水下鉸鏈模袋混凝土沉排在公安臘林州護岸工程中的應用

陳飛 張艷霞 李安定

(1.荊州市長江河道管理局，湖北 荊州 434000；2.湖北省河道堤防建設管理局，湖北 武漢 430000；3.湖北華夏水電股份公司，湖北 荊州 434000)

1 基本情況

臘林州護岸工程位于公安縣埠河鎮(zhèn)境內(nèi)北閘安全區(qū)圍堤下游長江右岸，地處荊南長江干堤樁號K695+330～K696+700堤外臘林洲圍堤外側(cè)。該段堤外平臺寬30～60m，岸坡坡度20°～45°，水下坡度9°～39°，坡高20～24m。岸坡未處理，崩岸嚴重，崩岸形態(tài)呈臺階狀，每級臺階高約2～3m，崩岸總高度約10m。該河段處于長江凹岸，在迎流頂沖作用下，深泓貼岸，水毀、崩岸現(xiàn)象嚴重，且崩岸呈快速發(fā)展趨勢。

為保障堤防防洪安全需要，維持現(xiàn)有河勢，抑制河勢向不利方向發(fā)展，避免荊江河段河勢產(chǎn)生大的調(diào)整，長江水利委員長江勘測規(guī)劃設計研究院將臘林州新護工程納入長江荊江河段河勢控制應急工程。護岸范圍為樁號K695+820～K696+700，護岸長度為880m。采用水上鋼絲網(wǎng)石墊護坡，水下鉸鏈模袋混凝土沉排護腳等型式加固堤坊。該工程于2015年9月10日開工，2016年4月15日完工。其中水下鉸鏈模袋混凝土沉排護腳于2015年11月27日開工，2016年1月28日完工。

2 水下鉸鏈模袋混凝土沉排設計

鉸鏈模袋混凝土沉排護岸是將流動混凝土或砂漿用泵灌入由合成纖維制成的模袋內(nèi)，形成混凝土護面層鋪護在坡面上。

設計對臘林州護岸樁號K695+820～K696+700段進行模袋混凝土水下護腳，護腳坡長58m，總施工面積58036m2。模袋混凝土處于水下，最深處9m(以設計枯水位29.80m計算)。

為保證鉸鏈模袋混凝土沉排在水下的抗沖強度，護岸選定C20混凝土作為鉸鏈模袋混凝土沉排充填料。土工模袋采用滌綸高強機織模袋(雙層)，單位重量大于500g/m2；抗拉強度大于2200N/m2；頂破強度大于500N；為防止在水位變幅區(qū)的模袋受日光照射老化斷裂影響其整體穩(wěn)定，對近岸10m范圍內(nèi)鉸鏈模袋混凝土沉排袋體選用抗紫外線模袋。模袋混凝土厚0.25m，護腳寬58m，外緣接10m寬拋石。

鉸鏈模袋混凝土沉排單元排體尺寸為12m×58m[長(順流向)×寬(順岸坡向)]，充灌25cm厚C20混凝土，充填后模袋形成單個塊體平面尺寸為90cm×40cm，塊間距10cm。每個塊體垂直水流方向布設4個灌漿通道，分別與前、后排塊體相連；順水流方向布設2個灌漿通道，分別與上、下游排塊體相連。通道在河床變形時能及時斷裂，保證排體隨河床變形下沉。每個塊體內(nèi)沿水流方向布設1根高強錦綸繩，垂直水流向布設2根高強錦綸繩，錦綸繩主要防止塊體在水下產(chǎn)生脈動、懸掛及排體局部滑動。

為保證岸坡穩(wěn)定，對水下邊坡較陡地段還需進行土袋緩坡處理，坡度為1∶2。

3 水下鉸鏈模袋混凝土沉排施工

3.1 設計施工方案

鉸鏈模袋混凝土沉排分單元施工。根據(jù)現(xiàn)場施工條件，在陸上或工程船上布置混凝土攪拌輸送系統(tǒng)(包括0.4m3混凝土攪拌機、混凝土泵、導管)，并在1艘150t的起重船上制作安裝桁架滑道。150t起重船主要作為起吊滑道及停放攪拌機、配料機、輸送泵的平臺，起重船的移位由錨繩通過卷揚機控制。

采用混凝土泵輸送混凝土，混凝土熟料出料后由輸送管通向模袋灌口?；炷恋奶畛浞较驈乃_邊自下而上填充陸上段混凝土，陸上段混凝土填充完畢，再由水腳邊按順序向江心方向填充滑道上鉸鏈模袋混凝土沉排，填充一段，鋪設一段。填充時，可在模袋上用腳踩踏，以保證模袋內(nèi)混凝土密實。起重船沿模袋鋪設中心線向江心緩慢移動，同時調(diào)節(jié)滑道坡度，使灌滿混凝土的模袋沿滑道下滑，準確落在護坡上，直至該斷面鉸鏈模袋混凝土沉排鋪設到位。然后重新移船定位，重復以上步驟，按先上游后下游的鋪設順序，完成全部鉸鏈模袋混凝土沉排工程的鋪設工作。

3.2 施工單位實際施工方案

按設計單位的施工組織實施方案，施工單位在落實鉸鏈模袋施工船只過程中，了解到該施工設備原來只在航道部門工程中使用，且適用水下地形比較平緩的洲灘護岸。施工船舶屬于特種船舶，數(shù)量較少，費用較高，難以落實。加上護岸工程受水位影響，時間緊，任務重。因此，在征求參建各方意見后，決定改變施工方案。原方案是在船上將混凝土灌入模袋，沉入水中?，F(xiàn)方案是直接將模袋放入水中，由潛水員在水下將混凝土灌入模袋。

施工單位首先于2015年11月27—29日進行生產(chǎn)性試驗，經(jīng)核驗施工機械的生產(chǎn)性能和生產(chǎn)能力滿足技術(shù)要求和施工進度要求；水下模袋混凝土施工工藝和施工效果能滿足設計要求。施工單位隨后組織進行大面積水下模袋施工。該單項工程于2016年1月28日完工。主要施工方案如下：

a. 澆筑網(wǎng)格劃分。設計單塊模袋沿坡向長度為12m，垂直水流方向長度為58m。根據(jù)采取逐塊澆筑的施工工藝要求，制定水下模袋混凝土施工網(wǎng)格為12m(順水向)×58m(垂直水向)，自上游樁號K696+700向下游樁號695+820劃分，每一網(wǎng)格重疊1m。

b. 控制模袋漂移措施。按設計線先澆筑坡上及淺水區(qū)域的模袋混凝土，再采用連接的3根48kg/m、12m長的重型鋼軌將模袋固定在重軌上，按起點邊線用鋼絲繩將重軌放入水下控制位置，防止模袋產(chǎn)生漂移。

c. 模袋鋪設定位。工程區(qū)域內(nèi)水流深度較大，而且所有模袋鋪設都在水中完成，首先應確保模袋布在加工縫制期間均按照設計尺寸要求縫制加工。

模袋布的鋪設采用3條船進行，兩條為定位船，一條為工作船。船只的布置如圖1所示:

圖1 船只布置

圖中1號船為模袋順水流方向定位船，起固定模袋，防止模袋順水流向下游漂移的作用。單條模袋布寬58m，要求該船長度不小于45m。

圖中2號船為模袋垂直水流向定位船，保證拉鋪模袋至設計要求。該船長度不小于25m。

圖中3號船為工作船，為便于下一塊模袋拼接配置。該船長度不小于12m。

首先在岸上將模袋展開，并在岸線一端用鋼管樁固定。然后人工將模袋另一端抬放至2號船上，由2號船向江中移動，逐步將模袋布伸平并沉放。在沉放鋪展過程中，由1號船上操作人員用繩子(輔以槽鋼)將模袋上游端扣住(扣繩中距約1～1.5m)并拉緊，調(diào)整定位。定位時考慮沉放漂移距離，在上游距設計樁號漂距處進行定位，漂距在沉放前試驗確定。

模袋布長12m，平均分為3條，逐條澆筑。當完成2條(8m長度)沖灌成型后，由縫制人員在3號船上將下塊模袋縫制拼接好，進行下一條順序施工。

d. 混凝土充灌?；炷了貌牧蠟樗?、細碎石、黃沙。其中碎石的粒徑為5～15mm，黃沙的細度模數(shù)為2.76～2.86?；炷猎诎韬驼炯邪柚?，輸送至施工現(xiàn)場混凝土輸送泵內(nèi)，由輸送泵入倉灌充。泵管主要為軟管。

灌充前由潛水員在水上人員協(xié)助下將軟管插入模袋灌口中，用專用繩子系住灌口，檢查無誤后聽指揮員指令進行灌充。灌充過程中潛水員隨時檢查灌口情況確保灌充到位。

逐條由上至下灌充成型。該工程設計模袋兩塊間搭接寬度為1m，灌充順序按圖2進行。

圖2 灌充順序

灌充順序：①→②→③→④→⑤。

其中④位于首塊模袋上，在首塊模袋灌充時暫不進行，折疊系在已灌充的模袋上；第2塊模袋固定在首塊已灌充好的模袋上，先灌充③，結(jié)束后，在潛水員協(xié)助下，由3號工作船上操作人員將折疊的④翻平疊壓在已灌充好的③上并完成④的灌充。

灌充速度控制在8～12m3/h，連續(xù)灌充，灌充完成后撤管時將灌口扎緊。

3.3 水下模袋施工質(zhì)量檢測

由于施工單位改變設計施工方案，為檢驗施工成果，根據(jù)建設單位要求，在水下模袋施工完成后，進行水下模袋澆筑質(zhì)量檢測。

2016年4月，施工單位委托長江水利委員會長江科學院對水下模袋混凝土的澆筑質(zhì)量進行檢測。長江科學院采用水下機器人系統(tǒng)對施工區(qū)域進行水下視頻檢查，同時通過水聲定位系統(tǒng)確定水下機器人的行走位置，判斷鉸鏈模袋混凝土沉排的鋪放位置和鋪放寬度。

該次水下檢查共設置5個橫向檢查斷面和1個縱向檢查斷面，檢查結(jié)果表明：?鉸接模袋混凝土沉排的鋪設寬度滿足設計要求；?鉸接模袋內(nèi)的混凝土填充較為飽滿；?鉸接模袋的搭接狀況較好，基本沒有出現(xiàn)未搭接的現(xiàn)象。

3.4 存在問題

a. 根據(jù)設計實施方案，水下模袋鉸鏈混凝土沉排需要特制的專用船舶才能夠施工。鉸鏈模袋混凝土需在船舶上澆灌完成，填充密實后才沉入水底。專用船舶噸位較大，數(shù)量較少。由于水下模袋鉸鏈混凝土沉排護底最先應用于航道整治工程，目前只有大型航道整治施工單位才擁有專用船舶。由于船舶稀少，價格高昂，難以租到。同時，護岸工程受水位變化影響較大，一旦錯過枯水期，只有等下一個枯水位才能夠繼續(xù)實施。

b. 為保證工程順利實施，施工單位將所有模袋都在水中鋪設、固定，然后潛水員下潛將軟管插入模袋灌口中，用專用繩子系住灌口，進行混凝土灌充。潛水員作業(yè)工作量大，且存在一定安全隱患。由于是水下澆灌混凝土，加上人為原因，難免存在漏灌現(xiàn)象，難以保證混凝土澆筑模袋飽滿。因此水下施工，監(jiān)理主要從以下幾個方面進行監(jiān)管：?見證混凝土的充灌壓力；?見證混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量，如測量混凝土的坍落度、試塊的抗壓強度等；?檢查水上部分模袋的充填質(zhì)量、搭接寬度等；?見證每天的混凝土澆筑量，并與理論值做比較分析，以此保證混凝土的充填量。

c. 由于水下潛水員作業(yè)條件的局限性，工程實施過程中幾度停工。根據(jù)相關規(guī)定，水流流速大于1.2m/s不宜進行水下作業(yè)，大于1.5m/s禁止水下作業(yè)。在施工過程中，長江水位曾經(jīng)小幅上漲1m左右，潛水員難以水下作業(yè)。經(jīng)測量，水面流速高達1.8m/s。潛水員繼續(xù)作業(yè)將存在生命危險，工程只有停工。在水位下降、流速減小以后方可繼續(xù)施工。

d. 臘林州岸段施工時，最大水深達10m。潛水員只有靠重力裝備才能夠下潛到水中作業(yè)。加上模袋上繩索較多，潛水員水下作業(yè)存在極大安全隱患。

4 結(jié) 語

a. 鉸鏈模袋混凝土可以水下施工，具有不需要筑拆圍堰、排水、斷航等優(yōu)點。施工機械化程度高，可縮短工期，整體面積大，施工較為簡便，施工速度較快[1]。

b. 長江臘林州護岸工程施工實踐表明，鉸鏈模袋混凝土在長江護岸工程中僅適用于水下地形比較平緩，水深不大，水下流速不高，能保證潛水員安全作業(yè)的岸段。對長江的重要險工險段、深泓貼岸、迎流頂沖、水深流急的岸段需進一步論證其施工的可行性和安全性。

余文籌,盧金友著.長江河道崩岸與護岸[M].北京:中國水利水電出版社,2008.