復(fù)雜水流形態(tài)下的充砂枕袋封堵河槽工法措施研究

陳明明

（安徽水利開發(fā)有限公司，安徽 蚌埠 233010）

近年來(lái)，在長(zhǎng)江施工時(shí)經(jīng)常遇到深水復(fù)雜水流形態(tài)，部分江段洲頭分叉入口處水流流速大、流態(tài)紊亂[1]，水深超過(guò)40 m，河床沖刷嚴(yán)重，部分坑槽深度達(dá)8 m，感潮段受潮水周期性影響，水位、流速、流態(tài)均不斷變化。長(zhǎng)江航道因其船舶通行量大，難以封閉河道施工，導(dǎo)致有效施工面狹小且安全風(fēng)險(xiǎn)大[2]。鑒于此，本文針對(duì)深水復(fù)雜水流形態(tài)充砂土工枕袋封堵深槽施工，開展了專項(xiàng)研究，形成了一套先進(jìn)的施工方法及裝備，通過(guò)工程實(shí)際驗(yàn)證，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，現(xiàn)就該工法做簡(jiǎn)單的介紹。

1 工法原理、特點(diǎn)及適用范圍

該工法的原理：根據(jù)實(shí)測(cè)的復(fù)雜水流條件，對(duì)枕袋進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，優(yōu)化枕袋及袋體加工；根據(jù)多波束測(cè)量?jī)x確定水下地形[3]，劃分拋投網(wǎng)格；運(yùn)用六通吹灌裝置充填枕袋，泌水后將其充入水面飄落著床，并進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量，及時(shí)補(bǔ)拋。

該工法的特點(diǎn)主要包括三個(gè)方面：

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)水流條件，對(duì)枕袋進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，優(yōu)化規(guī)格尺寸、加筋數(shù)量和孔隙率，并使其強(qiáng)度和泌水性滿足施工要求，從而提高工效。

2）精確拋投。根據(jù)實(shí)測(cè)水下地形，運(yùn)用GPS 和RTK 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)[4]，精確拋投枕袋，并進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量。

3）快速充填、成型率高。同時(shí)使用多臺(tái)泥漿泵及管道，提高充填效率，并及時(shí)調(diào)整水槍姿態(tài)，控制充填過(guò)程中的含水量，提高成型率。根據(jù)該工法的特點(diǎn)，確定該工法主要適用于水深小于40 m，流速小于2 m/s 的河槽、淺海灘涂、海槽等利用砂枕袋封堵施工的區(qū)域。

2 工法流程及操作要點(diǎn)

2.1 工法流程

該工法的施工流程見圖1 所示。

圖1 施工流程圖

2.2 操作要點(diǎn)

1）施工準(zhǔn)備：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙編制施工方案；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行材料招標(biāo)、廠家考察；對(duì)施工管理人員及操作人員進(jìn)行安全、技術(shù)交底；優(yōu)化充砂土工枕袋生產(chǎn)參數(shù)；編報(bào)通航安全專項(xiàng)方案，辦理水上作業(yè)許可，按方案設(shè)置施工警戒區(qū)域；編報(bào)航標(biāo)設(shè)置專項(xiàng)方案，辦理通航安全許可，發(fā)布航行公告，調(diào)整航標(biāo)，設(shè)置警戒及巡查。

2）袋體優(yōu)化設(shè)計(jì)及加工：充砂土工枕袋上的袖口長(zhǎng)度為0.3 m，直徑為0.2 m；枕袋的縱橫向進(jìn)行加筋處理，沿袋長(zhǎng)縱向封閉加筋，每個(gè)袋子均勻地加筋2 圈，縱向間距1 m 加箍筋；縱筋單位長(zhǎng)度重不小于46 g/m，寬為0.05 m；充砂土工枕袋封口用的系帶條每根單位長(zhǎng)度重不小于8 g/m。袋體優(yōu)化后的尺寸如圖2 所示。

圖2 袋體優(yōu)化設(shè)計(jì)后尺寸

3）水下地形測(cè)量：水下測(cè)量采用專門測(cè)量船，采用GPS 定位系統(tǒng)配合多波束測(cè)量?jī)x器，測(cè)量數(shù)據(jù)由采集軟件自動(dòng)采集。

4）拋投網(wǎng)格劃分：對(duì)拋投前測(cè)繪的地形進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并統(tǒng)一編號(hào)，根據(jù)網(wǎng)格中所需方量確定枕袋的數(shù)量。

5）吸砂船、拋枕船定位泊錨：拋枕船按照預(yù)先測(cè)放好的橫斷面定位線現(xiàn)場(chǎng)駐位，拋枕船船身平行于水流方向，采用“四錨法”固定。拋枕船定位如圖3 所示。

圖3 拋枕船定位示意圖

6）運(yùn)砂船靠泊、接通吹灌裝置：運(yùn)砂船應(yīng)嚴(yán)格按照《采砂施工期通航安全保障方案》中指定的路線進(jìn)行運(yùn)輸，嚴(yán)禁逆行；運(yùn)砂船應(yīng)在接到準(zhǔn)確的號(hào)令后方可靠泊；運(yùn)砂船靠泊后，應(yīng)根據(jù)水位變化及時(shí)調(diào)節(jié)系纜的長(zhǎng)度；充填前將充填設(shè)備管路連接好，進(jìn)行試吸砂，檢驗(yàn)設(shè)備能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

7）吹灌充填枕袋：在輸砂總管兩側(cè)各加工3 個(gè)鋼管接頭，并安裝閘閥及軟管構(gòu)成六通吹灌閥，啟動(dòng)吸砂泵，使水砂源源不斷地被送入枕袋中。

8）泌水、拋投：砂袋裝好后，沙袋要兩次排水，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。

9）質(zhì)量檢測(cè)：拋投結(jié)束后，采用多波束測(cè)量?jī)x器進(jìn)行水下測(cè)量，對(duì)未到達(dá)設(shè)計(jì)高程和漏拋區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)拋，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求；拋投船定位一次，可覆蓋周圍50 m 范圍內(nèi)的區(qū)域。

3 工法的質(zhì)量要求及控制措施

3.1 工法的質(zhì)量要求

1）土工枕袋的規(guī)格、質(zhì)量、拼接縫形式和縫合強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

2）不同時(shí)段，不同位置進(jìn)行水深測(cè)量、流速測(cè)量，漂距實(shí)驗(yàn)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3）拋投后及時(shí)測(cè)量成型效果，對(duì)比分析。

4）充砂填料的級(jí)配及含泥量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，小于10%。

5）所用土工織物按每5 000 m2抽檢1 次，每批次不足時(shí)按1 次抽檢，取樣檢查，并檢查出廠質(zhì)量合格證明和檢驗(yàn)報(bào)告。

6）砂料按每1 000 m3進(jìn)行1 組抽樣檢驗(yàn)，優(yōu)先選用中細(xì)砂類土，含泥量不應(yīng)超過(guò)10%，直徑為0.05 mm的砂粒含量宜大于50%，本工程采用含泥量小于10%的中細(xì)砂。

7）充填水力造成的泥漿濃度宜為20%～45%，袋體內(nèi)填充的充盈度應(yīng)控制在75%～85%之間，本工程選用80%。

3.2 工法的控制措施

3.2.1 質(zhì)量控制措施

1）施工前根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及水下地形測(cè)量成果，準(zhǔn)確繪制擋位圖。

2）選擇具備資質(zhì)條件的廠家生產(chǎn)枕袋。

3）加強(qiáng)對(duì)施工作業(yè)層的技術(shù)、安全交底。施工前按施工方案對(duì)施工人員進(jìn)行書面技術(shù)交底。

4）加強(qiáng)充砂過(guò)程的控制，流速、水深量測(cè)的控制，及時(shí)進(jìn)行漂距實(shí)驗(yàn)，拋投質(zhì)量進(jìn)行掃測(cè)。

5）充填至80%時(shí)，安排施工工人以踩踏的方式進(jìn)行人工排水。

3.2.2 安全控制措施

1）施工前，按照《施工期專用航標(biāo)設(shè)置方案》航標(biāo)布置要求，提前聯(lián)系航道部門調(diào)整航標(biāo)位置。

2）在施工區(qū)域上下游設(shè)置警戒船，施工期間派專人值班，并要求值班人員每隔半小時(shí)利用航道公共“6頻道”向過(guò)往船只喊話，提醒過(guò)往船只注意安全。

3）根據(jù)編制的專項(xiàng)施工方案做好安全施工技術(shù)交底及安全教育工作，針對(duì)每個(gè)工序施工的特點(diǎn)和安全管理隱患點(diǎn)，做好安全防范工作。

4）安全防范重點(diǎn)：嚴(yán)防水上作業(yè)落水事故。

5）拋枕船、采砂船等施工船舶安裝視頻監(jiān)控設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控。

6）施工船舶必須持有有效的《船舶檢驗(yàn)證書薄》、船舶營(yíng)運(yùn)證書（或許可證）、船員任職證書，三證齊全，否則嚴(yán)禁租用。

7）機(jī)動(dòng)船舶均需配備GPS、AIS、VHF 和雷達(dá)[5]，船舶錨系設(shè)備的形式、數(shù)量和強(qiáng)度必須適應(yīng)本航區(qū)的作業(yè)安全要求，所有施工船舶配備完善的通訊設(shè)備，便于接受準(zhǔn)入指令，否則禁止在本項(xiàng)目使用。

8）現(xiàn)場(chǎng)安全員隨時(shí)注意觀察工程附近船舶交通流的情況及通航環(huán)境的變化，及時(shí)提醒并引導(dǎo)施工船選擇合適的時(shí)機(jī)安全進(jìn)出作業(yè)區(qū)。

3.2.3 環(huán)?？刂拼胧?/p>

1）根據(jù)《中華人民共和國(guó)防治船舶污染內(nèi)河水域環(huán)境管理規(guī)定》等相關(guān)內(nèi)河環(huán)境保護(hù)法規(guī)的要求，將防治船舶污染水域環(huán)境列入重要的環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)施。

2）在施工期間，對(duì)產(chǎn)生的主要污染源和污染物采取防治水域污染的作業(yè)方案和有效的安全及防污染措施，并取得海事管理機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)。

3）向作業(yè)船舶宣傳貫徹關(guān)于防治船舶污染內(nèi)河水域的有關(guān)規(guī)定，施工作業(yè)時(shí)，安排專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)管理，加強(qiáng)監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)制止。

4）船舶含油污水、生活污水，含有毒液體物質(zhì)污水排放應(yīng)符合國(guó)家和地方有關(guān)水污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)及要求，不符合排放標(biāo)準(zhǔn)及要求的，委托有資質(zhì)的污染物接收單位接收處理。

5）船舶按相關(guān)規(guī)定的操作程序?qū)λa(chǎn)生的垃圾進(jìn)行分類、收集、存放，禁止向內(nèi)河水域排放船舶垃圾。

6）船舶根據(jù)自身的職責(zé)權(quán)限，按照內(nèi)河環(huán)境保護(hù)法規(guī)等相關(guān)規(guī)定，對(duì)從業(yè)人員進(jìn)行防污技能培訓(xùn)。

4 案例分析

4.1 長(zhǎng)江馬鞍山河段二期整治工程施工標(biāo)（七標(biāo)段）

長(zhǎng)江馬鞍山河段二期整治工程施工標(biāo)（七標(biāo)段）：主要建設(shè)內(nèi)容為小黃洲左汊口門護(hù)底工程、護(hù)底與左、右岸側(cè)連接護(hù)岸工程及小黃洲左右緣加固護(hù)岸工程。小黃洲左汊口門護(hù)底工程位于小黃洲左汊口門上段，護(hù)底順?biāo)鏖L(zhǎng)度約900 m，垂直水流寬度為（330～420）m。護(hù)底左岸側(cè)連接加固護(hù)岸工程長(zhǎng)900 m（小黃洲頭及左緣段）。小黃洲頭及左右緣加固護(hù)岸工程長(zhǎng)2 600 m，本標(biāo)段充砂土工枕填槽（墊坡）工程主要包括充砂土工枕填槽及充砂土工枕墊坡等，工程量約25.62 萬(wàn)m3。

采用此項(xiàng)施工工法的技術(shù)要求：枕袋采用聚丙烯編織布制作，袋體縱、橫加箍筋，提高袋體強(qiáng)度減小破袋率；網(wǎng)格化精確拋投，減少返工；采用吸砂船輔助交叉充填，充填過(guò)程中不斷調(diào)整高壓水槍姿態(tài)，控制漿液含水率，提高施工用砂利用率[6]。該方法施工速度快，節(jié)約工期，拋投效果質(zhì)量高，為后續(xù)軟體排施工節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供有力保證。

4.2 安徽省長(zhǎng)江崩岸應(yīng)急治理工程第三批Ⅳ標(biāo)段項(xiàng)目

安徽省長(zhǎng)江崩岸應(yīng)急治理工程第三批Ⅳ標(biāo)段：該項(xiàng)目是國(guó)家172 項(xiàng)重大水利項(xiàng)目中長(zhǎng)江中下游干流河道治理的子項(xiàng)，工程實(shí)施對(duì)維護(hù)河勢(shì)穩(wěn)定、提高抵御崩岸災(zāi)害能力、保障防洪及人民生命財(cái)產(chǎn)安全、沿江經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面具有重要作用。本標(biāo)段為位于池州市東至縣境內(nèi)幸福洲區(qū)域，崩岸治理區(qū)域長(zhǎng)度為1 500 m，對(duì)應(yīng)樁號(hào)0-300～1+200。主要建設(shè)內(nèi)容為水下拋石護(hù)腳（0-300～1+200）、水上散拋石護(hù)坡（0-300～0+200）和水上混凝土塊護(hù)坡（0+200～1+200）、充砂土工枕墊坡、素混凝土軟體排等施工內(nèi)容。

項(xiàng)目采用該工法，總體工程按合同工期完成，未發(fā)生任何質(zhì)量、安全事故，工程進(jìn)度、質(zhì)量及安全均滿足合同要求。工程完工后，經(jīng)水下多波束測(cè)量，施工區(qū)域范圍、厚度及均勻性均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，工程穩(wěn)定可靠，岸坡崩塌得到有效抑制，工程效果顯著。

5 結(jié) 語(yǔ)

簡(jiǎn)單介紹了復(fù)雜水流形態(tài)下充砂枕袋封堵河槽工法，主要包括該工法的特點(diǎn)、適用范圍、工作流程、操作要點(diǎn)及質(zhì)量要求和控制措施，并進(jìn)行了相關(guān)案例分析。復(fù)雜流態(tài)下充砂枕袋封堵河槽工法能夠極大程度地保證施工質(zhì)量、節(jié)約施工成本、縮短工期，還能夠帶來(lái)良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。