航道整治護(hù)岸工程砂枕護(hù)腳施工問(wèn)題探討

張君波 余山 長(zhǎng)江重慶航道工程局

砂枕拋填作為較為成熟的施工工藝，在各類(lèi)航道整治工程中應(yīng)用廣泛，過(guò)去多采用施工水位以上反濾層+拋石、水位以下拋石以及先沉排護(hù)底再在其上拋投砂枕鎮(zhèn)腳的施工措施，以上處理方法對(duì)于受水流頂沖的陡峭河岸無(wú)法保證沉排護(hù)底施工質(zhì)量，很難保證砂枕有效排布并與岸坡緊密銜接，引發(fā)護(hù)岸工程毀損的可能性極大。在常規(guī)沉排護(hù)底拋投砂枕基礎(chǔ)上所出現(xiàn)的拋枕護(hù)腳施工工藝能較好解決這一技術(shù)難題，并在施工效率、原材料供應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效益等方面均具有顯著優(yōu)勢(shì)。

1.工程概況

某航道整治工程建設(shè)規(guī)模為雙向通航1000t級(jí)江/海輪、2艘1000t級(jí)內(nèi)河頂推船隊(duì)三級(jí)航道，水深4.0m，航道底寬80m，最小彎曲半徑480m，通航保證率可達(dá)98%。根據(jù)鉆探地勘資料，該航道所在區(qū)域主要為粉砂、淤泥及淤泥質(zhì)黏土等較細(xì)沉積物，沿河流水平向由內(nèi)向外以及沿河道垂直向由下至上泥沙顆粒整體呈由粗至細(xì)的變動(dòng)趨勢(shì)。該航道Y彎段主要為砂質(zhì)河床，由于該彎段河道疏浚及切灘工程棄土距離遠(yuǎn)，棄土成本高，故決定使用排水、反濾功能較強(qiáng)的土工織物袋，并利用棄土作為主要填充材料加工成砂枕，用于填充加固護(hù)岸。砂枕護(hù)腳措施既能有效解決航道工程石料緊張的問(wèn)題，又能充分利用開(kāi)挖疏浚的泥砂廢料，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。

2.施工方案設(shè)計(jì)

本航道整治工程采用直徑1.2m，長(zhǎng)度3.0m和5.0m兩種砂枕，130g/m2丙綸編織布和寬30mm加筋帶所構(gòu)成的土工合成材料物理力學(xué)指標(biāo)詳見(jiàn)表1。加筋帶拉伸負(fù)荷10000N，伸長(zhǎng)率＜25%，單位質(zhì)量至少30g/m。

表1 丙綸編織布物理力學(xué)指標(biāo)

砂枕內(nèi)主要充填混合少量中砂的細(xì)砂，且充填料特征粒徑d85 在0.14mm以上，d15 在0.14mm以下，為便于砂枕成型和穩(wěn)固，粒徑在0.005mm以?xún)?nèi)的粘粒含量可超出10%。在砂枕充填過(guò)程中，為避免發(fā)生爆裂，必須將枕袋內(nèi)壓力嚴(yán)格控制在20～30kN/m2范圍內(nèi)，且按照枕袋實(shí)際容積的80%確定充填度，保證充填料填筑后干容重至少為14kN/m3。

本航道整治工程砂枕護(hù)岸斷面示意圖詳見(jiàn)圖1。

圖1 砂枕護(hù)岸斷面示意圖

3.施工過(guò)程控制

3.1 拋枕船定位及位移

考慮到本航道整治護(hù)岸工程施工區(qū)域主要為近岸50m范圍，結(jié)合港口工程常用的拋枕補(bǔ)坡施工方法，借助陸上導(dǎo)標(biāo)配合拉測(cè)繩的方式進(jìn)行拋枕位置定位與控制，即可滿(mǎn)足施工質(zhì)量及精度要求。

（1）縱向?qū)?biāo)設(shè)置。在施工開(kāi)始前，結(jié)合已知坐標(biāo)點(diǎn)及護(hù)岸斷面線(xiàn)進(jìn)行護(hù)岸上平臺(tái)邊線(xiàn)測(cè)放，并以此為拋枕船與岸坡距離控制的基準(zhǔn)線(xiàn)，拋枕船順岸坡縱向移動(dòng)的距離主要依據(jù)縱向?qū)?biāo)控制，并按照10m間隔進(jìn)行1對(duì)里程標(biāo)測(cè)設(shè)。

（2）漂移距確定。通常通過(guò)兩種方法結(jié)合的方式進(jìn)行漂移距確定，一是拋投法，即選擇一試驗(yàn)斷面，根據(jù)水深條件選擇相應(yīng)長(zhǎng)度的纜繩并垂直放置于枕架，將空枕袋置于枕架上沖枕，完成后收緊系好纜繩，另一頭則綁扎在拋枕船上，通過(guò)GPS進(jìn)行繩結(jié)位置定位；待將砂枕拋投入水后將纜繩收緊，并拉至與河底垂直后再進(jìn)行GPS定位，并與拋投前位置進(jìn)行對(duì)比后測(cè)算出漂移距。二是公式法，即按照下式確定漂移距：

式中：Ld—砂枕水平落距（m）；Vf—砂枕拋投施工段水流流速（m/s）；H—砂枕拋投施工段實(shí)際水深（m）；G—砂枕袋重量（kg）。通過(guò)該式便可計(jì)算出砂枕袋漂移距離，并結(jié)合工程實(shí)際，繪制砂枕拋投施工段水深、水流流速、漂移距離等關(guān)系曲線(xiàn)，以便為拋枕船船舶定位提供參考，并根據(jù)漂移距理論計(jì)算結(jié)果調(diào)整拋枕船位。

（3）定位控制。采用錨纜和轎車(chē)控制拋枕船橫縱向位移，為確保拋枕船精確穩(wěn)定定位，必須在船頭和船尾拋交叉錨。拋枕船縱向定位過(guò)程中先以陸上導(dǎo)標(biāo)為參照絞動(dòng)4條錨纜，以便將船定位在施工段區(qū)域內(nèi)；此后拋枕船橫向定位時(shí)主要通過(guò)測(cè)繩進(jìn)行距離控制，絞動(dòng)錨纜定位至預(yù)定位置。為保證砂枕沉放位置的準(zhǔn)確性，必須按設(shè)計(jì)要求調(diào)整和修正拋枕船定位，具體而言，應(yīng)在拋枕船到達(dá)預(yù)定位置后打水測(cè)深，并測(cè)量水體表面實(shí)際水流流速，結(jié)合漂流距離相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行船舶位置調(diào)整值的計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整拋枕船定位位置。

（4）移位控制。完成拋枕船定位后便可開(kāi)始砂枕護(hù)腳施工。結(jié)合施工方案，應(yīng)從河心開(kāi)始向岸邊逐層拋填砂枕，完成1段拋填后再移至下一船位拋填施工?？紤]到本航道整治護(hù)岸工程所使用砂枕尺寸，在完成1排砂枕拋填后拋枕船應(yīng)向岸坡移動(dòng)較小距離，為保證移位的準(zhǔn)確性及移動(dòng)速度，必須在拋枕船頭和船尾分別安裝1部絞車(chē)，并分別用2條尼龍繩連接在岸坡地牛上；在完成1排砂枕拋投后通過(guò)絞車(chē)錨纜絞動(dòng)使拋枕船向岸坡移動(dòng)，期間通過(guò)測(cè)繩進(jìn)行位移控制。工程實(shí)踐結(jié)果顯示，本航道整治護(hù)岸工程所采用的拋枕船移位方法可靠準(zhǔn)確，能滿(mǎn)足砂枕護(hù)腳拋投施工精度要求。

3.2 砂枕充填

本航道整治護(hù)岸工程所使用砂枕規(guī)格小，泥漿泵壓力控制是保證砂枕充填速度及質(zhì)量的關(guān)鍵，若充填壓力過(guò)大，則會(huì)增大砂料流失，無(wú)法保證充填均勻度，降低充填及施工質(zhì)量；若充填壓力過(guò)小，則不利于充填施工效率的提升。為有效解決充填壓力和充填速率之間的矛盾，保證施工進(jìn)度和質(zhì)量，本工程采用配備獨(dú)立閥裝置的三叉分頭分別進(jìn)行砂枕袋輪流充填。在充填1#及2#砂枕過(guò)程中，先全部開(kāi)啟1#閥，半開(kāi)2#閥，關(guān)閉3#閥；待1#砂枕充填至60%時(shí)砂料流失量開(kāi)始增大，此時(shí)應(yīng)將1#閥調(diào)整至半開(kāi)狀態(tài)，2#閥全開(kāi)，3#閥仍關(guān)閉；待1#砂枕充滿(mǎn)后，2#砂枕則充填至60%，此時(shí)應(yīng)將1#閥關(guān)閉，2#閥半開(kāi)，并開(kāi)啟3#閥，同時(shí)充填3#砂枕。按照以上順序循環(huán)操作，并應(yīng)根據(jù)砂枕袋實(shí)際充填情況進(jìn)行壓力的實(shí)時(shí)調(diào)整，以保證充填施工效果。

本航道整治護(hù)岸工程所采用的砂枕袋填充工藝可達(dá)到80%左右的充填度，砂枕充填后高度可達(dá)50～60cm，能有效保證砂枕充填質(zhì)量。根據(jù)施工結(jié)果，砂枕袋實(shí)際充填效率為14～15個(gè)/h，且對(duì)充填砂的利用率至少為80%。

3.3 砂枕沉放

拋投施工初期，因個(gè)別砂枕充填不均，在沉放過(guò)程中枕體落水不均，采取措施保證充填均勻后沉放效果顯著改善。本航道砂枕護(hù)腳拋投段水深淺、水流緩慢，施工開(kāi)始后流速測(cè)量結(jié)果表明，流速不超過(guò)1.0m/s。通過(guò)測(cè)試和統(tǒng)計(jì)砂枕平拋漂流距離發(fā)現(xiàn)，砂枕在此流速及實(shí)際水深下，下落漂流距離約為1.0～1.2m，完全符合設(shè)計(jì)要求。

4.施工效果

通過(guò)比較本航道整治護(hù)岸工程砂枕實(shí)拋斷面與設(shè)計(jì)斷面發(fā)現(xiàn)，實(shí)拋斷面基本符合設(shè)計(jì)要求，但實(shí)拋厚度較高，分析原因不難發(fā)現(xiàn)，砂枕充填后實(shí)際高度增大，且為扁平狀軟體，拋填后部分區(qū)域砂枕厚度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求的0.8m高度，為此進(jìn)行了補(bǔ)拋，而補(bǔ)拋后砂枕實(shí)際厚度超出0.8m。

在水深16m、水面流速1.0～1.5m/s，河岸坡度緩于1:2的實(shí)際工況下，采用本工程所用的砂枕護(hù)腳拋填施工技術(shù)，船舶定位、砂枕充填及砂枕落點(diǎn)等均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，斷面拋投效果較為理想，但是砂枕實(shí)際工程量高出設(shè)計(jì)工程量。

5.結(jié)論

工程實(shí)踐表明，航道整治護(hù)岸工程砂枕拋投護(hù)腳工藝比傳統(tǒng)的反濾層+拋石以及先沉排護(hù)底再拋投砂枕鎮(zhèn)腳的施工措施更有助于提升岸坡安全穩(wěn)定性，砂枕材料還能起到一定的護(hù)底作用，能有效避免陡峭水域沉排施工護(hù)底難以有效到位等弊端，保證砂枕排布能與坡比還原后的岸坡密貼，在充分利用棄土資源的同時(shí)能顯著降低施工成本和難度，值得在航道整治護(hù)岸工程中推廣應(yīng)用。