賽克格賓沉箱新工藝在長江崩岸整治工程中的應用

沃玉報 諸青 華長平

摘要：在長江南京段崩岸應急治理中，需要采用新工藝進行護岸加固，以避免崩岸發(fā)生。經(jīng)比較分析，選用賽克格賓沉箱拋石新工藝進行應急治理。重點比較了賽克格賓沉箱拋石新工藝與其他拋投工藝的優(yōu)勢，并從方案設計、拋前試驗、數(shù)據(jù)分析及應用情況等方面進行了分析。結果表明，該工藝效果明顯，推廣應用價值較好，可為其他類似工程治理提供應用參考。

關鍵詞：沉箱拋石;崩岸整治;賽克格賓;南京段

中圖法分類號：TV861文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.05.009

1研究背景

長江干流江蘇段南京河段全長97km，是《長江流域綜合規(guī)劃》確定的重點治理河段之一。經(jīng)過多年治理，長江南京段河勢得到一定程度的控制，但局部河勢仍在調(diào)整，不時產(chǎn)生新的崩岸險工。如新濟洲右緣中下段岸坡崩退、7壩段頂沖上提，危及7壩人工節(jié)點的穩(wěn)定汊道段。三峽清水下泄，河床沖刷加劇，導致長江南京段河道主流平面擺動，水流頂沖點上提下挫，產(chǎn)生新的崩岸險工（如新濟洲汊道七壩至陳頂山段）。河道分流比調(diào)整產(chǎn)生新的崩岸險工（如新生洲右汊進口兩岸）。局部河道窄深發(fā)生崩岸險情（如下關浦口縮窄段）。

通過分析觀測資料可知，三峽水庫蓄水后，大通站年輸沙量由4.27億t（1951-2002年）銳減至蓄水后的1.45億t（2003～2015年），長江中下游干流河道將自上而下呈現(xiàn)長時期、長距離的沖刷態(tài)勢。1991年1月至2014年12月，長江南京段0m線以下河槽沖刷泥沙約1.8億m，河床平均沖刷1m，主要位于-5～15m高程問，其次是-20m深槽區(qū)域。長江南京段沖刷態(tài)勢、河槽刷深，危及堤防安全、河勢穩(wěn)定，還影響沿線經(jīng)濟建設布局和港口碼頭、引排水口等基礎設施及航運的正常運行。

長江南京段部分河勢變化較大，亟待進行應急治理以消除安全隱患。其中，長江南京某段崩岸應急治理工程擬采用賽克格賓沉箱拋石工藝。本文著重闡述賽克格賓沉箱拋石工藝設計及拋前試驗、應用情況。

2工程概況

長江南京段崩岸應急治理工程總投資4.96億元，總長度40.83km，共分7段進行整治。其中，因長江南京某段崩岸基本沒有護岸邊灘，江岸存在左沖右淤的狀況，且近期不會改變。該段岸坡承受長江主流直接沖刷，地質(zhì)結構屬上軟下砂，抗沖能力差，雖然前期人工護岸起到了一定保護作用，但江水淘蝕強烈，容易攜帶走岸坡泥沙，導致崩岸發(fā)生，需采取護岸加固措施。經(jīng)技術經(jīng)濟對比分析，擬采用江蘇省水利廳推廣的新工藝——賽克格賓沉箱拋石新工藝進行應急治理，主要拋石工程量為114008m。具體工程位置詳見圖1。

3崩岸應急治理方案設計

河岸的抗沖條件約束水流并制約著崩岸的發(fā)生。因此，在河道平面形態(tài)符合河勢控制總體要求、無需改變水動條件的前提下，通過實施平順護岸，提高近岸河床抗沖能力，以制止崩岸發(fā)生，特別是城鎮(zhèn)段、碼頭港區(qū)、河口區(qū)域以及外部狹窄的重要堤段。多年實踐表明其未對河勢及防洪造成不利影響，效果較好。

3.1方案比選

水下護腳工程位于設計枯水位以下，在受水流沖擊作用較強的近岸河床區(qū)域，工程實施后可增強河床對水流的抗沖能力，從而保障岸坡的安全穩(wěn)定。水下護腳工程需協(xié)調(diào)與岸線利用的關系，力求平順，避免對上下游、左右岸造成不利影響。根據(jù)工程區(qū)域地形、水流條件、周邊環(huán)境，對分別采用拋石、賽克格賓、鋼筋混凝土鉸鏈排、四面六棱透水框架和主動式鉤連體5種型式進行比較，詳見表l。結合某段工況（歷史上崩岸較劇烈，雖經(jīng)過大量的拋石守護，崩岸時有發(fā)生），最終選定整體性和抗沖性較強的賽克格賓沉箱工藝。

3.2方案設計

3.2.1總體設計

該工程長度3080m，采用賽克格賓防護型式。其中，斷面樁號XNWO7～XNW10約長280m岸段坡面整體沖刷后退，故采取水下全斷面分兩區(qū)加固，護寬分別為65～120m和20m，厚度分別為0.5m和1.5m;斷面樁號XNW10-XNW38約2 800m岸段為加拋防崩層，護寬20m，厚度1.5m。合計拋護面積10.3萬m，賽克格賓面積114008m。

3.2.2賽克格賓設計

賽克格賓設計尺寸為4mx2 mx0.5m（長×寬×高，下同），內(nèi)裝石料進行定點拋投。其中，在厚1.5m的區(qū)域采用4mx2 mx0.5m的尺寸3層疊加拋投。

3.2.3原材料設計

（1）賽克格賓鋼絲采用六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)并進行鍍高爾凡防腐處理，網(wǎng)面鋼絲直徑為2.4mm，最小鍍層量230g/m;邊端鋼絲直徑為3.0mm，最小鍍層量255/m;綁扎鋼絲直徑為2.2 mm，最小鍍層量230g/m。鋼絲的抗張強度350-550N/m，編織前鋼絲延伸率不小于8%;網(wǎng)孔規(guī)格D為100mm，網(wǎng)面抗拉強度不小于24kN/m，網(wǎng)面翻邊強度不小于23kN/m。

（2）塊石要求石質(zhì)堅硬，遇水不易破碎或水解，濕抗壓強度大于30MPa，軟化系數(shù)大于0.7，密度不小于2.40t/m。塊石粒徑為10-30cm，填充空隙率不得超過30%。塊石粒徑應良好級配，不宜過大或過小，不符合設計要求粒徑的石料不超過5%～10%。

4賽克格賓沉箱拋前試驗

4.1拋前試驗方案設計

根據(jù)設計要求，擬在施工前進行拋投試驗。主要分以下3種情況。

（1）3層試驗段：采用0.5m厚格賓網(wǎng)箱拋3層，厚1.5m，長50m，寬20m，每小區(qū)格尺寸4mx10m。

（2）2層試驗段：采用0.75m厚格賓網(wǎng)箱拋2層。

（3）1層試驗段：采用0.5m厚格賓網(wǎng)箱拋1層，厚0.5m，長50m，寬20m。試驗單元具體分區(qū)詳見圖2。

4.2設備及人員配置

該設備配有1艘浮吊定位船、1艘沉箱船、3艘深艙石駁船、1艘起錨艇和1臺挖掘機。此外，配有管理人員4人、船員6人和綁扎工6人。

4.3試驗流程

4.3.1施工定位

在定位船上采用GPS水上工程軟件對定位船及定位沉箱進行船型設計。試驗采用的沉箱尺寸與劃分的拋石小區(qū)格尺寸一致，均為4mx10m。利用GPS控制定位船的移動，當船型設置的沉箱與擬拋投小區(qū)格線型重合即表示一次定位準確完成，可進行下道施工工序。施工過程中，受水流、風向等因素影響，定位船如發(fā)生偏移，根據(jù)GPS顯示的定位船的實時位置及時進行校正，保證定位準確。施工定位示意詳見圖3。

4.3.2拋前、拋后水下地形測量控制

本次試驗段的拋前、拋后水下地形測量委托第三方測量，采用多波束測深儀檢測校驗，檢測完成后對拋前、拋后試驗段數(shù)據(jù)進行整理分析。

4.3.3賽克格賓網(wǎng)箱制作

間隔網(wǎng)與網(wǎng)身應成90°相交，經(jīng)綁扎形成長方形網(wǎng)箱。采用配套的、與網(wǎng)面同質(zhì)量的綁扎鋼絲進行封口閉合操作，按照間隔10-15cm“單圈一雙圈一單圈”間隔絞合，以確保絞合處的強度。

4.3.4賽克格賓網(wǎng)箱裝填控制

賽克格賓網(wǎng)箱裝填控制采用深艙石料船整平后挖機在艙內(nèi)進行網(wǎng)箱裝填作業(yè)的方式。深艙石駁抵達現(xiàn)場后，用吊機將挖機吊入深艙石駁艙內(nèi)，挖機對石料進行整平，再將兩個裝箱箱體（以下簡稱“箱體”）吊人石駁艙內(nèi)，以長邊并排擺放。深艙船艙內(nèi)寬約9m，為不影響工人綁扎加工，兩個箱體距深艙外沿各1.5m，箱體間距離2 m。賽克格賓網(wǎng)箱拋石裝填示意見圖4。填料施工中，控制每層投料厚度在30cm以下，一般0.50m高網(wǎng)箱分2層投料，0.75m高網(wǎng)箱分3層投料，每層采用挖機進行粗整平。

4.3.5賽克格賓網(wǎng)箱吊運及入艙

入艙時，在下放賽克格賓網(wǎng)箱至沉箱船艙底1m的橫板處打開網(wǎng)箱箱體底門，使網(wǎng)箱平順落入沉箱船艙內(nèi)，以減小網(wǎng)箱形變。賽克格賓網(wǎng)箱吊和入沉箱船艙見圖5～6。

4.3.6沉箱下放深度控制

根據(jù)拋前測定的水深情況，計算下放深度。其深度應控制在河床上部3-5m處。

在下放鋼絲繩上，每10m采用紅色油漆進行標注，每5m采用黃色油漆標注，每1m采用白色油漆標注。

根據(jù)每次拋投前測算的深度下放沉箱，待鋼絲繩長度根據(jù)讀數(shù)達到要求時，對下放限位鋼絲繩的絞關進行剎車。剎車完成后，繼續(xù)下放沉箱底艙門控制鋼絲繩完成艙門打開作業(yè)。賽克格賓沉箱沉放示意詳見圖7。

4.4試驗次序

試驗段選取了20m×100m的1.5m厚拋區(qū)及20m×50m的0.5m厚拋區(qū)，按照從“上游向下游、遠岸向近岸、深泓向淺灘”的順序拋投。

首先在1.5m厚拋區(qū)4m×2 m×0.5m尺寸賽克格賓網(wǎng)箱在1～25區(qū)域拋投，然后在1.5m厚拋區(qū)4m×2 m×0.75m尺寸賽克格賓網(wǎng)箱26-50區(qū)域拋投，最后進行4m×2 m×0.5m尺寸賽克格賓網(wǎng)箱在選定0.5m拋區(qū)拋投。即先進行3層試驗段，后進行2層試驗段，最后進行1層試驗段。

4.5試驗數(shù)據(jù)對比分析

4.5.1賽克格賓沉箱工程充填量分析

試驗段共有3艘深艙石駁提供石料，根據(jù)試驗性拋投方案的量方及雙控方式進行石料控制。具體數(shù)據(jù)為：3艘深艙石駁量方量為3689.11m，實際拋投網(wǎng)箱共計方量3520m。經(jīng)校核分析，以網(wǎng)箱個數(shù)計量較準確，且賽克格賓網(wǎng)箱充填量可以達到預先設定值（0.5m厚單個網(wǎng)箱裝填4m，0.75m厚單個網(wǎng)箱裝填6m），確保試驗范圍內(nèi)足量拋投。

4.5.2沉箱拋石覆蓋范圍分析

根據(jù)第三方多波束測圖顯示，沉箱拋石工藝在試驗區(qū)域內(nèi)能全面且均勻覆蓋，達到試驗效果，滿足設計及規(guī)范要求。

4.5.3斷面測量的定點增厚值及增厚率分析

（1）第三方多波束測量數(shù)據(jù)及圖形。由于試驗段水深約40m，且增厚要求為0.5m及1.5m，測量精度要求較高，按比例多波束掃測平面圖上有很明顯的體現(xiàn)：試驗段拋后較拋前區(qū)域有呈規(guī)律性的塊狀凸起，且基本覆蓋整個試驗區(qū)域。拋后地形多波束測量見圖8，拋后三維立體成像見圖9。

（2）3層、2層及1層試驗段第三方多波束測量數(shù)據(jù)分析測點增厚值、斷面增厚值數(shù)據(jù)見表2及圖10～12。

由表2及圖10-12分析可知：①采用沉箱式水下拋石新工藝效果較好，增厚率均達到DB32/T2334.2-2013《水利工程施工質(zhì)量檢驗與評定規(guī)范》、DB32/T 2947-2016《長江水下平順拋石護岸施工規(guī)范》標準要求;②15m厚賽克格賓兩層拋投較3層拋投施工效果更好、效率更高。

3.5.4拋投工效分析

根據(jù)試驗期間每船單層拋投施工時問統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：采用0.5m厚網(wǎng)箱裝填的單層拋投時間在20-25min，1.5m厚拋區(qū)單位面積（4m×10m）3層拋投需用時60～75min;采用0.75m厚網(wǎng)箱裝填的單層拋投時問在22-27min;1.5m厚拋區(qū)單位面積（4m×10m）2層拋投需用時44～54min。從施工效率上來說，2層拋投效率比3層拋投提高約30%。

5結論

（1）從“拋準、拋足、拋勻”等方面來看，沉箱式水下拋石新工藝較傳統(tǒng)拋石工藝及網(wǎng)兜拋石工藝效果更好。通過對現(xiàn)場施工流程的嚴格控制，在拋投量、拋投厚度及拋投范圍上達到了設計要求，且第三方多波束測量顯示本次試驗所選取的3層試驗段與2層試驗段拋投質(zhì)量均能滿足規(guī)范及設計要求。

（2）從原材料控制、定位控制、計量控制、網(wǎng)箱施工控制、吊裝及下沉控制等方面證實了沉箱式水下拋石新工藝方法可行、措施可靠，特別在增厚率、平整度、計量及定位方面較傳統(tǒng)工藝更為準確，優(yōu)勢更為明顯。

（3）施工工藝較拋石工藝復雜，有待進一步優(yōu)化改進，但實施后抗沖及變形能力較好，整體效果較佳，該新工藝在類似工程中推廣應用前景較好，將為其他類似工程建設提供參考。