網(wǎng)架箱型河道護(hù)岸加固工程新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用

(1.湖北省引江濟(jì)漢工程管理局，湖北 武漢 430062；2.湖北省仙桃市水利水電建筑勘測設(shè)計(jì)院， 湖北 武漢 433000；3.長江科學(xué)院 河流研究所，湖北 武漢 430010)

網(wǎng)架箱型河道護(hù)岸加固工程新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用

周曉進(jìn)1劉勇兵2何廣水3

(1.湖北省引江濟(jì)漢工程管理局，湖北武漢430062；2.湖北省仙桃市水利水電建筑勘測設(shè)計(jì)院，湖北武漢433000；3.長江科學(xué)院河流研究所，湖北武漢430010)

為了響應(yīng)國家推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)部署，在長江河道護(hù)岸工程建設(shè)中盡可能采用高效環(huán)保型的新材料、新工藝技術(shù)，提出了網(wǎng)架箱型河道護(hù)岸加固工程新技術(shù)，屬高效環(huán)保型的河道護(hù)岸工程技術(shù)；該技術(shù)已在長江中游干流下荊江河段中的七弓嶺地段、荊江門地段護(hù)岸加固工程中得以應(yīng)用，從工程的應(yīng)用效果來看，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)要求；在同類型等功效的前提比較條件下，采用網(wǎng)架箱型河道護(hù)岸加固工程新技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，其推廣應(yīng)用具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

河道護(hù)岸； 護(hù)岸加固 ；網(wǎng)架箱益

1 研究背景

三峽水庫蓄水運(yùn)用以來，位于壩下游的長江中下游干流河段出現(xiàn)了明顯的沖刷調(diào)整，沖刷的部位主要發(fā)生在枯水河床，尤其是彎道凹岸(中、下段)近岸河床。這類河床的較大幅度沖刷使得現(xiàn)有水下護(hù)岸工程出現(xiàn)明顯的水毀現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的持續(xù)累積，將逐步演變?yōu)楹影毒€的崩塌。壩下游河段的沖刷調(diào)整具有長期持久的特性，為確保長江中下游干流河段的防洪安全和岸線安全利用，應(yīng)長期對現(xiàn)有的護(hù)岸工程進(jìn)行加固?，F(xiàn)有長江護(hù)岸水下工程的材料結(jié)構(gòu)型式主要是拋石，約占護(hù)岸工程總長的95%，其余的護(hù)岸工程為鋼筋混凝土鉸鏈排等結(jié)構(gòu)型式。

拋石護(hù)岸工程水毀破壞機(jī)理[1]：在水流作用下，拋石帶板塊區(qū)域的近岸河床沖刷甚微，而其他區(qū)域的近岸河床沖刷幅度較大。在拋石帶板塊區(qū)域的外邊緣會形成一定高度的陡坡或吊坎，當(dāng)陡坡(或吊坎)達(dá)到一定高度時，外邊緣的塊石失去穩(wěn)定，沿外側(cè)的河床向下游滾動或連滾帶滑，在拋石帶板塊區(qū)域的外邊緣形成新的空白檔，隨著近岸河床一波波沖刷，空白檔將一波波逐漸向岸邊方向移動，而塊石逐漸向深泓方向移動，離開拋石帶板塊區(qū)域的塊石失去或部分失去水下護(hù)岸的作用，從而形成水下拋石工程的水毀現(xiàn)象。

基于該機(jī)理，拋石護(hù)岸加固工程的材料結(jié)構(gòu)型式適宜選用拋石、鋼絲網(wǎng)石籠、網(wǎng)模卵石排、預(yù)制混凝土構(gòu)件組合體等型式，而大量開山采石會對料源區(qū)生態(tài)環(huán)境造成明顯的不利影響。地方政府為響應(yīng)《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》而頒布了相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)法規(guī)，這使得長江中下游干流河道兩岸的沿江地區(qū)開山采石基本處于被禁狀態(tài)，塊石原材料來源問題直接影響以石料為主要建筑材料的護(hù)岸加固工程項(xiàng)目的建設(shè)。卵石主要來源自長江上游和洞庭湖水系的上、中游干流河道，卵石料運(yùn)輸成本費(fèi)用問題對網(wǎng)模卵石排護(hù)岸技術(shù)的推廣運(yùn)用有一定程度的影響。針對河道護(hù)岸工程建設(shè)需要大量減少塊石材料的技術(shù)要求，近幾年來，水利科技人員對河道護(hù)岸工程的新材料、新工藝技術(shù)開展了大量研究，網(wǎng)架箱型河道護(hù)岸加固工程新技術(shù)便是其中的一項(xiàng)研究成果。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)架箱是鋼筋混凝土護(hù)底促淤網(wǎng)架箱的簡稱[2]，由預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件連接成網(wǎng)(桁) 架、聚丙烯編織布制成的網(wǎng)架箱圍布、樹枝等組裝而成，其輪廓形狀為八邊形臺柱。以長120 cm構(gòu)件為主要材料的120型單個網(wǎng)架箱，由161根預(yù)制鋼筋混凝土連桿構(gòu)件和117 m2的圍布組裝而成(見圖1)。120型鋼筋混凝土護(hù)底促淤網(wǎng)架箱實(shí)體的底邊輪廓最大長度 5.8 m、最大寬度 4.0 m、底面積 22.05 m2，實(shí)體的頂面輪廓最大長度 4.75 m、最大寬度 3.4 m、頂面積 14.97 m2，平均厚度1.1 m，單個120型網(wǎng)架箱輪廓體積為 20.23 m3、重約 2.7 t。

圖1 120型鋼筋混凝土護(hù)底促淤網(wǎng)架實(shí)物

2.1 預(yù)制鋼筋混凝土連桿

鋼筋混凝土護(hù)底促淤網(wǎng)架箱連桿構(gòu)件的截面為8 cm×8 cm，預(yù)制鋼筋混凝土標(biāo)號C20，連桿構(gòu)件預(yù)埋圓鋼直徑10 mm，連接端圓環(huán)內(nèi)直徑5 cm，由圓鋼沖壓成型，閉合口處點(diǎn)焊接，連桿頂端鋼筋到預(yù)制混凝面的距離為12.5 cm(見圖2)。桿件預(yù)制凝固后，對出露混凝土的鋼筋刷一層防銹漆。連桿的主要作用是構(gòu)成網(wǎng)架體，支撐網(wǎng)架箱圍布，形成構(gòu)筑物。

圖2 120型預(yù)制混凝土桿件

單個120型網(wǎng)架箱由161根連桿組成，其中： 120 cm長構(gòu)件146根、138 cm長構(gòu)件5根、172 cm長構(gòu)件4根、185 cm長構(gòu)件4根、208 cm長構(gòu)件2根。連桿分布見圖3。

圖3 連桿布置

2.2 網(wǎng)架箱圍布

網(wǎng)架箱圍布由2層聚丙烯編織布(或稱遮陽布)縫制而成。單層布質(zhì)量規(guī)格：單位重量不小于50 g/m2，圍布用料面積117.0 m2；5 cm寬加筋條39.04 m；3 cm寬、50 cm長系結(jié)條31根； 圍布收攏(口)拉繩長32 m，為直徑6 mm的滌綸繩纖維繩。網(wǎng)架箱圍布平展、加筋條和系結(jié)條布置見圖4。網(wǎng)架箱圍布的主要作用是與網(wǎng)架組成構(gòu)筑物，網(wǎng)架箱圍布分隔河床底流與床沙，使河床面處于被保護(hù)狀態(tài)，避免沖刷下切，從而達(dá)到保護(hù)河岸線或洲灘穩(wěn)定的目的。

圖4 網(wǎng)架箱圍布平展、加筋條和系結(jié)條布置(單位：cm)

2.3 網(wǎng)架箱安裝與施工配件

用2根滌綸繩穿環(huán)完成桿件間的連接，單根滌綸繩抗拉斷裂強(qiáng)度不小于135 kg。為防止滌綸繩磨損降低強(qiáng)度，用滌綸繩綁扎好網(wǎng)架后，在每個結(jié)點(diǎn)用2道直徑 2.0 mm的鍍鋅鐵絲進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，做到每個結(jié)點(diǎn)的多個鋼筋環(huán)都有2根鍍鋅鐵絲穿過。

面層網(wǎng)架桿件與圍布用12根寬6 mm的尼龍?jiān)鷰Ч潭?，每邊均勻布?根扎帶。網(wǎng)架箱的起吊繩和控制沉放繩總長25 m，采用直徑22 mm的丙綸繩。

3 施工工藝技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 施工準(zhǔn)備

(1) 施工前測量工區(qū)地形，布置水位、流速觀測點(diǎn)，并作日常記錄。

(2) 預(yù)埋鋼筋材料準(zhǔn)備：將鋼筋條卷材拉直，按設(shè)計(jì)長度裁斷；在車床上將鋼筋兩端沖壓繞環(huán)、點(diǎn)焊；兩端15 cm的范圍內(nèi)刷一層防銹油漆。

(3) 成品圍布的材料準(zhǔn)備：按設(shè)計(jì)尺寸和材料規(guī)格要求，縫制網(wǎng)架箱圍布。

(4) 將成品(兩端彎環(huán))鋼筋和成品圍布運(yùn)抵施工區(qū)倉庫待用。

3.2 鋼筋混凝土連桿預(yù)制與養(yǎng)護(hù)

(1) 配制C20混凝土。

(2) 將鋼制模具擺放在振搗臺上，鋪上脫模聚乙烯薄膜。

(3) 將兩端彎環(huán)鋼筋放在鋼制模具的槽口部位，再向鋼制模具填混凝土。

(4) 啟動電源，振搗混凝土，補(bǔ)充混凝土以保證每根桿件混凝土足量。

(5) 停止振搗，將鋼制模具(含混凝土桿件)抬出振搗臺，在平地上翻轉(zhuǎn)反扣，抬出模具，取走聚乙烯薄膜。

(6) 初凝后灑水養(yǎng)護(hù)3 d，歸堆存放，再集中養(yǎng)護(hù)25 d。

3.3 鋼筋混凝土網(wǎng)架箱的組裝與運(yùn)輸

可在陸地上或船上完成對鋼筋混凝土網(wǎng)架箱的組裝：對于岸線場地比較便利的工區(qū)，可在陸地上組裝，再通過吊車將網(wǎng)架箱轉(zhuǎn)移到運(yùn)輸船上；對于岸線場地不大的工區(qū)，可在運(yùn)輸船上直接組裝。

3.4 鋼筋混凝土網(wǎng)架箱的沉放施工

(1) 施工船定位。根據(jù)施工網(wǎng)格的地形條件、施工當(dāng)天的水位以及施工斷面的流速條件，確定施工定位船的具體位置。施工定位船為500 t級的起重吊船。

(2) 采用牽引法進(jìn)行網(wǎng)架箱沉放施工。將2根牽引繩穿過網(wǎng)架箱側(cè)面的控制繩，船吊掛鉤勾住2根起吊繩，經(jīng)位于施工工船一側(cè)的運(yùn)輸船，將網(wǎng)架箱吊運(yùn)到另一側(cè)，在水面上脫勾。通過2根牽引繩控制網(wǎng)架箱的著床位置。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢分析

4.1 技術(shù)優(yōu)勢分析

(1) 護(hù)坡結(jié)構(gòu)具有較好的耐久性、一定的整體性和較好的適應(yīng)性。鋼筋混凝土護(hù)底促淤網(wǎng)架箱護(hù)坡結(jié)構(gòu)是目前護(hù)岸工程單體輪廓體積最大的型式，具有普通鋼筋混凝土強(qiáng)度高、耐久性好的特點(diǎn)。該項(xiàng)技術(shù)匯集了鋼筋混凝土鉸鏈排、鋼筋混凝土四面六邊透水框架、軟體排(聚丙烯編織布綁扎預(yù)制混凝土塊)河道護(hù)岸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

該技術(shù)已于2015年10月運(yùn)用于長江中游下荊江最險(xiǎn)要的七弓嶺、荊江門地段護(hù)岸加固工程中。在施工期(枯水期)，這2個地段最大水深約35 m、近岸最大流速 2.1 m/s，從2016年汛后工程運(yùn)行情況來看，工程已達(dá)到設(shè)計(jì)效果。

在長江中下游干流河道，比下荊江七弓嶺、荊江門河段更復(fù)雜、更險(xiǎn)要的河段較少，因此，鋼筋混凝土護(hù)底促淤網(wǎng)架箱護(hù)岸加固技術(shù)可應(yīng)用于長江中下游干流河段不同條件下的護(hù)岸加固工程。

(2) 護(hù)坡結(jié)構(gòu)取材容易、建造方便。鋼筋混凝土護(hù)底促淤網(wǎng)架箱結(jié)構(gòu)所用的原材料為鋼筋、水泥、砂、聚丙烯纖維編織布和編織布帶等，均為普通工程材料。另外，其基本構(gòu)件為微小型預(yù)制鋼筋混凝土桿，施工工藝成熟。

4.2 單位工程成本分析

按照水利部水總[2014]429號文《水利工程設(shè)計(jì)概(估)算編制規(guī)定》和2015年第四季度工程所在地(湖南省岳陽市)的物價(jià)水平，根據(jù)鋼筋混凝土護(hù)底促淤網(wǎng)架箱的材料結(jié)構(gòu)型式和施工流程(鋼筋混凝土桿間預(yù)制、網(wǎng)架箱拼裝、網(wǎng)架箱沉放)，計(jì)算出鋼筋混凝土護(hù)底促淤網(wǎng)架箱河道護(hù)岸加固工程的工程造價(jià)為2 674.93元/個(箱輪廓體積為20.23 m3)。鋼筋混凝土護(hù)底促淤網(wǎng)架箱水下護(hù)岸工程技術(shù)由透水四面體框架護(hù)灘技術(shù)發(fā)展而來，而后者在長江航道整治工程中應(yīng)用較多。在輪廓體積基本相等、工效基本相當(dāng)?shù)那疤釛l件下，1個鋼筋混凝土護(hù)底促淤網(wǎng)架箱相當(dāng)于96個同桿件型號的透水四面體框架(單價(jià)65元)。在同一物價(jià)計(jì)量地區(qū)，這2種同類型的等效護(hù)岸工程造價(jià)分別為 2 674.93元和6 240元。

在同類型等功效的前提比較條件下，鋼筋混凝土護(hù)底促淤網(wǎng)架箱水下護(hù)岸工程的單位工程造價(jià)僅為鋼筋混凝土透水四面體框架單位工程造價(jià)的43%，具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

5 結(jié) 語

鋼筋混凝土護(hù)底促淤網(wǎng)架箱護(hù)坡結(jié)構(gòu)的耐久性和適應(yīng)性較好、具有一定的整體性特點(diǎn)，且取材容易、建造便利，單個網(wǎng)架箱施工綜合造價(jià)為 2 674.93元。該技術(shù)應(yīng)用于河道護(hù)岸加固工程，可以達(dá)到工程設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，其推廣應(yīng)用具有一定的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 姚仕明,岳紅艷,何廣水,等. 長江中游河道崩岸機(jī)理與綜合治理技術(shù)[M]. 北京：科學(xué)出版社， 2016.

[2] 長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司.三峽后續(xù)工作長江中下游影響處理河道整治工程2011年度實(shí)施項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)報(bào)告(湖南段)[R].武漢：長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，2014.

(編輯：朱曉紅)

2017-09-15

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃水資源高效開發(fā)利用重點(diǎn)專項(xiàng)課題資助(2017YFC0405306)

周曉進(jìn)，男，湖北省引江濟(jì)漢工程管理局，高級工程師.

1006-0081(2017)11-0096-03

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