長(zhǎng)江南京以下12.5米深水航道主動(dòng)式鉤連應(yīng)用研究

王效遠(yuǎn)　趙凱

摘要：主動(dòng)式鉤連體作為一種新型的消能護(hù)灘結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)江深水航道一期工程中進(jìn)行了首次應(yīng)用。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究確定了PP作為基材，增強(qiáng)、增重劑等作為添加料的配方體系；根據(jù)不同的施工要求，提出了船機(jī)拋投和人工拋投的技術(shù)要求；現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)守護(hù)范圍內(nèi)泥沙淤積明顯，并對(duì)其周邊范圍有一定的掩護(hù)作用。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)式鉤連體；船機(jī)拋投；人工拋投；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：U617.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-7973（2016）07-0053-02

在以往的航道整治工程中，消能護(hù)灘結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)守護(hù)洲灘，穩(wěn)定航槽的功能。其中應(yīng)用較為廣泛的為系結(jié)砼連鎖塊軟體排和四面六邊透水框架，這些結(jié)果形式護(hù)灘效果明顯，但也存在結(jié)構(gòu)邊緣易沖刷，勾連性不足等特點(diǎn)。針對(duì)現(xiàn)行護(hù)灘結(jié)構(gòu)存在的不足，在長(zhǎng)江深水航道一期項(xiàng)目中，研究人員從設(shè)計(jì)理念出發(fā)，突破傳統(tǒng)的被動(dòng)守護(hù)思想，提出了利用構(gòu)件拋投形成主動(dòng)勾連、整體性良好的護(hù)灘結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念。研發(fā)了一種消減水流能量明顯、護(hù)灘促淤效果良好的新型消能護(hù)灘結(jié)構(gòu)——主動(dòng)式鉤連體。

作為一種新型消能護(hù)灘結(jié)構(gòu)，南京水利科學(xué)研究院對(duì)結(jié)構(gòu)孔隙率進(jìn)行了較為深入的研究，中交上海航道局有限公司對(duì)結(jié)構(gòu)施工工藝進(jìn)行了研究。

為了驗(yàn)證主動(dòng)式鉤連體的應(yīng)用效果，在長(zhǎng)江南京以下12.5米深水航道一期工程白茆沙整治工程中進(jìn)行了典型應(yīng)用。通過(guò)對(duì)工程方案設(shè)計(jì)、拋投技術(shù)要求確定了新型構(gòu)件的工程實(shí)施原則，工程完工以后進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。試驗(yàn)及監(jiān)測(cè)結(jié)果表明結(jié)構(gòu)內(nèi)部及掩護(hù)區(qū)能夠形成普遍淤積，促淤效果明顯。

1 主動(dòng)式鉤連體結(jié)構(gòu)形式

主動(dòng)式鉤連體產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于鉤連體的實(shí)際使用工況要求、鉤連體批量生產(chǎn)時(shí)制造的可行性以及鉤連體的整體成本控制等方面。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究確定了PP作為基材，增強(qiáng)、增重劑等作為添加料的配方體系，最終確定材料主要性能為：密度1.9g/cm³；拉伸強(qiáng)度47MPa；斷裂伸長(zhǎng)率4.2%；彎曲強(qiáng)度72MPa；彎曲模量6800MPa；懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度13kJ/m²；根據(jù)模型試驗(yàn)研究，結(jié)構(gòu)尺寸為60cm組裝機(jī)，見(jiàn)圖1。

2 工程方案設(shè)計(jì)及技術(shù)要求

2.1 設(shè)計(jì)條件

在長(zhǎng)江南京以下12.5m深水航道一期工程白茆沙整治工程中首次應(yīng)用了主動(dòng)式鉤連體，作為岸灘防護(hù)結(jié)構(gòu)（圖2）。應(yīng)用區(qū)設(shè)計(jì)高水位為2.56m，設(shè)計(jì)低水位為-0.75m（85國(guó)家高程基準(zhǔn)）；漲潮最大流速約1.02m/s，落潮最大流速約0.86m/s；50年一遇有效波高為1.25m。

2.2 方案設(shè)計(jì)

應(yīng)用區(qū)位于北潛堤內(nèi)側(cè)，灘面高程為0.0-0.4m。拋投區(qū)內(nèi)邊緣距堤軸線50m，長(zhǎng)200m，寬40m，與堤身排的搭接寬度為5m，在拋投區(qū)邊緣鋪設(shè)規(guī)格為480mm×480mm×160mm的連鎖塊軟體排，鋪設(shè)長(zhǎng)度為200m，寬度為2m；在拋投區(qū)內(nèi)部垂直堤軸線方向，每隔20m鋪設(shè)480mm×480mm×160mm的連鎖塊軟體排，鋪設(shè)長(zhǎng)度為從拋投區(qū)內(nèi)側(cè)到拋投區(qū)邊緣，寬度為1m。軟體排底部不需要鋪設(shè)土工布。拋投區(qū)劃分為5m×10m的小拋投區(qū)，每個(gè)拋投區(qū)拋投個(gè)數(shù)控制在400個(gè)左右，見(jiàn)圖3。

本次選擇的典型應(yīng)用區(qū)段為高灘段，低潮露灘時(shí)人可以行走，鉤連體作為一種輕型構(gòu)件，既具備現(xiàn)場(chǎng)低潮露灘時(shí)人工拋投、綁扎以及整理的條件，也具備高潮期水深足夠船機(jī)施工時(shí)船機(jī)拋投的條件。

2.3 船機(jī)拋投技術(shù)要求

施工前在鋪排船翻板及甲板上滿(mǎn)鋪土工格柵，作為主動(dòng)式鉤連體的沿翻板下滑至水下時(shí)的支撐。隨后由人工組裝鉤連體并疊放，將鉤連體相互間及與格柵間進(jìn)行綁扎，要求每平米拋投數(shù)量不小于7.6個(gè)，綁扎個(gè)數(shù)不少于3個(gè)。待綁扎完成后按照鋪排流程下放格柵并移船，依次循環(huán)直至施工完成。

2.4 人工拋投技術(shù)要求

船機(jī)未拋投區(qū)及船機(jī)拋投區(qū)邊緣需要進(jìn)行人工拋投。在陸上或船上將鉤連體組裝完成并綁扎成捆，高潮時(shí)通過(guò)運(yùn)輸船將其拋投至指定區(qū)域，等低潮時(shí)再進(jìn)行人工定位拋投。為控制拋投質(zhì)量，保證拋投高度，將拋投區(qū)劃分為5m×10m的小拋投區(qū)，每個(gè)拋投區(qū)拋投鉤連體的個(gè)數(shù)控制在380-400個(gè)。

3 監(jiān)測(cè)分析

為了檢測(cè)應(yīng)用效果，拋投完成后的一個(gè)水文年內(nèi)，對(duì)典型應(yīng)用段進(jìn)行了觀測(cè)。觀測(cè)分為工程實(shí)施前觀測(cè)和實(shí)施后觀測(cè)兩個(gè)階段，觀測(cè)頻次為4次，分別為拋投施工前測(cè)次、拋投施工后測(cè)次、拋投施工后洪季測(cè)次和拋投施工后枯季測(cè)次。

3.1 護(hù)灘效果觀測(cè)分析

主動(dòng)式鉤連體拋投施工完成后的枯季水文條件作用期間（2014年1月～4月），拋投區(qū)內(nèi)總體表現(xiàn)為平均淤高0.14m，但局部呈西側(cè)淤積、東側(cè)微沖的趨勢(shì)。其西側(cè)淤積幅度平均為0.34m，東側(cè)沖刷幅度平均為0.05m，且其南北向沖淤變化的差異較小。

與拋投施工后摸底測(cè)次測(cè)量結(jié)果比較，經(jīng)歷一次枯季水文條件和一次洪季水文條件作用后，拋投區(qū)內(nèi)平均淤高了0.48m，且受拋投施工期間拋投區(qū)內(nèi)初始地形影響，拋投區(qū)內(nèi)的淤積幅度南北向差異不明顯，但東西向差異較大，其中西側(cè)淤積幅度明顯大于東側(cè)，見(jiàn)圖4。

3.2 拋投區(qū)周邊淤積情況

從試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)情況可以看出，主動(dòng)式鉤連體守護(hù)效果良好，防沖促淤效果顯著，促淤后，鉤連體由于其相互勾連形成了類(lèi)似植物龐大根系的骨架型結(jié)構(gòu)能起到較好的固灘作用。在拋投初期，主動(dòng)式鉤連體內(nèi)部出現(xiàn)迅速淤積，泥沙在拋投區(qū)邊緣形成一個(gè)自然的邊坡，坡度約為1：3，高差在30em左右。鉤連體拋投初期迅速出現(xiàn)淤積的情況對(duì)鉤連體的穩(wěn)定起到很好的保護(hù)作用。在主動(dòng)式鉤連體拋投區(qū)外側(cè)，普遍呈現(xiàn)淤積態(tài)勢(shì)，普遍淤漲0.2-0.3m，說(shuō)明鉤連體對(duì)掩護(hù)區(qū)也具有良好的防沖促淤效果。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)應(yīng)用區(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，以PP作為基材，增強(qiáng)、增重劑等作為添加料材料的主動(dòng)式鉤連體能夠滿(mǎn)足工程功能要求。

在主動(dòng)式鉤連體的方案設(shè)計(jì)中，采用分區(qū)拋投的方式是安全合理的。船機(jī)拋投和人工拋投根據(jù)不同的施工特點(diǎn)采取不同的施工工藝，可以達(dá)到相同的工程效果。

本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所得歷經(jīng)一次枯季水文過(guò)程、一次洪季水文過(guò)程后，拋投區(qū)內(nèi)發(fā)生了全面淤積，平均淤高0.48m以上。從淤積后地形角度看，主動(dòng)式鉤連體內(nèi)部淤積后高程較高，東、西兩側(cè)較低，說(shuō)明鉤連體內(nèi)部促淤效果較周?chē)@著。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)鉤連體對(duì)掩護(hù)區(qū)具有一定的掩護(hù)作用。