船閘引航道混凝土河床加固施工技術(shù)研究

劉冬山

（江蘇省泰州引江河管理處，江蘇 泰州 225321）

1 工程概述

1.1 工程概況

江蘇省泰州引江河高港樞紐一線船閘（簡稱一線船閘）于1999年9月建成投入運行，閘室長196 m，寬16 m，檻上水深3.5m。設計最大過閘船型為500t 級、300t 頂推船型及100 噸級拖帶船隊，2015年船舶實際通過量約5500 噸。

一線船閘自建成通航以來，由于航行頻繁，常年超負荷運行，水工建筑物多處發(fā)生損壞，設備磨損老化，與二線船閘共用上下游引航道，一線船閘原有靠船墩位于引航道中間，影響過閘船舶的安全。2016年11月一線船閘除險加固工程開工建設，在2017年5月底完成水下驗收，主要加固內(nèi)容有水工建筑加固、金屬結(jié)構(gòu)設備更換、電氣自動化改造、房屋建筑維修、水土保持等工程。

1.2 工程場地水文地質(zhì)

據(jù)地質(zhì)勘察報告，工程場地自上而下土層主要為重、中粉質(zhì)壤土，極細砂，淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，淤泥質(zhì)中、輕粉質(zhì)壤土等。船閘閘室墻底板底高程▽-5.0m，閘首底板底高程分別為▽-7.4m、▽-7.7m，位于第②3 上層重、輕粉質(zhì)壤土上，下臥層為②3 下層極細砂夾壤土。地基土層透水性強，承載力較低，閘首底板及閘室墻下均采用深層水泥攪拌樁加固地基，并采用混凝土地下連續(xù)墻圍封進行防滲處理。

施工區(qū)域地質(zhì)條件差，以砂性土為主，地下水豐富，承壓水頭較高，因此滲透穩(wěn)定是工程地質(zhì)主要問題，各土層中富含壤土薄層，土質(zhì)具有較強的水平滲透，而垂直滲透相對較弱，另外工程下游引航道處在長江下游感潮河段，每天兩次潮汐。

2 引航道河床損壞及加固維修方法

由于近年來過閘船舶噸位逐年增大，下游引航道潮汐和閘門啟閉引起的水位漲落、船舶航行等引起的水波對混凝土河床的沖刷，少數(shù)船舶在引航道航行直接撞擊混凝土河床，這些因素會造成上下游引航道混凝土河床多處損壞。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，一是下游鋪蓋及上游護坦局部破損，下游鋼筋混凝土鋪蓋作為下閘首有效防滲長度的一部分，若這種局部損壞進一步發(fā)展會使下閘首防滲鋪蓋失效，下閘首防滲穩(wěn)定不滿足要求。二是上下游護底損壞，上游護底損壞嚴重（見圖1），下游護底局部破損，給導航墻的穩(wěn)定帶來安全隱患，三是上下游護坡破損（圖2、圖3），特別在下游第14#靠船墩向南引江河樁號1+230 至0+780 的東側(cè)護坡坍塌非常嚴重，影響中隔堤安全。四是經(jīng)引航道水下地形斷面測量對比，上下游護底、護坡及河底等部位淤積較嚴重。

為消除船閘運行安全隱患，需對引航道混凝土河床進行加固維修。

（1）下游鋪蓋局部破損位置采用厚60cm C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下墊大、小碎石、黃砂各20cm，鋪350g/m2土工布一層修復。上游護坦局部破損位置采用厚60cm C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下墊黃砂10cm，鋪350g/m2土工布一層修復。

（2）上游護底損壞面積約1630m2，采用厚30cm C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下設厚10cm 黃砂墊層，鋪土工布350g/ m2一層修復。下游護底局部破損位置采用厚12cm 現(xiàn)澆素混凝土護坡，下設10cm 厚黃砂墊層，鋪土工布350g/m2一層，護底伸縮縫損壞修復。

（3）一線船閘引航道西側(cè)護坡在二線船閘重建，本次只對引航道東岸混凝土護坡加固，上游護坡▽1.5 ～ 4.0m，下游護坡▽2.0 ～4.0m 局部有裂縫部位整塊拆除重新澆筑，采用厚12cm C20 混凝土，下墊10cm 黃砂墊層，鋪350g/m2土工布一層，并對局部損壞的踏步、排水溝、格梗拆除重建。

（4）上游護坡▽-3.0 ～▽1.5m，坡比1：5，長度約240m；下游護坡▽-4.0 ～▽2.0，坡比1：4，至長江口長度約1216m。均采用厚20cm C25 模袋混凝土加固[1]，模袋采用500g/m2丙綸長絲機織模袋布。

3 引航道河床加固施工難點

3.1 深基坑與降排水施工較復雜

一線船閘下游引航道與長江連接，引航道長度約1300 m，上游引航道與泰州引江河上游河道連通，東側(cè)與節(jié)制閘相臨，節(jié)制閘需引水調(diào)度，兩座閘之間設有中隔堤，一線船閘閘室中心線與中隔堤相距83 m。西側(cè)有一座二線船閘，兩座船閘的中心線相距70m，二線船閘需晝夜安全通航，為保護臨近既有建筑物的安全運行，需采取綜合性防滲措施。

一線船閘上下游鋼板樁圍堰合攏后，基坑面積約17542m2，基坑深度7 ～13m，基坑周長約1040 m，屬于超過一定規(guī)模的深基坑工程?；悠骄e水深5 ～6m（▽-4.0 至▽2.0），水量約10.5 萬m3，考慮降雨及基坑滲水等因素，基坑積水排除時間約需兩周。同時，項目地質(zhì)條件復雜，不易形成降水漏斗地下水位較高，降水難度大。

3.2 下游東側(cè)護坡施工難度較大

下游引航道連通長江，每天有潮汐，最高水位超過▽4.0，對素混凝土護坡施工影響較大，每天有效作業(yè)時間3 ～4 小時。下游引航道施工區(qū)最大水深約7m，模袋混凝土沖灌主要依靠潛水員的深水操作，施工質(zhì)量控制較難。施工場地狹小，引航道河坡加固混凝土澆筑點與岸邊較遠，需增設運輸材料的臨時道路和平臺。

3.3 引航道過閘船舶多，施工安全風險較大

泰州引江河是江蘇干線航道網(wǎng)的“連申線”（泰東線）和“四橫”之一的通揚線（建口線）的重要組成部分，航道等級3 級，年船舶通航量非常大。為減少對地方經(jīng)濟發(fā)展的影響，二線船閘正常通航，引航道里過閘船舶可能會進入施工區(qū)，影響施工安全；模袋混凝土充灌屬于深水作業(yè)，船舶航行波浪會沖擊潛水員，影響施工人員安全。

4 引航道河床加固施工關(guān)鍵技術(shù)措施

4.1 混凝土河床加固施工準備

對建設單位所提供的平面控制點、高程點、水位等資料進行復測校核，根據(jù)施工圖紙和測量基準點測設用于工程施工的控制網(wǎng)。

基坑抽干水后，清除基坑內(nèi)的鋪蓋護坦、護底護坡上面淤泥雜物，上游護底凹坑部位回填8%水泥土。鑿除清理破損的混凝土鋪蓋護坦、護底護坡，按施工圖要求修復破損的部位，對水泥、鋼筋、土工布、模袋等原材料進行見證取樣檢測，土工布、模袋搭接寬度須符合要求，并順直平整。

基坑以外引航道東側(cè)破損的護坡及河底采用液壓加長臂抓斗式水上挖泥船進行疏浚整理，挖除多余土方，較陡處填筑土方，清除表面雜物，坡面不得有凸出塊石和凹坑，平順過渡無突變，潛水員水下檢查，保證地基平整度、坡度等參數(shù)符合設計要求，并繪制水下地形斷面圖。

為保證下游東側(cè)素混凝土護坡施工進度，減少潮汐漲水對護坡施工的影響，施工單位要投入較大的人力和設備資源，不斷優(yōu)化施工組織。

4.2 混凝土河床施工關(guān)鍵技術(shù)措施

4.2.1 深基坑與降排水

在船閘上下游引航道離閘首135m 處，垂直航道中心線方向各設置雙層拉森IV 型雙層鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)，上游圍堰頂高程▽3.0，下游圍堰頂高程▽5.5，鋼板樁圍堰西側(cè)末端與二線船閘導航墻裹頭錨筋焊接，在連接處局部增設單排鋼板樁加固，與二線船閘第一道防滲體系末端連接，二線船閘已建的第一道防滲體系為一線船閘與二線船閘之間的一道多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻，截滲范圍為二線船閘上下閘首段、閘室段、上下游導航墻結(jié)構(gòu)地連墻形成封閉圈[2]。鋼板樁圍堰東側(cè)末端與新建的防滲帷幕墻兩端連接，因此在深基坑四周形成封閉的防滲結(jié)構(gòu)，確保施工期基坑滲流穩(wěn)定。圍堰內(nèi)回填土結(jié)束后，在回填土與導航墻裹頭連接處施打高壓旋噴樁處理，防止?jié)B漏。沿中隔堤方向新建防滲帷幕，防滲帷幕兩端與上下游圍堰東側(cè)末端連接，防滲帷幕采用多頭小直徑水泥攪拌樁，局部采用高壓噴射樁施工，保證中隔堤穩(wěn)定。

深基坑積水降排前，需利用一線船閘東西兩側(cè)原有的14 口檢查井抽排地下水，經(jīng)閘室墻后滲流穩(wěn)定計算復核，閘室檢查井控制水位不得高于▽-0.5 ，閘室墻前后最大水位差控制不大于3.5 m，二線船閘閘室檢查井控制水位不低于▽1.5 ，防止施工期降水影響二線船閘建筑物安全運行?；臃e水抽干后，基坑原有的14口永久減壓井開始降排水，在上下游圍堰內(nèi)側(cè)各施打5口臨時降水井并開始降排水，根據(jù)需要再補充降水井，淺層水明溝導排。在降排水和施工期間，加強巡查降水井和水泵工作狀態(tài)，觀測圍堰鋼板樁位移和表面土方沉降，一線船閘及二線船閘的閘室墻后水位和水工建筑物位移情況，保證鋪蓋護坦、護底護坡的加固順利施工。

4.2.2 模袋制作鋪設

根據(jù)施工圖紙設計模袋分塊加工圖，由有資質(zhì)的生產(chǎn)廠家加工驗收合格，按施工編號順序?qū)⒛４佋谄旅嫔戏艠佣ㄎ唬瑱z查搭接布、充灌袖口和穿管布等縫制情況，相鄰模袋應用雙股線縫接緊密，接縫處底部應鋪設土工濾層，在模袋端部的穿管布穿入鋼管Ф57mm*壁厚3.5 mm。

為防止模袋順坡下滑，在坡頂模袋上緣封頂混凝土溝槽以外沿護坡的軸線方向打設鋼管定位樁Ф57mm*壁厚3.5 mm，間距2m，通過拉緊裝置模袋上端與定位樁相連，每根樁上配拉緊絞杠調(diào)整模袋上下位置并固定模袋。模袋下端用尼龍繩將穿入模袋穿管布中的鋼管系牢并加重，由水上作業(yè)人員將模袋下端拉開到設計防護位置平直定位，由潛水員在水下進行固定。在施工前要測量水下施工的水深和流速等，在風浪較大時，可用砂袋分散壓住鋪好的模袋，防止風浪使模袋產(chǎn)生位置變化。

鋪設模袋時必須預留縱橫向(垂直、順水流方向)收縮量，在開工前通過試驗確定收縮富余量，縱向橫向收縮富余量控制在15 ～25cm 之間，縱向富余量留在模袋上端，橫向富余量留在相鄰接縫處[3]。

4.2.3 混凝土澆筑

除引航道東側(cè)素混凝土護坡混凝土強度采用C20以外，其它部位混凝土強度采用C25，采用商品混凝土罐車運輸，混凝土塌落度控制在22cm 左右，坍落度過大混凝土強度得不到保證。嚴格按配合比配料，選用中粗砂，石子粒徑0.5 ～1.6cm, 水灰比不大于0.5，保證混凝土的和易性和流動性，不堵泵送管道。泵車輸送壓力不小于0.2MPa，輸送距離不超過500m。

除模袋混凝土澆筑外，鋪蓋護坦、護底護坡等部位澆筑混凝土攤平倉面后，用平板振動器自振搗，對于模板兩側(cè)平板振動器不易振密實的部位，則采用插入式振搗器重新振搗，混凝土振搗密實后，用滾筒碾壓提漿，使混凝土內(nèi)部密實。用滾筒碾壓整平倉面后，用木槎子打抹，鐵抹子收光，混凝土終凝前進行壓光成型，成型后12 ～24 小時覆蓋，灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護不得少于7 天。

模袋混凝土澆筑要保持模袋呈濕潤狀態(tài)，混凝土進入模袋后是由灌口靠自重自下而上將模袋充滿，混凝土灌注速度控制在10 ～15m/h。充灌時2 人扶住泵車軟管，以防有較大的擺動，同時掌握灌口混凝土壓力，由潛水員配合控制水下充灌質(zhì)量。在接近飽滿時應停機5-10分鐘，待模袋中水分析出，再充灌至飽滿，及時將灌口扎緊。充灌結(jié)束后及時用現(xiàn)澆混凝土封頂，將模袋上端固定的鋼管樁封閉。

混凝土主要是在泵壓力推動下強制移動，混凝土壓力由灌口向四周，隨著離灌口距離的增加而混凝土壓力迅速減小，隨著模袋中充灌混凝土范圍的擴大，充灌的難度增大，需要不斷進行踩踏疏導，確保模袋內(nèi)混凝土密實，滿足混凝土澆筑的質(zhì)量要求。

由于模袋布是透水的，充入模袋內(nèi)混凝土由于部分水分滲出而很快失去流動性，要保證水上部分混凝土充灌間隔時間不超過30 min。如長時間停灌，可在未充滿部分的上邊緣再開一灌口進行充灌，灌口應開在側(cè)邊隱蔽處，以保證整體美觀。一個施工單元完成后，把本單元模袋表面灰渣沖洗清理干凈，模袋混凝土終凝后，灑水養(yǎng)護14d。

泵送與充灌操作人員之間應隨時聯(lián)系，緊密配合。水下混凝土澆筑應由經(jīng)過專業(yè)培訓、工作經(jīng)驗豐富的潛水員進行操作。

4.3 現(xiàn)場施工管理

上下游引航道處于通航狀態(tài)，必須制定和落實相關(guān)施工安全措施，施工區(qū)域周邊每隔一段設置欄浮筒，完善相關(guān)的警示標識，安全員進行現(xiàn)場管理，考慮到潛水員水下操作易受船舶航行的沖擊波影響發(fā)生危險，采取斷航措施，確保施工安全。嚴格按照工程的質(zhì)量標準對已完工程進行檢驗檢測，工程質(zhì)量經(jīng)施工單位自檢，監(jiān)理單位復檢，仍需由檢測單位抽檢。

5 結(jié)語

在臨近既有水工建筑物條件下進行一線船閘引航道河床加固，做好混凝土河床加固施工準備；優(yōu)化深基坑防滲體系設計，落實鋼板樁圍堰、防滲帷幕、降排水、模袋鋪設、混凝土澆筑、現(xiàn)場施工管理等施工關(guān)鍵技術(shù)措施。通過引航道混凝土河床部位加固，消除上下游閘首、導航墻及中隔堤的安全隱患。模袋混凝土護坡具有坡面地形適應性強、整體性好、抗沖能力強、工程造價低等特點，在江河湖泊的護坡護岸得到廣泛應用。