游多為高度切割構造剝蝕、溶蝕高中山陡坡地勢地貌，河谷下切侵蝕強烈，多呈“V”字型，峰谷高差達千余米。下游區(qū)一般山高谷寬，多為深切割的高山峽谷地形，而干流經過處則是斷陷沖積盆地勐簡軍賽和孟定兩大壩子，干流比降急劇減緩，河道寬淺蜿蜒曲折，水流平緩，河床逐年淤高，洪災頻繁。

2.3 氣象特性

南汀河流域海拔在450～3504m之間，地形平面形態(tài)極為復雜，變化梯度大，氣候具有較為分明的海拔地帶性。流域分水線一帶及海拔較高的永德大雪山脈，氣溫較低，寒冬積雪夏天溫涼；而低海拔的河谷區(qū)和盆地壩區(qū)，氣候較為炎熱。從總體而言，南汀河流域屬中山地區(qū)典型的亞熱帶濕潤立體氣候類型，其特點是干濕季節(jié)分明。多年平均氣溫為17℃～22℃，日照時數為1900～2200h，多年平均蒸發(fā)量為1500～2000m m（20c m蒸發(fā)皿）。南汀河流域多年平均降水量1600m m，且降水受地形的影響，汛期（5～11月）降水量占全年降水量的90%，降水年內時空分布極不均勻，年際變化較小。

年降水在流域內分布狀況是由西南向東北遞減，各區(qū)域隨高程遞增而增大，多年平均降水量在1100～2700m m之間。孟定鎮(zhèn)地處北回歸線附近，屬亞熱帶季風氣候，日照長、四季如夏、終年無霜、年均氣溫21.7℃。南汀河流域的徑流補給來源，主要是來自于印度洋的孟加拉灣的西南暖濕氣流為水汽補給源的大氣降水。南汀河流域內洪水主要由暴雨產生，干流下游段洪水主要來自右岸的南捧河和左岸的小黑河；孟定壩以上的洪水主要源于干流左岸各支流，部分來自上游的頭道水河及干流上游的洪水。據流域內水文站點資料分析，洪水多發(fā)生在6～11月份，其中：干流洪水發(fā)生在7～8月份的頻率為72.3%，南捧河洪水發(fā)生在7～8月份的頻率為80%，上游和勐捧河多發(fā)生在6～9月，其它支流也多發(fā)生在6～9月份。由于發(fā)生全流域大面積暴雨的機率很小，相應洪峰模數不大。

以上地質地貌和氣象特征為在南汀河河堤維護中應用混凝土鉸鏈排沉排技術提供了有利條件。

3 工程施工

3.1 施工條件

3.1.1 通航條件

在對沉排施工方式進行綜合比選的過程中，需要充分考慮施工條件，以及設計所依據的這2個方面因素的影響。具體來說，主要影響因素有施工現場的水域寬度，水域水流速度，河流流場分布特點，通航的條件以及要求，岸線的條件等等。由于具體的工程實踐中，沉排施工會受到施工區(qū)位因素的影響，因此能夠支持沉排作業(yè)完成的時間是比較有限的。為了能夠在較為緊湊的施工進度安排下，達到理想的施工效果，需要使用專業(yè)的沉排船舶，配合現場作業(yè)人員完成機械化施工，以達到加快施工速度的目的。

3.1.2 自然條件

工程區(qū)地下水位較高，左右岸均高于河水位，地下水類型為第四系孔隙水和基巖裂隙水，靠大氣降水補給，由四周山體向盆地徑流，補給河水，排泄于南汀河中。這種自然條件對于混凝土鉸鏈排沉排技術的應用是十分有利的，該工程灘群整治條件十分復雜，不僅要考慮相鄰灘的影響，同時還要考慮到弩灘中段、下段的形成和發(fā)展。在整治過程中，灘頭降水應進行控制，同時對急流段的河流進行調整與收縮。工程實施開始之后，應該結合河流自然的狀態(tài)對本灘進行整治。混凝土鉸鏈排沉排技術在這種自然條件下使用，護岸整體結構穩(wěn)定性等方面的優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮，可以一次性達成防護的目的。

3.2 沉排施工工藝

在當前技術條件支持下，工程施工現場比較常見的鉸鏈排沉排施工工藝有以下3種類型。第1種是基于桁架式吊車的分條平移排體模式，典型的工程項目代表為美國的密西西比河整治工程；第2種是旋轉式起重船的分單元垂直吊排模式，典型的工程項目代表為長江鉸鏈排試驗；第3種是基于水上的連續(xù)水平拉排模式，典型的工程項目代表為南京的水利建筑工程。與前面所提到的基于桁架式吊車的分條平移排體模式以及旋轉式起重船的分單元垂直吊排模式相比，基于水上的連續(xù)水平拉排模式綜合優(yōu)勢更加的確切，表現在具有更快的施工速度，更有效的質量控制，更高的機械作業(yè)效率，更流暢的施工程序，更加可靠的施工質量，更加可靠的安全性等特點。因此，在對該工程沉排施工工藝進行綜合比選的過程中，最終確定采取基于水上的連續(xù)水平拉排模式作為最終施工模式。具體施工布置如圖2所示。

圖2 鉸鏈混凝土板沉排施工布置圖

3.3 施工程序

首先是系排梁澆筑的養(yǎng)護、沉排土工布的加工以及卷制、土板的預制堆放環(huán)節(jié)以及連接環(huán)螺栓的制作、水位變幅區(qū)的鋪筑等等；其次是沉排工作船的拋錨以及定位工作、地壟的埋設、對排體單元的拼裝并完成水運；再次是沉排以及土工布同步沉放流程；最后是在水下作業(yè)面中完成對相關參數的檢測工作，并根據工程建設實際要求，對沉排船所處位置進行適當的調整與處理，期間與沉排工作船相關的具體設備配置標準見表1。

表1 有關沉排工作船的具體設備配置

3.4 沉排試驗施工

岸坡狀況、流速流向等一系列因素對施工有較大影響，并且進行了《沉排施工試驗大綱》的編寫，并對實驗測試及施工中的數據進行了處理，在此基礎上編寫了《沉排試驗施工總結》。在保證施工質量和達到設計要求的前提下，施工單位提出了沉排施工技術的具體措施，其工藝指標與預期目標是基本一致的。

主要技術指標（1套沉排船舶機械）：

（1）排首上岸6～15m，40～60m i n；排尾下沉15～25m，30～50m i n；沉排操作30～80m，50～90m i n；移船定位30～50m i n。合計時間3～5h。

（2）卷揚機8～15t的6臺，5～10t的6臺，發(fā)電機90kW的2臺。

（3）牽引梁共配置4套，分別將其設置于倒拉排首位置、拉排位置、止排位置、以及排尾下沉位置；同時確保與牽引梁所對應的纜繩以及轉向裝置對應就位。

（4）根據沉排區(qū)流速取值對沉排船施工安排進行合理控制：在測定沉排區(qū)流速低于1.0m/s的情況下，可以使沉排船保持正常施工狀態(tài)，在測定沉排區(qū)流速高于1.0m/s的情況下，需要在沉排區(qū)上游設定排船，同時固定排位以確保沉排施工的整體質量。

（5）施工速度：將沉排量控制在2500～3500m2/d區(qū)間內，其中，排首上岸時間、排尾下沉時間、以及移船定位時間基本固定，將其比例控制為5∶4∶5。

3.5 施工質量控制與檢驗

（1）系排梁。用于對其頂面高程、平面位置，預埋拉排鋼筋環(huán)布置等施工質量的控制。

（2）預制塊。用于對混凝土強度、混凝土板制作質量、模板強度、尺寸誤差，受力筋規(guī)格等的控制。

（3）排體沉放。主要將其作用于排體混凝土板間鉸鏈，使該區(qū)域內的鉸鏈連接更加的穩(wěn)定與牢固，同時可以通過排體沉放的方式對其搭接寬度進行合理控制，在沉排操作過程當中遵循自下而上的基本原則，使排體下沉更加的緩慢、舒展，提高布排連接的可靠性，確保排體定位的準確性。

4 結語

在河堤技術中，除了混凝土鉸鏈排沉技術可以用來維護該工程河堤以外，還有許多其他的技術被廣泛運用，無論是哪一種型式，都要根據水文條件，抗洪要求，以及地質情況，周邊環(huán)境等因素進行綜合選擇，在做好河堤維護的同時保持生態(tài)平衡和環(huán)境保護。

［1］高志偉.立式混凝土預制板施工工藝推介［J］.農業(yè)科技與信息，2008（18）.

［2］陳肅利，曾令木.鎮(zhèn)揚河段人民灘鉸鏈排護岸［J］.水利水電快報，1999（04）.

［3］賈玉愛.生態(tài)水利設計理念在城市河道治理美化工程中的應用［J］.水利技術監(jiān)督，2012，20（05）：60_62.

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何沛山（1979年—），男，工程師。