長(zhǎng)江崩岸應(yīng)急治理方案研究及應(yīng)用

郭曉玲，姚玉扣

（儀征市水利工程總隊(duì)，江蘇 揚(yáng)州 211400）

0 引言

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要方向之一，是黨中央“十四五”規(guī)劃的重要決策之一，長(zhǎng)江沿線整治已成為涉及省市的重點(diǎn)規(guī)劃項(xiàng)目[1]。其整治工程主要為崩岸治理、環(huán)境提升、碼頭整治等方面。根據(jù)每年排查統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)江中下游崩岸險(xiǎn)情范圍約占總沿線的60%，發(fā)生頻率及范圍也具有增長(zhǎng)趨勢(shì)，選用一種可靠的、生態(tài)的崩岸治理方案已得到相關(guān)部門(mén)的重視[2-3]。有學(xué)者[4]在崩岸監(jiān)測(cè)技術(shù)方面提出應(yīng)持續(xù)的、全面的搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，建立全面的、科學(xué)的崩岸案例數(shù)據(jù)庫(kù)。也有學(xué)者[5-6]在崩岸治理方面，結(jié)合當(dāng)下塊石資源短缺的現(xiàn)狀，提出采用人工預(yù)制混凝土塊作為替代的治理方案。也有學(xué)者[7-8]根據(jù)崩窩數(shù)量多、聯(lián)動(dòng)范圍廣、破壞性大等特點(diǎn)，從拋?zhàn)o(hù)體形狀方面研究能適應(yīng)長(zhǎng)江岸堤強(qiáng)沖刷的拋投體，提出網(wǎng)格籠混凝土塊及大面積格賓護(hù)墊的防護(hù)型式。也有學(xué)者[9-10]從拋投技術(shù)方面研究拋投體漂移軌跡，提高拋投體落定位置精度，使得拋投質(zhì)量得到有效控制。但在現(xiàn)階段研究成果中，鑒于長(zhǎng)江岸堤的河勢(shì)變化復(fù)雜多樣，拋投數(shù)據(jù)搜集仍不全面，仍需大量拋投試驗(yàn)作為工程施工的前提條件。

本文提出一種拋石與鉤連體配合的江堤拋?zhàn)o(hù)方案，總結(jié)該類(lèi)工程的拋?zhàn)o(hù)重點(diǎn)注意事項(xiàng)及可能出現(xiàn)的安全隱患。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拋投試驗(yàn)，擬合拋投體漂移公式并論證拋投設(shè)計(jì)，為江堤崩岸治理工程提供可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在能夠保證拋?zhàn)o(hù)質(zhì)量的同時(shí)，優(yōu)化拋投體數(shù)量，提高工程經(jīng)濟(jì)效益。

1 崩岸應(yīng)急治理方案概述

長(zhǎng)江岸堤崩岸因具有破壞范圍較大、土層含沙量較高、江水潮汐漲落落差較大等特點(diǎn)。其崩岸治理方案應(yīng)以整體性較好，能夠大面積帶水施工的防護(hù)措施為主。拋石護(hù)岸是一種最為有效且環(huán)保的措施，但隨著近年來(lái)合適的石料越來(lái)越難采購(gòu)，出現(xiàn)了一種預(yù)制混凝土材質(zhì)的主動(dòng)式鉤連體防護(hù)型式（見(jiàn)圖1）。兩種拋投型式也可根據(jù)各自適用條件，劃分區(qū)域配合實(shí)施?？偨Y(jié)兩者實(shí)施條件及注意事項(xiàng)詳見(jiàn)表1。

圖1 預(yù)制鉤連體設(shè)計(jì)及成品示意圖

表1 拋石與主動(dòng)鉤連體拋投實(shí)施對(duì)比特性表

2 拋投質(zhì)量控制因素分析

2.1 安全隱患分析

不管是拋投塊石還是鉤連體，拋投的過(guò)程中仍會(huì)存在各種安全隱患，應(yīng)事先做好預(yù)防及應(yīng)急準(zhǔn)備。安全施工的控制重點(diǎn)：浮吊船水上作業(yè)安全、運(yùn)輸航道通航安全、輔助船只通航安全、挖掘機(jī)操作安全、臨時(shí)用電安全、吊機(jī)操作安全。拋投過(guò)程中可能造成水上船只碰撞或擱淺事故，嚴(yán)重情況下會(huì)出現(xiàn)人員落水或傷亡事故。應(yīng)重點(diǎn)分析施工作業(yè)種類(lèi)、危險(xiǎn)源、可能出現(xiàn)危險(xiǎn)情況，以及提出控制措施，詳見(jiàn)表2。

2.2 拋投準(zhǔn)備及試驗(yàn)控制

拋投工程的質(zhì)量控制重點(diǎn)在拋?zhàn)o(hù)面的完整性、均勻性等方面，其中塊石拋投應(yīng)滿足厚度設(shè)計(jì)限值，鉤連體拋投應(yīng)滿足單位平方米內(nèi)數(shù)量設(shè)計(jì)限值。拋投試驗(yàn)前期應(yīng)做好水下地形探測(cè)，制定相應(yīng)拋投施工方案。主要控制因素有定位、工具選用、拋錨順序三大因素。

（1）定位船坐標(biāo)的計(jì)算是整個(gè)拋投工作中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，定位的結(jié)果直接影響拋投體的防護(hù)效果，如圖2 所示。指派專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)，確保定位船就位后，還應(yīng)采用專(zhuān)業(yè)探測(cè)技術(shù)進(jìn)行復(fù)測(cè)，并通過(guò)定位船各方向固定錨索反復(fù)調(diào)整至設(shè)計(jì)位置。施工過(guò)程中，偏移量超過(guò)0.5 m 時(shí)，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整或重新定位。拋投位置應(yīng)考慮吊機(jī)工作不可避免的死角問(wèn)題。

圖2 定位船拋錨布置示意圖

（2）定位船應(yīng)配套滿足水深及抗水流沖力的錨和纜繩。鑒于水流流速影響，一般上游錨選用較重的錨，約為下游的1.3～1.5 倍重。且連接錨的纜線應(yīng)選用直徑不小于21.5 mm 的鋼纜，定投用鋼纜規(guī)格可稍微小一些。

（3）為保證拋?zhàn)o(hù)船的穩(wěn)定性，通常在船頭和船尾各配備3 根鋼纜固定。每根鋼纜配備一個(gè)電動(dòng)收放控制裝置，便于調(diào)整船身方向。其中船頭主纜承擔(dān)水流帶著船往下游飄的拉力，船尾尾纜控制漲潮時(shí)上下位移。拋錨時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照先上游錨后下游錨順序，兼顧先外錨后里錨的原則，最終以八字錨定位。

（4）拋投試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案通常采用20 m 為一段，根據(jù)拋投區(qū)域情況確定劃分單元的尺寸。拋投作業(yè)正式開(kāi)始前，為防止出現(xiàn)擱淺或觸碰障礙物等情況，拋投段水深應(yīng)重點(diǎn)加密測(cè)量。比對(duì)水下地形圖，在探測(cè)前后3 次均無(wú)較大變化時(shí)可開(kāi)展拋投材料準(zhǔn)備作業(yè)。拋投區(qū)域根據(jù)水下地形劃分為若干方格區(qū)域，根據(jù)初步匡算的拋投量進(jìn)行材料準(zhǔn)備。同時(shí)在進(jìn)行拋投前，應(yīng)對(duì)船下位置實(shí)際水流流速進(jìn)行測(cè)量，測(cè)速位置深度應(yīng)在2/3 水深處。需采用具有一定強(qiáng)度和防腐性能的繩索綁好拋投體，記錄拋投位置與水下落點(diǎn)位置坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)換算可得到相應(yīng)漂距。最終根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合拋投軌跡方程，使得拋投作業(yè)的均勻、連續(xù)得到有效控制。

2.3 工藝流程控制

為確保鉤連體能均勻的拋投至每個(gè)區(qū)格內(nèi)，可采用吊裝沉放或滾卸工藝對(duì)鉤連體進(jìn)行拋投作業(yè)。拋投時(shí)應(yīng)根據(jù)拋投區(qū)實(shí)際地形進(jìn)行拋投量及位置動(dòng)態(tài)調(diào)整，以保證岸坡防護(hù)效果。拋投體為鉤連體時(shí)，可采用平板船運(yùn)輸至浮吊船上拼裝后拋投；拋投體為塊石時(shí)，可采用網(wǎng)兜拋石工藝對(duì)水下護(hù)岸進(jìn)行拋石施工，水下護(hù)岸部分還需用挖掘機(jī)進(jìn)行平整。具體操作流程見(jiàn)圖3。拋投順序應(yīng)嚴(yán)格按照先淺后深、先近后遠(yuǎn)、先上游后下游。在工程開(kāi)工前，應(yīng)組織監(jiān)理、承包人和發(fā)包人對(duì)石料產(chǎn)地進(jìn)行考察，并由監(jiān)理單位代表對(duì)料場(chǎng)石料現(xiàn)場(chǎng)取樣并送檢有塊石檢測(cè)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行塊石檢測(cè),只有石料的硬度、濕抗壓強(qiáng)度、軟化系數(shù)、容重及有關(guān)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，才能作為供料場(chǎng)。運(yùn)輸船的配備根據(jù)工程規(guī)模而定。石料運(yùn)輸船舶宜選擇1000 t 貨船，鉤連體運(yùn)輸船宜選擇400 t平板船進(jìn)行鉤連體運(yùn)輸，每艘拋投船上配有所需的GPS-RTK 測(cè)量定位系統(tǒng)，石料運(yùn)輸船的網(wǎng)兜也采用質(zhì)量較好的網(wǎng)兜，保證在起吊及回旋過(guò)程中不發(fā)生破裂，以保證施工質(zhì)量及安全。

圖3 拋投體拋投施工工藝流程示意圖

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

長(zhǎng)江（江蘇段）岸堤崩岸治理工程，主要分布在南京至南通約72 km 范圍內(nèi)。共排查出較大崩岸約20 處，其中儀征小河口處因地形特殊，存在近似直角的沖刷彎道。該段防沖要求較高，擬采用具有較高強(qiáng)度的鋼筋混凝土鉤連體進(jìn)行拋?zhàn)o(hù)。小河口段新建護(hù)岸長(zhǎng)度約1.1 km，擬沉放主動(dòng)式鉤連體方案為主，近岸采用散拋石防護(hù)，拋?zhàn)o(hù)寬度為65～90 m，劃分3個(gè)區(qū)域進(jìn)行綜合拋?zhàn)o(hù)，見(jiàn)表3。

表3 長(zhǎng)江岸坡（江蘇段）拋投防護(hù)設(shè)計(jì)

3.2 現(xiàn)場(chǎng)拋投試驗(yàn)

（1）分單元拋投設(shè)計(jì)

區(qū)格的尺寸也是影響拋投質(zhì)量的因素之一，其寬度影響拋投船單次拋投效率，長(zhǎng)度直接影響拋投船的定位次數(shù)和施工進(jìn)度。拋投過(guò)程中應(yīng)特別注意，各小區(qū)格的拋量和數(shù)量應(yīng)基本一致，區(qū)格拋量偏差應(yīng)在設(shè)計(jì)拋量的±5%范圍內(nèi)。本工程鉤連體與塊石的拋投均采用起重機(jī)拋投，起重機(jī)吊臂回轉(zhuǎn)半徑12 m，擬將拋區(qū)劃分成面積相等的標(biāo)準(zhǔn)區(qū)格，便于工程范圍整體劃分控制，進(jìn)一步細(xì)分的小區(qū)格是為了便于拋投質(zhì)量控制。垂直流向?qū)挾葹? m，順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度為10 m，詳見(jiàn)圖4，局部特殊地形處采用不規(guī)則區(qū)格做銜接。石塊拋投劃分標(biāo)準(zhǔn)區(qū)格共約1700 個(gè)，不規(guī)則區(qū)格共約160 個(gè)；鉤連體拋投1.0 m×1.0 m 小區(qū)格共計(jì)約8.1 萬(wàn)個(gè)，塊石拋投2.5 m×2.5 m 小區(qū)格共計(jì)約0.2 萬(wàn)個(gè)。為了滿足每單元工程不少于3 個(gè)檢測(cè)斷面的要求，擬沿工程區(qū)域縱向順?biāo)髅扛艏s20 m設(shè)1 個(gè)檢測(cè)斷面。拋投過(guò)程中應(yīng)定期進(jìn)行水下拋投地形監(jiān)測(cè)，預(yù)防漏拋，及時(shí)控制水下拋?zhàn)o(hù)情況。

圖4 拋投標(biāo)準(zhǔn)區(qū)格及小區(qū)格示意圖（單位：m）

（2）拋投軌跡方程

拋投體在水下的降落軌跡直接受水流流速和流向影響。由于工程段處于水流流速較大位置，水流以單向流為主，易出現(xiàn)近直角急轉(zhuǎn)彎。因此拋投作業(yè)時(shí)水流流速應(yīng)控制在小于2.5 m/s 范圍內(nèi)，枯水位為1.5 m。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)20 組拋石試驗(yàn)以及20 組鉤連體拋投試驗(yàn)結(jié)果，拋投體水平漂距與拋?zhàn)o(hù)區(qū)域水位H、面層流速V 成正比關(guān)系；與石塊自重W1成0.167 次方的反比關(guān)系；與鉤連體自重W2成0.164 次方的反比關(guān)系。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，得到拋石漂距S1與鉤連體漂距S2的計(jì)算公式如下。

式中：S1為拋石漂距，m；S2為鉤連體漂距，m；W1為石塊自重，kg；W2為鉤連體自重，kg；V 為面層流速，m/s；H 為拋?zhàn)o(hù)區(qū)域水位，m。

3.3 效果分析

結(jié)合工程受潮汐及汛期影響較大特點(diǎn)，考慮鉤連體預(yù)制、養(yǎng)護(hù)及運(yùn)輸作業(yè)配合，將劃分為8 個(gè)施工隊(duì)相互配合施工。根據(jù)每日要求最低預(yù)制1000 個(gè)鉤連體的施工任務(wù)量，每日需配備1000 套鋼模板同時(shí)施工，每套模板需周轉(zhuǎn)200 次。據(jù)統(tǒng)計(jì)，塊石拋投量總計(jì)約1.2 萬(wàn)m3，鉤連體約20 萬(wàn)個(gè)。根據(jù)施工過(guò)程中水下地形跟蹤測(cè)量結(jié)果，拋?zhàn)o(hù)區(qū)域塊石及鉤連體總體分布均勻，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 小 結(jié)

（1）考慮到自拌混凝土對(duì)環(huán)境的污染較大，長(zhǎng)江沿線工程可采用商品混凝土進(jìn)行主動(dòng)式鉤連體的預(yù)制。商品混凝土由廠家拌和，由商品混凝土攪拌車(chē)運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，滿足環(huán)境保護(hù)要求。

（2）對(duì)于參與施工的船舶多，施工作業(yè)面積大的拋投工程，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注水上安全，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

（3）拋投過(guò)程中應(yīng)不斷搜集拋投體飄落距離，及相應(yīng)水深、流速等資料，應(yīng)動(dòng)態(tài)論證及更新相應(yīng)漂距擬合公式。根據(jù)拋投現(xiàn)場(chǎng)條件的變化，重視定位船的拋錨效果，提高拋投作業(yè)參數(shù)精確度，保證拋投均勻性。