大體積充砂土工枕袋水下墊坡新技術(shù)應(yīng)用

王詩(shī)祥 余智囊

一、工程概況

淮北大堤信家灣崩岸段（樁號(hào)28+465～29+145）位于安徽省蚌埠市五河縣境內(nèi)，淮河干流流經(jīng)該河段呈駝峰型，信家灣護(hù)岸位于迎流頂沖的凹岸，受岸坡土層抗沖刷能力差、河槽深泓等因素影響，岸坡底流淘刷嚴(yán)重，岸坡土體反復(fù)崩塌，岸坡越崩越陡，河槽中心線臨近岸邊。為控制信家灣河段崩岸險(xiǎn)情發(fā)展，多年來(lái)工程管理單位投入大量資源進(jìn)行拋石護(hù)岸加固，由于此處水流深急、岸坡陡峻、土體流失嚴(yán)重、拋石不能穩(wěn)定駐存等因素，經(jīng)常出現(xiàn)汛前拋石、汛期崩塌、汛后無(wú)駐石的現(xiàn)象。該段岸坡的連年崩岸已經(jīng)嚴(yán)重危及淮北大堤的防洪安全，是淮干重點(diǎn)崩岸險(xiǎn)工，亟需采取有效的防護(hù)措施進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

信家灣崩岸段位于淮河干流的最深處，河底高程-5.0～-13.4m，-8.0m 高程以上水下岸坡坡度在1∶1.15～1∶4.1，-8.0m 高程以下岸坡較平順。岸坡土層結(jié)構(gòu)自上而下依次為：①層砂壤土；②層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，流塑～軟塑；③層重～中粉質(zhì)壤土，可塑；④層細(xì)中砂，中密～密實(shí)。岸坡土質(zhì)特性為：①層、②層強(qiáng)度較低，抗沖刷能力差，且②層土具有弱透水性，水位驟降時(shí)易產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)；③層強(qiáng)度較高，抗沖刷能力較強(qiáng)；④層強(qiáng)度高但抗沖刷能力差。

通過(guò)對(duì)信家灣崩岸段河勢(shì)現(xiàn)狀、岸坡土層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的深入分析，得出結(jié)論：傳統(tǒng)的拋石護(hù)岸無(wú)法阻止該段岸坡土體顆粒不斷被水流淘刷流失，水下拋石及水上護(hù)坎基層失穩(wěn)，汛期岸坡反復(fù)崩陷，導(dǎo)致多年來(lái)拋石護(hù)岸治理效果不理想。為有效扼制信家灣河段崩岸險(xiǎn)情的惡性發(fā)展，從根本上解決崩岸段的保土促淤難題，必須創(chuàng)新治理思路，充分運(yùn)用新技術(shù)新工藝。通過(guò)方案比選論證，在崩岸段水下岸坡基層處理方面，采用大體積充砂土工枕袋水下墊坡新技術(shù)，以解決土層穩(wěn)定性差、岸坡越崩越陡的問(wèn)題；同時(shí)，摒棄傳統(tǒng)的拋石護(hù)岸，選用復(fù)合土工織物軟體排作為護(hù)坡體，可有效滿足護(hù)坡體整體性好、適應(yīng)岸坡不規(guī)則地形變化能力強(qiáng)的問(wèn)題。

二、大體積充砂土工枕袋水下墊坡設(shè)計(jì)

（一）水下岸坡測(cè)量

施工技術(shù)設(shè)計(jì)前，為掌握水下岸坡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，專門組織參建單位聯(lián)合進(jìn)行水下岸坡斷面測(cè)量，斷面間距為10m 左右，局部淘刷嚴(yán)重坡段斷面間距適當(dāng)加密。典型斷面測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：信家灣崩岸段水下岸坡陡峻，其中陡于1∶2.5 坡段占總坡長(zhǎng)的41%左右，陡于1∶2.0、1∶1.0 坡段均占總坡長(zhǎng)的30%左右，且坡形不規(guī)則，不利于軟體排的鋪設(shè)、搭接和穩(wěn)定。

（二）水下墊坡方案比選

為解決信家灣崩岸段現(xiàn)狀岸坡的諸多不利因素，要選擇具備縱、橫向均具有較好的延展變形能力，沉放就位后與現(xiàn)狀不規(guī)則岸坡結(jié)合緊密，且具備體積大、自重大、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)的墊坡技術(shù)。經(jīng)過(guò)大量調(diào)研和分析論證，結(jié)合軟體排護(hù)坡原理，發(fā)明并運(yùn)用大體積充砂土工枕袋進(jìn)行水下墊坡的新技術(shù)，其創(chuàng)新點(diǎn)在于就地取材，利用沖砂船將河砂充成土工枕袋，再利用平板駁船將大體積沖砂土工枕袋分層分序沉放于水下陡峻坡面，充分利用土工枕袋良好的透水和延展性好、體量大、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，有效調(diào)整水下坡面的坡度，確保軟體排護(hù)坡體的護(hù)岸穩(wěn)定性和可靠性。水下墊坡后的坡度選取，與護(hù)岸工程的穩(wěn)定、工程投資都密切相關(guān)。通過(guò)多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析，最終選擇墊坡后的設(shè)計(jì)坡比1∶1.75，現(xiàn)有岸灘寬度40 m左右，用于布置岸肩框架錨固，系統(tǒng)確保護(hù)岸工程整體穩(wěn)定性。

（三）土工枕袋技術(shù)參數(shù)確定

1.土工枕袋尺寸

綜合考慮信家灣段岸坡實(shí)際情況、水下墊坡區(qū)域劃分以及土工枕袋生產(chǎn)條件、施工設(shè)備等因素，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比較，最終確定土工枕袋為長(zhǎng)6.0～10.0m，直徑Ф0.6～1.0m，中部設(shè)小管袋充砂口，土工枕袋內(nèi)河砂充填度為70%～80%。

2.土工枕袋參數(shù)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)充沙試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)230g/m2機(jī)織布袋水濾出的速度緩慢，需多次復(fù)充，而170g/m2機(jī)織布袋水濾出的速度快，充填效果好。比較后選取170g/m2機(jī)織布縫制土工枕袋。

三、大體積充砂土工枕袋水下墊坡施工

（一）充填、沉放施工設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)充砂、沉放施工主要設(shè)備為充沙船、拋投船，均采用平板駁船，充沙船上安裝采砂、充砂設(shè)備；沉放船的河岸一端鉸接安裝10m×2m 的活動(dòng)鋼板平臺(tái)，平臺(tái)前端兩側(cè)焊接鋼筋拉環(huán)，拉環(huán)連接的鋼絲繩跨過(guò)支架，另一端連接固定安裝在平板駁船上的卷?yè)P(yáng)機(jī)。

（二）充填河砂施工

施工時(shí)，沉放船船體與沖砂船船體錨鏈，充沙船布置在靠近岸坡側(cè)，船體與岸坡垂直停泊，將大體積充砂土工枕袋鋪展在拋投船前端的活動(dòng)鋼板平臺(tái)上，運(yùn)行采砂充砂設(shè)備，由充砂口分別向土工枕袋兩端充填，充填度滿足要求后結(jié)束充砂，用綁扎帶鎖緊充砂口管袋。

（三）土工枕袋沉放施工

土工枕袋沉放施工順序：由遠(yuǎn)岸至近岸，按劃定的墊坡區(qū)域和計(jì)算沉放枕袋量分層分序進(jìn)行；先定位，后充砂，土工袋充砂結(jié)束后，開啟沉放船上的卷?yè)P(yáng)機(jī)控制鋼板平臺(tái)緩緩前傾，引導(dǎo)大體積充砂土工枕袋平順滑入水中沉放到預(yù)定位置，現(xiàn)場(chǎng)安排專業(yè)潛水員下水檢查土工枕袋沉放及就位情況，確定是否需要局部增補(bǔ)土工枕袋數(shù)量，直至該墊坡區(qū)域枕袋沉放施工完成。信家灣護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與大體積沖砂土工枕袋水下墊坡施工見圖1。

圖1 信家灣護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與水下墊坡施工示意圖

四、結(jié)語(yǔ)

淮北大堤信家灣護(hù)岸工程竣工十多年來(lái)的運(yùn)行觀測(cè)資料表明，大體積充砂土工枕袋水下護(hù)坡新技術(shù)與復(fù)合土工織物軟體排護(hù)岸技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，可有效阻止岸坡土顆粒反復(fù)被急流沖刷流失導(dǎo)致的岸坡崩塌重大險(xiǎn)情，信家灣崩岸段治理工程的護(hù)坡體抗沖刷效果符合預(yù)期，現(xiàn)狀岸坡長(zhǎng)期穩(wěn)定且保土促淤效果顯著，為大體積充砂土工枕袋水下護(hù)坡新技術(shù)在江河崩岸治理工程中推廣應(yīng)用提供了成功案例■