復(fù)雜流態(tài)下網(wǎng)格化法充砂土工枕袋施工方法分析

陳 程 （安徽水利開發(fā)有限公司，安徽 蚌埠 233000）

0 引言

充砂土工枕袋對水下岸坡、陡坡、坑槽段進(jìn)行墊坡、填槽施工起到很好效果，近年來，在崩岸治理、淺海灘涂、航道整治等工程中應(yīng)用較多，傳統(tǒng)的充砂土工枕袋施工，經(jīng)常會出現(xiàn)砂枕袋著床位置不準(zhǔn)確、爆袋等現(xiàn)象，造成返工補(bǔ)拋，增加造價(jià)，延緩工期，尤其缺少對水深超過30m、流態(tài)紊亂、流速大等特點(diǎn)的水下施工經(jīng)驗(yàn)[1-3]。鐘茂華[4]中剖析了充砂土工枕袋比混凝土壩的優(yōu)勢，同時(shí)表明了同等體積下的枕袋比石料更具穩(wěn)定性，且施工進(jìn)度快，效果明顯。周鴻等[5]通過以長江中游荊江段航道整治工程為例，提出了對一天之中水位高差超過5m以及水況復(fù)雜的嘰頭處應(yīng)增加試拋的次數(shù)，以掌握砂枕袋漂移的規(guī)律。李曉兵[6]通過調(diào)整拋枕與鋪排的施工工序，利用拋枕對陡坡段進(jìn)行修坡，后進(jìn)行沉排，取得了良好的防護(hù)效果。這表明不同段落的航道整治應(yīng)根據(jù)水文信息制定相對應(yīng)的防護(hù)措施，以及施工工藝方法的選擇也尤為重要。

隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，對航道的需求越來越多，同時(shí)隨著船只等其他因素的影響，海岸、河岸線等發(fā)生了一系列的崩岸現(xiàn)象，對航道、人民群眾的安全造成不同程度的影響，充砂土工枕袋施工工藝的發(fā)明，對河底、河岸的沖刷有一定的遏制作用，被逐漸應(yīng)用到航道整治工程中。長江馬鞍山河段二期整治工程施工標(biāo)（七標(biāo)段）就是采用了充砂土工枕袋墊坡與軟體排方式的河道整治，該標(biāo)段沖刷較明顯，崩岸頻繁，且強(qiáng)度大，特別是小黃洲左右緣的沖淤變化較明顯，已對小黃洲左右汊分流比造成一定的影響。因此，本文結(jié)合充砂土工枕袋現(xiàn)場試驗(yàn)，首先通過對枕袋二次深化設(shè)計(jì)，優(yōu)化聚丙烯編織布規(guī)格尺寸、加筋數(shù)量及孔隙率，兼顧強(qiáng)度和泌水性；其次應(yīng)用多波束測量儀掃描水下地形，合理劃分水下拋投區(qū)網(wǎng)格，運(yùn)用GPS平面測量系統(tǒng)與船載RTK測量定位系統(tǒng)聯(lián)動，精確控制枕袋的落點(diǎn)，同時(shí)多波束跟蹤測量、對比分項(xiàng)，及時(shí)糾偏、補(bǔ)拋；最后采用自主發(fā)明的六通吹灌裝置，同時(shí)連通4臺泥漿泵和兩根輸漿管道，充填效率高，每11min/次充填4袋，約32m3。充填過程中合理調(diào)整水槍姿態(tài)，控制漿液含水量，提高施工用砂利用率。

1 工程概況

1.1 工程建設(shè)背景及內(nèi)容

長江馬鞍山河段位于長江下游安徽省境內(nèi)，上起東、西梁山，下至慈姆山，全長約36km，呈兩端窄、中間寬的順直分汊形態(tài)，自上而下分為江心洲和小黃洲兩個(gè)分汊段。是《長江流域綜合規(guī)劃（2012-2030年）》確定的長江中下游干流16個(gè)重點(diǎn)河段之一。江心洲左、右汊分流比多年穩(wěn)定在9：1左右，右汊彎曲，口門以下有低水時(shí)與江心洲連為一體的彭興洲。左汊順直，汊道內(nèi)江心洲尾左緣分布何家洲。小黃洲汊道經(jīng)過治理，左汊發(fā)展速率有所減緩，根據(jù)2018年6月實(shí)測資料，分流比為32.86%。近60年來，長江馬鞍山河段河道曾發(fā)生較大的變化，給沿江兩岸人民生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來較大影響。20世紀(jì)50年代馬鞍山港區(qū)深水岸線自馬鋼泵房至慈姆山，多達(dá)9km。20世紀(jì)60年代后，小黃洲頭崩退，過渡段下移，左岸鄭浦圩、太陽河、金河口發(fā)生嚴(yán)重崩岸，造成堤外無灘或窄灘，汛期年年出險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅和縣江堤的安全，右岸馬鋼泵房淤積，深水岸線下移了約3km，嚴(yán)重地影響了馬鋼的正常生產(chǎn)，同時(shí)深水岸線的縮短，也影響了馬鞍山市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

長江馬鞍山河段二期整治工程施工標(biāo)（七標(biāo)段）主要工程內(nèi)容有小黃洲左汊口護(hù)底工程、護(hù)底與左、右岸側(cè)連接護(hù)岸工程、小黃洲頭及左右緣加固護(hù)岸工程。其中，小黃洲左汊口門護(hù)底工程位于小黃洲左漢口門上段，護(hù)底順?biāo)鏖L度約為900m，垂直水流寬度為330m～420m，主要由充砂土工枕袋填槽、墊坡；系混凝土塊軟體排；壓載拋石及加強(qiáng)帶組成。護(hù)底段合同清單工程量為①充砂土工枕袋25.62萬m3；②系混凝土軟體排35.42萬m2；③護(hù)底段拋石38.51萬m3。

1.2 防護(hù)工程結(jié)構(gòu)形式

該項(xiàng)目900m長護(hù)底主要施工工序是對原河底形成的超深及溝槽處用充砂枕袋充填槽、墊坡，約25.62萬m3，填筑槽深達(dá)8m，將整個(gè)河底溝槽大面填筑到-32m后，再滿鋪軟體排，再在排體上拋石壓載厚1m，并設(shè)有加厚壓載帶。此處水深約40m，是長江的主江在小黃洲洲頭分汊入口處，據(jù)初步了解，該段的施工有以下特點(diǎn)，①水深且流速大，流態(tài)紊亂；②屬感潮段，受潮水周期性影響，水位、流速、流態(tài)均周期性對應(yīng)變化；③上行船舶通行量大，需分幅組織護(hù)底施工，施工組織困難，安全風(fēng)險(xiǎn)大；④施工期受汛期影響，流速、水位達(dá)到一定值時(shí)，需暫停施工。

2 充砂土工枕袋拋投施工

2.1 工藝原理

根據(jù)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場深水復(fù)雜水流條件，進(jìn)行枕袋二次深化設(shè)計(jì)，優(yōu)化聚丙烯編織布尺寸、加筋數(shù)量及孔隙率，進(jìn)行袋體加工。應(yīng)用多波束測量儀掃描水下地形，合理劃分水下拋投區(qū)網(wǎng)格。吸砂船、鋪排船泊錨在拋投區(qū)，運(yùn)砂船靠泊到位，接通六通吹灌裝置，在鋪排船翻板上展開管袋，開動泥漿泵吸砂充填枕袋，充至枕袋體積80%時(shí)停止吹灌，泌水后用高壓水槍將枕袋沖入水面，漂落著床。同時(shí)用多波束測量儀跟蹤測量、對比分析，及時(shí)糾偏、補(bǔ)拋。充砂土工枕墊坡示意圖如圖1所示。

圖1 充砂土工枕墊坡示意圖

2.2 施工流程

2.2.1 水下地形測量

為了保證水下拋枕工程質(zhì)量，測量采用專門測量船，采用GPS定位系統(tǒng)配合多波束儀器，測量數(shù)據(jù)由采集軟件自動采集，水下地形圖比例尺1:1000，水下斷面比例1:500，測量沿順?biāo)鞣较?0m測量一個(gè)橫斷面，每測點(diǎn)水平間距為1m～2m。

2.2.2 拋投網(wǎng)格劃分

首先根據(jù)測量地形圖進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行統(tǒng)一編號，根據(jù)設(shè)計(jì)斷面確定網(wǎng)格中所需方量，換算成枕袋的數(shù)量；其次按照“先右幅后左幅、先深后淺、先下游后上游”的方式對袋體進(jìn)行逐一編號。拋枕檔位圖如圖2所示。

圖2 拋枕檔位圖

2.2.3 吸砂船、拋枕船定位泊錨

拋枕船按照預(yù)先測放好的橫斷面定位線現(xiàn)場駐位，拋枕船船身平行于水流方向，采用“四錨法”固定，在船體船頭側(cè)及船尾側(cè)分別用兩根錨呈八字形斜拉固定。先在拋枕船船邊設(shè)置兩個(gè)定位點(diǎn)，做初步定位，然后吸砂船?？浚詈筮\(yùn)砂船掛擋?？课按?，采用GPS-RTK對鋪排船的兩個(gè)前后拋點(diǎn)進(jìn)行精確定位，預(yù)留出漂移距，定好里程樁號。

根據(jù)運(yùn)砂船、拋枕船、施工環(huán)境等多方面考慮各船只的數(shù)量（以長江二期整治工程七標(biāo)段為例，運(yùn)砂航程27km，空載航程8.5km，采砂時(shí)間6:30～18:00，本標(biāo)段配備2艘拋枕船、2艘吸砂船、6艘運(yùn)砂船、1艘采砂船）。

2.2.4 吹灌充填枕袋

六通吹灌閥是在輸砂總管兩側(cè)各加工三個(gè)鋼管接頭，每個(gè)鋼管接頭上安裝一個(gè)閘閥，每個(gè)閘閥各接出一個(gè)輸砂軟管接頭，首先啟動吸砂泵，水砂源源不斷地被送入枕袋中，當(dāng)水砂被泵送入袋內(nèi)后，水和少量細(xì)粒砂從袋內(nèi)泄出，較粗的砂粒很快沉積袋內(nèi)；其次枕袋充砂分2次完成，第一次充砂，充至枕袋體積80%時(shí)，暫停充砂，用人踩壓將袋體中水?dāng)D出，第二次進(jìn)行補(bǔ)充，完成此枕袋的充填工作；最后第一次充砂采用2個(gè)袖口，排水通過袋體的空隙，當(dāng)充砂至85%時(shí)，采用1個(gè)袖口，另一袖口當(dāng)作排水口。枕袋充填如圖3a所示。

2.2.5 泌水拋投

首先，砂枕的充枕過程中，要做到“兩排一沖”，即砂袋裝好后，砂袋要兩次排水，第一次是人工排水，第二次是高壓水槍排水，其中高壓水槍的功率要足，沖走卸落板上殘留的砂子，以便于砂袋順利地沉入江內(nèi)；其次，轉(zhuǎn)動翻板，利用高壓水槍的壓力，投放砂袋，順?biāo)鞣较虻拇w一側(cè)先入水，減少砂袋與水面的接觸面積。平板翻轉(zhuǎn)、高壓水槍沖射枕袋入水如圖3b所示。

圖3 部分現(xiàn)場施工圖片

3 結(jié)論

對填槽墊坡采用網(wǎng)格化法施工，與淺水、流態(tài)單一情況下充砂土工枕袋施工相比，深水條件下流速快、流態(tài)復(fù)雜情況下充砂土工枕袋施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、成本投入大。長江馬鞍山河段二期整治工程（七標(biāo)段）充砂土工枕袋通過網(wǎng)格化法充砂土工枕方法，極大程度地保證了施工質(zhì)量、節(jié)約了施工成本和縮短了工期，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。主要有以下效果：

①枕袋二次深化設(shè)計(jì)。滿足深水復(fù)雜水流條件，根據(jù)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場深水復(fù)雜水流條件，優(yōu)化聚丙烯編織布規(guī)格尺寸、加筋數(shù)量及孔隙率，兼顧強(qiáng)度及泌水性，滿足深水復(fù)雜水流條件，防止爆袋，提高工效；

②精確拋投，應(yīng)用多波束測量儀掃描水下地形，合理劃分水下拋投區(qū)網(wǎng)格，運(yùn)用GPS平面測量系統(tǒng)與船載RTK測量定位系統(tǒng)聯(lián)動，精確控制枕袋的落點(diǎn)，同時(shí)多波束跟蹤測量、對比分項(xiàng)，及時(shí)糾偏、補(bǔ)拋；

③快速充填、成型率高，采用自主發(fā)明的六通吹灌裝置，同時(shí)連通4臺泥漿泵和兩根輸漿管道，充填效率高，每11min/次充填4袋，約32m3。充填過程中合理調(diào)整水槍姿態(tài)，控制漿液含水量，提高施工用砂利用率。

本施工區(qū)域通過項(xiàng)目部自檢與建設(shè)單位多波束測量檢查，馬鞍山河段長江二期整治工程（七標(biāo)段）中的小黃洲兩側(cè)的坑槽明顯減少，河道整治效果明顯，說明本文提出的方法適用于河槽、淺海灘涂海槽利用砂枕袋封堵施工。

本文未對充砂土工枕充盈系數(shù)、充砂時(shí)間、成型尺寸進(jìn)行研究，而袋體的充砂量對袋體是否破損、項(xiàng)目成本、工期等都有一定的影響，后續(xù)將繼續(xù)對此項(xiàng)的研究。