內(nèi)河航道整治護(hù)岸工程中砂枕護(hù)腳施工探討

謝世軍 湖南省常德航道管理局

我國(guó)內(nèi)河航道整治護(hù)岸工程中大多采用水位以上反濾層+干砌石或拋石、水位以下拋石處理以及先沉排護(hù)底再拋枕鎮(zhèn)腳的措施。前種處理措施加固效果顯著，且耐久性好，使用壽命長(zhǎng)，但是這種護(hù)岸形式在原材料供應(yīng)、施工效率、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益等方面均存在很大局限；后種處理方式在受水流頂沖的陡峭河岸中無法保證沉排護(hù)底施工質(zhì)量和有效的護(hù)底范圍，無法實(shí)現(xiàn)排布和岸坡緊密銜接，導(dǎo)致工后發(fā)生沉排和拋枕鎮(zhèn)腳結(jié)構(gòu)損毀。為此本文提出砂枕護(hù)腳整治方式，該方式能充分利用疏浚及切灘工程棄土，有利于資源節(jié)約利用，且拋填護(hù)岸施工工效高，經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益顯著。

1.工程概況

某內(nèi)河航道整治工程建設(shè)規(guī)模為100t級(jí)江海輪雙向通航三級(jí)航道建設(shè)，所開拓航道水深＊底寬＊最小彎曲半徑為4.0＊80＊480m，并達(dá)到98%的通航保證率。結(jié)合勘探資料，該內(nèi)河航道整治段沉積物主要為淤泥、粉砂和淤泥質(zhì)粘土，且泥沙顆粒在水平向由內(nèi)向外分布，在垂直向由下至上分布，呈由粗變細(xì)的總體變動(dòng)趨勢(shì)。該整治河段河床大部分為砂質(zhì)，疏浚及切灘工程棄土距離遠(yuǎn)，故其護(hù)岸工程決定采用疏浚、切灘挖方棄土，并配合使用反濾排水功能良好的土工織物袋加工成砂枕后護(hù)岸，既能有效解決石料緊張難題，又能回收利用疏浚、切灘挖方棄土，節(jié)約施工成本。

2.施工方案設(shè)計(jì)

根據(jù)該內(nèi)河航道整治護(hù)岸工程砂枕護(hù)岸斷面形式，應(yīng)使用直徑1.2m，長(zhǎng)度3.0m和5.0m的砂枕，并配合使用單位質(zhì)量130g/m2、長(zhǎng)度根據(jù)拋填加固部位不同分為2.0m、5.0m和8.0m的丙綸編制土工布和設(shè)計(jì)寬度30mm的加筋帶。其中土工布橫縱向抗拉強(qiáng)度分別在1000N/50mm和1100N/50mm以上，橫縱向延伸率均在25%以下；梯形撕裂強(qiáng)度應(yīng)不小于300N，GRB頂破強(qiáng)度應(yīng)不小于1800N，刺破強(qiáng)度至少為800N，垂直滲透參數(shù)應(yīng)在0.001cm/s以上，等效孔徑應(yīng)不大于0.15mm。加筋帶拉伸負(fù)荷應(yīng)為1.0×104N，設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)率不超過25%，單位質(zhì)量不小于30g/m。

所制成的砂枕袋直徑均為1.2m，為增強(qiáng)砂枕袋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還應(yīng)在袋布上沿其長(zhǎng)度方向增設(shè)5.0cm寬的4根縱向加筋條，加筋條間距95cm；并沿其寬度方向按100cm間距增設(shè)橫向加筋條。砂枕充填料主要選用含泥量＜10%、摻雜少量中砂的細(xì)砂料，且充填料特征粒徑d85＞0.15mm，d15＜0.15mm，且d≤0.005mm的粘粒含量控制在10%以內(nèi)。為避免發(fā)生充填過程中砂袋爆裂的情況，應(yīng)將砂袋內(nèi)壓力嚴(yán)格控制在20～30kN/m2范圍內(nèi)，將充填度控制在砂袋實(shí)際容積量的80%以內(nèi)，充填料干容重至少為15kN/m3。

3.施工過程控制

3.1 漂移距離確定

在拋枕船定位施工前，主要通過拋投法進(jìn)行漂移距離的計(jì)算和測(cè)定，即選擇試驗(yàn)斷面，根據(jù)水深條件按要求選擇相應(yīng)長(zhǎng)度的纜繩垂直懸掛在枕架上，將空枕袋置于枕架沖枕，結(jié)束后收緊系好纜繩，另一頭綁系在拋枕船，繩結(jié)還應(yīng)進(jìn)行GPS定位處理；砂枕拋投入水后將纜繩收緊，拉至與河底垂直的狀態(tài)后與拋投前位置進(jìn)行對(duì)比，測(cè)算漂移距離。公式如下：

式中：Ld——砂枕水平落距（m）；Vt——水體表面流速值（m/s）；H——拋投處實(shí)際水深（m）；G——砂枕袋單位質(zhì)量（g/m2），取130g/m2。

根據(jù)實(shí)測(cè)漂移距離值進(jìn)行可能漂移距離的計(jì)算，將所得到的計(jì)算結(jié)果及實(shí)際水深、水流流速等參數(shù)值填入表格中進(jìn)行分析參考。本內(nèi)河航道整治護(hù)岸工程通過以上試驗(yàn)確定出拋投距離后還應(yīng)進(jìn)一步確定拋枕船定位方式、移位控制措施等。

3.2 施工準(zhǔn)備

在施工準(zhǔn)備節(jié)段主要進(jìn)行吸砂泵、拋枕架等的安裝以及砂枕袋充灌。本內(nèi)河航道整治工程吸砂船由航駁船改裝而成，并將電動(dòng)吸砂泵安裝在其兩側(cè)船舷處，并由航駁船自帶發(fā)電機(jī)組供電。在改裝好的航駁船兩側(cè)船舷處各安裝兩個(gè)枕架，并由保險(xiǎn)卡環(huán)起到固定作用，待完成枕袋充灌后借助枕袋結(jié)構(gòu)自重，保險(xiǎn)卡環(huán)自動(dòng)松開，枕架便向兩側(cè)翻動(dòng)，此時(shí)砂枕便會(huì)跌落水中。

3.3 拋枕船定位

考慮到本內(nèi)河航道整治護(hù)岸工程施工范圍主要位于近岸50m區(qū)域內(nèi)，結(jié)合港口工程護(hù)岸施工經(jīng)驗(yàn)，縱向控制應(yīng)借助陸上導(dǎo)向標(biāo)實(shí)現(xiàn)，以保證施工精度符合規(guī)范要求，所以在拋枕船定位時(shí)，應(yīng)借助陸上導(dǎo)向標(biāo)與拉測(cè)繩配合的做法，具體見圖1。按照規(guī)范要求并結(jié)合護(hù)岸設(shè)計(jì)斷面線和相關(guān)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行護(hù)岸平臺(tái)邊線測(cè)放，并以此作為拋枕船定位基準(zhǔn)線，拋枕船縱向移動(dòng)控制主要通過縱向?qū)驑?biāo)完成，并按照10m間隔設(shè)置里程導(dǎo)向標(biāo)。

（1）定位控制。拋枕船定位及橫縱向移動(dòng)控制均通過錨纜和絞車完成，為加強(qiáng)定位及位移準(zhǔn)確度控制，必須在拋枕船頭和船尾拋交叉錨。拋枕船定位過程中，先以陸上導(dǎo)向標(biāo)為準(zhǔn)絞動(dòng)錨纜并沿河岸方向縱向定位，再以測(cè)繩距離為準(zhǔn)絞動(dòng)錨纜以完成橫向定位。為加強(qiáng)砂枕沉放位置控制，必須調(diào)整拋枕船定位，即在拋枕船預(yù)定位后測(cè)量水深和水流流速，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行拋枕船位置調(diào)整范圍的計(jì)算，并結(jié)合計(jì)算結(jié)果重新定位。

（2）移位控制。完成拋枕船定位后立即開始砂枕施工，主要采用從河心向河岸逐層拋投填筑的施工次序?？紤]本護(hù)岸工程所采用的砂枕尺寸，在完成一排砂枕拋投后應(yīng)按設(shè)計(jì)要求將拋枕船向岸坡略微移動(dòng)，為保證移位精度，應(yīng)通過絞車控制移位過程。具體而言，應(yīng)在拋枕船頭和船尾分別安裝一部絞車，并通過兩條尼龍纜繩和岸坡連接；在完成一排砂枕拋投填筑后，通過絞車?yán)K纜使拋枕船向岸坡移位，并加強(qiáng)移位速度和距離的控制。

3.4 砂枕充填

因本內(nèi)河航道整治工程所使用砂枕規(guī)格小，充填量控制存在一定難度，必須加強(qiáng)吸砂泵充填壓力和充填速度控制，如果充填壓力過大，會(huì)增大砂料流失量，降低充填質(zhì)量，如果壓力過小，則會(huì)影響充填效率。

本工程采用三叉分頭+獨(dú)立閥裝置進(jìn)行砂枕袋充填，以有效解決充填速度和充填質(zhì)量之間的矛盾。具體操作程序如下：先開啟1#閥，半開2#閥，關(guān)閉3#閥后進(jìn)行1#和2#砂枕袋充填，待充填至60%容量后砂料流失量開始增加，此時(shí)調(diào)整獨(dú)立閥裝置，使1#閥半開，2#閥全開，3#閥仍關(guān)閉；待1#砂枕袋填充量達(dá)到80%容量后2#砂枕袋的容量?jī)H為計(jì)算容積的60%，此時(shí)應(yīng)關(guān)閉1#閥，將2#閥調(diào)整為半開狀態(tài)，開啟3#閥進(jìn)行3#砂枕袋充填。按照以上過程循環(huán)充填，并根據(jù)各砂枕袋填料情況隨時(shí)調(diào)節(jié)獨(dú)立閥壓力。根據(jù)對(duì)充填好的砂枕袋的檢測(cè)結(jié)果，本內(nèi)河航道整治工程砂枕袋充填效率可達(dá)14～16個(gè)/h，充填砂料利用率達(dá)75～80%，充填好的砂枕袋高度可達(dá)50～60cm，充填效率和施工質(zhì)量有保證。

3.5 砂枕袋沉放

根據(jù)砂枕沉放設(shè)計(jì)工藝，在沉放施工開始后因個(gè)別砂枕袋存在充填不均等問題，導(dǎo)致沉放時(shí)砂枕袋歪斜、落水不平，此后通過調(diào)整和保證砂枕袋充填質(zhì)量和均勻度后沉放效果顯著提升。砂枕袋沉放工藝具體見圖2。根據(jù)對(duì)試驗(yàn)段流速的測(cè)量，該內(nèi)河航道水體表面流速在1.0m/s以下，根據(jù)砂枕袋平拋漂流距離及拋投處實(shí)際水深，可得出砂枕袋下落漂流距在1.0m左右，完全可控。

圖2 砂枕沉放示意圖

4.結(jié)論

根據(jù)對(duì)本內(nèi)河航道整治護(hù)岸工程砂枕袋設(shè)計(jì)斷面和實(shí)拋斷面施工結(jié)果的比較可以看出，實(shí)拋斷面施工結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，但是實(shí)際拋填厚度卻高出設(shè)計(jì)高度，主要原因在于砂枕袋充填后實(shí)際形狀改變，拋填后通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域砂枕袋厚度不足設(shè)計(jì)填充高度，補(bǔ)拋一層后便導(dǎo)致砂枕袋拋填實(shí)際厚度超出設(shè)計(jì)值。施工結(jié)果還表明，針對(duì)當(dāng)前工況，即內(nèi)河航道實(shí)際水深15～16m，水體表面流速1.0～1.5m/s，岸坡坡度緩于1:2，本工程所制定的施工方案合理可行，拋枕船定位及移位、砂枕袋充填度、砂枕袋落點(diǎn)等參數(shù)的確定均科學(xué)合理，拋填后的斷面也達(dá)到設(shè)計(jì)水平和規(guī)范要求，填筑施工效果良好。