袋裝砂護(hù)岸技術(shù)在漢江鄢灣段搶險(xiǎn)中的應(yīng)用

劉明忠

摘要：漢江鄢灣險(xiǎn)段地質(zhì)條件復(fù)雜，岸坡崩塌嚴(yán)重，多次出現(xiàn)險(xiǎn)情，亟需整治。依據(jù)當(dāng)?shù)刈匀毁Y源條件及搶險(xiǎn)時(shí)間的要求，采用袋裝砂護(hù)岸除險(xiǎn)技術(shù)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐氖┕l件和袋裝砂護(hù)岸除險(xiǎn)技術(shù)的工藝原理，研究了袋裝砂護(hù)岸除險(xiǎn)技術(shù)的施工方法和流程，詳細(xì)闡述了施工過程。次年汛期后觀測(cè)結(jié)果的變化值均在正常范圍內(nèi)，未出現(xiàn)滑塌、裂縫現(xiàn)象，鄢灣段險(xiǎn)情得以控制。運(yùn)用該方法施工具有獨(dú)特性強(qiáng)、施工機(jī)械化程度高、施工質(zhì)量好、工藝先進(jìn)等特點(diǎn)，可在湖泊平原地區(qū)推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：袋裝砂護(hù)岸;施工方法;流程;鄢灣險(xiǎn)段;漢江

中圖法分類號(hào)：TV861

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.07.008

1 概述

鄢灣險(xiǎn)段位于長江最大支流漢江右岸，樁號(hào)123+470-124+840處，地處江漢平原腹地仙桃市長墻口鄢灣村，全長1370m。此段堤防堤頂高程34.7m，堤頂寬度在6.5～ 8.0 m之間。堤身與岸坡均由松散一稍密的砂性土層和黏性土層構(gòu)成，巖性以粉質(zhì)壤土、壤土為主，局部有砂壤土、粉細(xì)砂;該段堤身填土成分復(fù)雜，黏性較差，密實(shí)度低，抗?jié)B性較弱，堤身工程狀況較差，屬Ⅲ類堤防。

鄢灣段為漢江迎流頂沖的歷史險(xiǎn)段，1986年、1998年、2012年均先后發(fā)生過險(xiǎn)情，并多次進(jìn)行治理。該段堤防堤內(nèi)地勢(shì)較平坦，地面高程26.5～27.5 m。堤內(nèi)坑塘較少，堤外無外灘，常年深泓逼岸，岸坡崩塌嚴(yán)重。同時(shí)由于該堤段工程地質(zhì)條件差，水下坡度1：1.3～1：1.5，堤基壤土抗沖能力差，在水流的多年沖刷下，險(xiǎn)情時(shí)有發(fā)生，是漢江下游干堤重點(diǎn)險(xiǎn)段之一。

2 袋裝砂護(hù)岸除險(xiǎn)技術(shù)及應(yīng)用

2.1 技術(shù)的工藝原理與施工流程

2.1.1 工藝原理

裝袋砂設(shè)備由裝料抓斗、上料斗和下料斗3個(gè)部分組成，上料斗用型鋼和鋼板焊制，用液壓裝置控制料斗的開啟;下料斗用卷揚(yáng)機(jī)和滑輪控制卸料。工作時(shí)駁船用自帶的起重抓斗，將砂料裝載到鋪有編織袋的進(jìn)料斗內(nèi)，并通過液壓裝置控制斗門;裝袋完成后，通過卷揚(yáng)機(jī)打開下料斗翻板，將砂袋拋擲至險(xiǎn)情整治處，減緩水流對(duì)岸灘的沖刷，再拋投塊石保護(hù)拋壓，達(dá)到護(hù)岸除險(xiǎn)的效果。

2.1.2 施工流程

袋裝砂護(hù)岸除險(xiǎn)技術(shù)工藝流程見圖1。

（1）水下地形圖測(cè)繪。水下地形測(cè)量采用中海達(dá)HD-310超聲波全數(shù)字測(cè)深儀，結(jié)合GPS系統(tǒng)進(jìn)行。水下地形測(cè)量的測(cè)點(diǎn)位置，嚴(yán)格控制在斷面線上;陡坡、轉(zhuǎn)折或水下地形變化較大處，測(cè)點(diǎn)加密布設(shè);斷面線的布設(shè)，垂直于堤身軸線的方向，斷面線的間距按4～5m控制。

（2）拋投網(wǎng)格劃分。根據(jù)船型尺寸、拋區(qū)厚度、拋投方法等具體劃分，主要是將單元工程中每個(gè)網(wǎng)格的拋投量作為檢測(cè)點(diǎn)之一，每個(gè)單元工程中檢測(cè)點(diǎn)的總數(shù)（即網(wǎng)格數(shù)）20個(gè)，其合格點(diǎn)數(shù)及合格率即反映出拋投的均勻情況。

（3）駁船取砂。駁船具有錨泊、定位、充灌、吊裝及儲(chǔ)存等功能的專用施工船舶，并配備交通船、GPS、北斗定位等設(shè)備和軟件，施工過程中能實(shí)時(shí)顯示船舶的平面位置。袋裝砂充填料選用附近河灘砂性土，粒徑（d> 0.075 mm）顆粒含量大于60%，黏粒（d< 0.005 mm）含量小于10%。

（4）GPS定位拋錨。用超聲波測(cè)深儀或測(cè)桿、重錘測(cè)量水深，用流速儀測(cè)量流速，用4m3砂袋試拋投，測(cè)量漂移距離和水流方向，調(diào)整駁船拋投的位置，并用公式（1）驗(yàn)算，掌握砂袋在水中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，作為施工船定位的依據(jù)（見圖2）。

L=0.8 VH/W1/6（1）式中，L為砂袋水平漂移距離，m;V為施工時(shí)拋石部位水面流速，m/s;H為試驗(yàn)時(shí)的水深，m;W為單個(gè)砂袋的重量，kg。

（5）拋擲砂袋。裝砂袋采用聚丙烯編織布制作，單個(gè)袋體尺寸按5 mx5 m縫制。駁船抓斗吊抓取砂料投入料斗中，每個(gè)砂袋裝80%，用力拉緊口繩，系緊袋口。按計(jì)算拋距和試驗(yàn)拋距綜合確定，并按網(wǎng)格進(jìn)行拋投。

該河段采用順?biāo)鞫ㄎ环绞剑ㄎ淮趻佂秴^(qū)域拋錨后，用全站儀進(jìn)行測(cè)量，采用先粗定位再精確定位的方式，以及參照拋投區(qū)域外邊線標(biāo)記，將定位船駛到該拋投網(wǎng)格的上游處拋錨。用5根錨索進(jìn)行固定，在船首用一個(gè)領(lǐng)水錨固定…，船體前半部和后半部的兩側(cè)分別用錨索固定，如圖3所示。岸邊設(shè)置錨樁，錨和船體之間采用鋼絲繩連接，定位船靠船前后兩個(gè)絞盤絞動(dòng)5根鋼絲繩來使其上、下游及橫向移動(dòng)[2]。

（6）拋擲砂袋后的檢測(cè)。以網(wǎng)格拋投量為依據(jù)，檢查并記錄砂袋規(guī)格和質(zhì)量是否符合要求，施工船舶及充砂設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，施工方法是否與批準(zhǔn)的施工方案一致，袋裝砂平均厚度是否符合要求。各參建方現(xiàn)場(chǎng)人員簽字確認(rèn)砂袋規(guī)格、單個(gè)砂袋方量、拋填砂袋個(gè)數(shù)、拋填方量以及水下地形測(cè)量等。

（7）拋石船拋石壓重。根據(jù)拋投尺寸和石料運(yùn)輸船實(shí)際裝石的平均長度，按照20 mx20 m的斷面尺寸，由內(nèi)向外分組排列，每組分為4個(gè)檔位，將各組的拋石量平均分布在4個(gè)檔位上按量拋石。水下拋石按照“由上游到下游、先深槽后淺水”的原則分區(qū)拋石壓重[3]。

（8）拋石后的檢測(cè)。每單元長度拋投完成后，先進(jìn)行自檢，不合格部位加以補(bǔ)拋，待全部自檢合格后，監(jiān)理工程師復(fù)測(cè)。拋石后斷面的測(cè)量方法與水下地形測(cè)量方法相同。

2.2 漢江鄢灣險(xiǎn)段的技術(shù)應(yīng)用

2.2.1 險(xiǎn)情概況

2017年11月23日及2018年1月9日，在進(jìn)行汛后退水期檢查及日常巡查過程中，發(fā)現(xiàn)漢右樁號(hào)123+800-124+200段分別有兩處枯水平臺(tái)出現(xiàn)崩銼現(xiàn)象。崩銼各長60 m，崩寬5～8m，崩銼塊石全部塌落至護(hù)坡腳槽處，且呈發(fā)展趨勢(shì)。管理部門當(dāng)即組織有關(guān)單位的相關(guān)人員實(shí)地測(cè)量，發(fā)現(xiàn)該水下已形成長230 m、寬58 m、深約8-12 m（最深約21 m）的深坑。

2.2.2 險(xiǎn)情分析

（1）該段位于凹岸的下游，主泓常年貼岸沖刷，現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)為水面旋渦翻滾，水下暗流涌動(dòng)，主流翻滾貼岸淘刷。原鎮(zhèn)腳拋石位置高程已較設(shè)計(jì)降低Im，失去了對(duì)拋石層的嵌擋作用，水下坡比較陡，為1：1.2～1：1.4。由于河床沖深，水下邊坡變陡導(dǎo)致崩岸。

（2）2017年9月下旬以來，漢江流域上、中游多次出現(xiàn)強(qiáng)降水過程，導(dǎo)致漢江秋汛突發(fā)。此次秋汛“來勢(shì)猛、落差大、流速快”，加之堤防高、水位浸泡時(shí)間長，含水趨近飽和，且該段外灘土質(zhì)局部有砂壤土、粉細(xì)砂，土體含水飽和，抗剪切性明顯削弱，加劇了崩岸形成。

（3）險(xiǎn)段上游有航道部門整治工程丁壩群，丁壩群穩(wěn)定了現(xiàn)有河勢(shì)并對(duì)所處洲灘有所淤積，造成鄢灣險(xiǎn)段頂沖點(diǎn)一直穩(wěn)定不變，對(duì)岸坡穩(wěn)定影響較大。

（4）如不及時(shí)對(duì)險(xiǎn)情進(jìn)行整治，將影響混凝土護(hù)坡及漢江干堤的安危。長江水利委員會(huì)水文局將鄢灣段確定為崩岸I級(jí)預(yù)警級(jí)別。鄢灣險(xiǎn)段位置見圖4。

2.2.3 險(xiǎn)情整治

（1）整治方案。鄢灣險(xiǎn)情出現(xiàn)后，管理單位立即組織專班緊急搶護(hù)。由于附近均為平原，加之環(huán)境保護(hù)的需要，禁止石料開采，因而塊石需要從150km外的地方水運(yùn)，一般需要約2d，不能滿足搶險(xiǎn)需要。經(jīng)組織專家論證后，擬采用拋投砂袋穩(wěn)定險(xiǎn)情，阻止其繼續(xù)惡化[4]，再拋投塊石壓重。

（2）拋投砂袋。駁船從險(xiǎn)情段上游河流轉(zhuǎn)彎處的對(duì)岸江段取砂，裝載于貨艙區(qū);通過事先計(jì)算的漂距，用GPS定位航行于整治工程作業(yè)處的定位船拋錨，將砂袋拋擲于需要加固的堤腳及沖坑。

砂袋垂直于險(xiǎn)情段軸線方向，相鄰砂袋之間緊靠、擠密，上下層袋體不得出現(xiàn)通縫;砂袋水下邊坡按1：3控制，砂袋厚度60 cm，拋投約500 m3后隨即進(jìn)行水下測(cè)量，并校正砂袋位置或補(bǔ)拋，確保拋投的砂袋穩(wěn)定可靠;險(xiǎn)情拋投長度200 m，平均寬度3m，層數(shù)2-8層。

砂袋袋體采用防老化聚丙稀編織土工布縫制，重量200 g/m2，斷紗、豁邊、破損、稀路、雜物等缺陷每100 m2不超過3個(gè);縫制采用錦綸線，針腳間距12-13針/10 cm，不得出現(xiàn)跳針;拼縫處采用2道縫制線，線與線間距控制在5 mm左右。

（3）石籠護(hù)腳。崩岸區(qū)在水流沖刷作用下，部分區(qū)域形成較深沖坑。對(duì)高程6m以下采用鉛絲石籠護(hù)腳，護(hù)腳寬度為4m，厚度不小于2.5 m，崩塌最嚴(yán)重的深泓采用Im厚石籠拋?zhàn)o(hù)至平緩坡處。

具體施工采用定位船定位，配合石駁船和施工吊車進(jìn)行施工;定位船選用300 t的甲板駁船，并配置絞盤下錨定位;2艘70～ 200 t型號(hào)的石駁船，配合拋石;鉛絲石籠在定位船上由人工組裝，配合小型機(jī)械填裝塊石料，塊石料粒徑15～ 45 cm，大塊石做骨架，小石填縫，孑L隙率不大于20%，裝滿后封口綁扎;施工吊車用以吊裝石籠，將施工區(qū)段劃分為10 m（垂直水流方向）x20 m（順?biāo)鞣较颍┑臉?biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格，各網(wǎng)格再分為上、下兩個(gè)半?yún)^(qū)進(jìn)行作業(yè)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙每個(gè)區(qū)域的厚度以及施工前水下地形測(cè)量成果，計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格應(yīng)吊裝石籠的數(shù)量，編制施工檔位圖[5]。

定位船將石籠塊石料運(yùn)至需定位的吊裝區(qū)段，采用施工吊車進(jìn)行石籠的拋填。具體方法為：①吊運(yùn)設(shè)備起吊石籠，確保機(jī)械牢固;②根據(jù)流速、水深等參數(shù)計(jì)算沖距;③吊車準(zhǔn)確定位，確保石籠落人指定位置;④吊車互相錯(cuò)開，確保石籠碼放均勻;⑤吊裝完成后，進(jìn)行水下地形復(fù)測(cè)，并與吊裝前地形對(duì)比，對(duì)接縫不嚴(yán)處拋填塊石填縫。

（4）水下拋石。拋石厚度不小于Im。拋石施工采用定位船定位，配合拋石船和長臂抓斗進(jìn)行施工。施工工序?yàn)椋簩?shí)測(cè)流速、計(jì)算漂距，并試拋→修正拋投參數(shù)→計(jì)算網(wǎng)格拋石方量→拋投前斷面測(cè)量→定位船定位→石駁船拋石→拋投后斷面測(cè)量→拋石厚度不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)進(jìn)行補(bǔ)拋→定位船橫向往岸邊移位一按前面的順序拋石完成，再橫向移位直到拋滿整個(gè)橫斷面→水下地形測(cè)量→定位船向下游移一個(gè)斷面，再重復(fù)上述步驟。對(duì)局部較淺處則采用小型駁船或配合人工施工。 第一處險(xiǎn)情拋投砂袋1 432個(gè)，拋砂10 450.48 m3，拋石9 878.86 m3。第二處險(xiǎn)情拋投砂袋2 581個(gè)，拋砂18 843.39 m3，拋石181 66.73 m3。兩處險(xiǎn)情合計(jì)拋投砂袋4 013個(gè)，拋砂29 293.87 m3，拋石28 045.59 m3。全部完成后初步緩解了險(xiǎn)情。

2.3 整治效果

（1）施工工藝評(píng)價(jià)。鄢灣險(xiǎn)段袋裝砂護(hù)岸技術(shù)構(gòu)思獨(dú)特，施工工藝先進(jìn)，機(jī)械化程度高，施工質(zhì)量好，施工快速、經(jīng)濟(jì)、安全，并成功實(shí)踐于漢江下游鄢灣等3個(gè)險(xiǎn)段工地施工。

（2）險(xiǎn)情整治后的效果。險(xiǎn)情整治后，組織專門人員進(jìn)行日常的巡視檢查與觀測(cè)。結(jié)果表明，除正常沉降量外，未出現(xiàn)滑塌、裂縫現(xiàn)象。2018年汛期后的巡視與觀測(cè)結(jié)果的變化值均在正常范圍內(nèi)，鄢灣段險(xiǎn)情得以控制。

2.4 技術(shù)優(yōu)勢(shì)與效益分析

（1）安全穩(wěn)定性較好。平均每個(gè)砂袋重約7.3 t，一次可同時(shí)灌裝及拋投4個(gè)砂袋。由于砂袋具有一定的柔軟性，堆積后的砂袋間空隙小，可減輕江底暗流對(duì)堤腳的沖刷影響。有關(guān)資料表明，砂袋沉人江底后壽命一般為30a，不易腐爛、變形[6]，且體積大，沉人江底不會(huì)被水流沖走。

（2）施工期短。在石料缺乏的情況下，先拋砂袋穩(wěn)定險(xiǎn)情，同時(shí)拋砂袋、石籠或拋石施工同步開展，多個(gè)作業(yè)面同時(shí)施工，以提高搶險(xiǎn)進(jìn)度。

（3）就地取材，砂料供應(yīng)較有保障[7]。砂料來自上游轉(zhuǎn)彎處對(duì)岸的江灘，也可從允許挖砂的江段采砂，距離僅約800 m，砂料供應(yīng)充足。

（4）機(jī)械化施工程度高。河道采砂、運(yùn)輸、定位、灌裝砂袋、拋投等全部工序都用機(jī)械作業(yè)，所需人工量極少，可減小成本、提高工作效率與施工安全性[8]。

（5）節(jié)約投資。依據(jù)險(xiǎn)情整治的預(yù)算與工程結(jié)算情況分析，機(jī)械拋投袋裝砂與其他整治方法單價(jià)比較見表1。從表1可知，人工拋投袋裝砂、拋投塊石、拋投石籠的單價(jià)分別是機(jī)械拋投袋裝砂的1.9，3.2，4.5倍，投資優(yōu)勢(shì)較為明顯。鄢灣段險(xiǎn)情整治設(shè)計(jì)水下拋石2.83萬m3，鉛絲石籠1.23萬m3，拋石預(yù)算為646.04萬元;與實(shí)際投入相比較，節(jié)省資金117.82萬元。最重要的是阻止了險(xiǎn)情進(jìn)一步惡化，為進(jìn)一步的搶險(xiǎn)爭(zhēng)取到了寶貴時(shí)間。

（6）袋裝砂護(hù)岸技術(shù)與拋投塊石、石籠等除險(xiǎn)護(hù)岸技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)勢(shì)：材料籌集容易，運(yùn)輸距離短;價(jià)格低廉;施工工藝簡(jiǎn)單、施工速度快;施工安全系數(shù)高;施工整體性好，拋投成功率高，能較好地適應(yīng)河床的變形。但與拋投塊石、石籠等除險(xiǎn)護(hù)岸技術(shù)相比，抗沖能力與使用壽命明顯不足。因此，將兩者技術(shù)結(jié)合，取其所長，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，是一種較好的組合結(jié)構(gòu)方案。

3 結(jié)語

在江、河、湖、海的岸灘，由于河床主泓經(jīng)常發(fā)生改變而引起崩岸、滑移、沖坑等現(xiàn)象，危及江、河、湖、海的岸灘及堤防安全。一般會(huì)采取拋投石料或石籠等，這些應(yīng)急方法需要大量的塊石，但目前由于石料禁采以及運(yùn)輸距離等問題，難以及時(shí)采購到位。而袋裝砂護(hù)岸搶險(xiǎn)施工方法可彌補(bǔ)石料的不足，具有機(jī)械化程度高、施工質(zhì)量好、速度快、人工用量少、施工安全且投資少等優(yōu)點(diǎn)。此外，該法工藝先進(jìn)，在湖泊平原地區(qū)尤其值得推廣應(yīng)用。

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