劉明忠
摘要:漢江鄢灣險(xiǎn)段地質(zhì)條件復(fù)雜,岸坡崩塌嚴(yán)重,多次出現(xiàn)險(xiǎn)情,亟需整治。依據(jù)當(dāng)?shù)刈匀毁Y源條件及搶險(xiǎn)時(shí)間的要求,采用袋裝砂護(hù)岸除險(xiǎn)技術(shù)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐氖┕l件和袋裝砂護(hù)岸除險(xiǎn)技術(shù)的工藝原理,研究了袋裝砂護(hù)岸除險(xiǎn)技術(shù)的施工方法和流程,詳細(xì)闡述了施工過程。次年汛期后觀測(cè)結(jié)果的變化值均在正常范圍內(nèi),未出現(xiàn)滑塌、裂縫現(xiàn)象,鄢灣段險(xiǎn)情得以控制。運(yùn)用該方法施工具有獨(dú)特性強(qiáng)、施工機(jī)械化程度高、施工質(zhì)量好、工藝先進(jìn)等特點(diǎn),可在湖泊平原地區(qū)推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:袋裝砂護(hù)岸;施工方法;流程;鄢灣險(xiǎn)段;漢江
中圖法分類號(hào):TV861
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
DOI: 10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.07.008
1 概述
鄢灣險(xiǎn)段位于長江最大支流漢江右岸,樁號(hào)123+470-124+840處,地處江漢平原腹地仙桃市長墻口鄢灣村,全長1370m。此段堤防堤頂高程34.7m,堤頂寬度在6.5~ 8.0 m之間。堤身與岸坡均由松散一稍密的砂性土層和黏性土層構(gòu)成,巖性以粉質(zhì)壤土、壤土為主,局部有砂壤土、粉細(xì)砂;該段堤身填土成分復(fù)雜,黏性較差,密實(shí)度低,抗?jié)B性較弱,堤身工程狀況較差,屬Ⅲ類堤防。
鄢灣段為漢江迎流頂沖的歷史險(xiǎn)段,1986年、1998年、2012年均先后發(fā)生過險(xiǎn)情,并多次進(jìn)行治理。該段堤防堤內(nèi)地勢(shì)較平坦,地面高程26.5~27.5 m。堤內(nèi)坑塘較少,堤外無外灘,常年深泓逼岸,岸坡崩塌嚴(yán)重。同時(shí)由于該堤段工程地質(zhì)條件差,水下坡度1:1.3~1:1.5,堤基壤土抗沖能力差,在水流的多年沖刷下,險(xiǎn)情時(shí)有發(fā)生,是漢江下游干堤重點(diǎn)險(xiǎn)段之一。
2 袋裝砂護(hù)岸除險(xiǎn)技術(shù)及應(yīng)用
2.1 技術(shù)的工藝原理與施工流程
2.1.1 工藝原理
裝袋砂設(shè)備由裝料抓斗、上料斗和下料斗3個(gè)部分組成,上料斗用型鋼和鋼板焊制,用液壓裝置控制料斗的開啟;下料斗用卷揚(yáng)機(jī)和滑輪控制卸料。工作時(shí)駁船用自帶的起重抓斗,將砂料裝載到鋪有編織袋的進(jìn)料斗內(nèi),并通過液壓裝置控制斗門;裝袋完成后,通過卷揚(yáng)機(jī)打開下料斗翻板,將砂袋拋擲至險(xiǎn)情整治處,減緩水流對(duì)岸灘的沖刷,再拋投塊石保護(hù)拋壓,達(dá)到護(hù)岸除險(xiǎn)的效果。
2.1.2 施工流程
袋裝砂護(hù)岸除險(xiǎn)技術(shù)工藝流程見圖1。
(1)水下地形圖測(cè)繪。水下地形測(cè)量采用中海達(dá)HD-310超聲波全數(shù)字測(cè)深儀,結(jié)合GPS系統(tǒng)進(jìn)行。水下地形測(cè)量的測(cè)點(diǎn)位置,嚴(yán)格控制在斷面線上;陡坡、轉(zhuǎn)折或水下地形變化較大處,測(cè)點(diǎn)加密布設(shè);斷面線的布設(shè),垂直于堤身軸線的方向,斷面線的間距按4~5m控制。
(2)拋投網(wǎng)格劃分。根據(jù)船型尺寸、拋區(qū)厚度、拋投方法等具體劃分,主要是將單元工程中每個(gè)網(wǎng)格的拋投量作為檢測(cè)點(diǎn)之一,每個(gè)單元工程中檢測(cè)點(diǎn)的總數(shù)(即網(wǎng)格數(shù))20個(gè),其合格點(diǎn)數(shù)及合格率即反映出拋投的均勻情況。
(3)駁船取砂。駁船具有錨泊、定位、充灌、吊裝及儲(chǔ)存等功能的專用施工船舶,并配備交通船、GPS、北斗定位等設(shè)備和軟件,施工過程中能實(shí)時(shí)顯示船舶的平面位置。袋裝砂充填料選用附近河灘砂性土,粒徑(d> 0.075 mm)顆粒含量大于60%,黏粒(d< 0.005 mm)含量小于10%。
(4)GPS定位拋錨。用超聲波測(cè)深儀或測(cè)桿、重錘測(cè)量水深,用流速儀測(cè)量流速,用4m3砂袋試拋投,測(cè)量漂移距離和水流方向,調(diào)整駁船拋投的位置,并用公式(1)驗(yàn)算,掌握砂袋在水中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,作為施工船定位的依據(jù)(見圖2)。
L=0.8 VH/W1/6(1)式中,L為砂袋水平漂移距離,m;V為施工時(shí)拋石部位水面流速,m/s;H為試驗(yàn)時(shí)的水深,m;W為單個(gè)砂袋的重量,kg。
(5)拋擲砂袋。裝砂袋采用聚丙烯編織布制作,單個(gè)袋體尺寸按5 mx5 m縫制。駁船抓斗吊抓取砂料投入料斗中,每個(gè)砂袋裝80%,用力拉緊口繩,系緊袋口。按計(jì)算拋距和試驗(yàn)拋距綜合確定,并按網(wǎng)格進(jìn)行拋投。
該河段采用順?biāo)鞫ㄎ环绞剑ㄎ淮趻佂秴^(qū)域拋錨后,用全站儀進(jìn)行測(cè)量,采用先粗定位再精確定位的方式,以及參照拋投區(qū)域外邊線標(biāo)記,將定位船駛到該拋投網(wǎng)格的上游處拋錨。用5根錨索進(jìn)行固定,在船首用一個(gè)領(lǐng)水錨固定…,船體前半部和后半部的兩側(cè)分別用錨索固定,如圖3所示。岸邊設(shè)置錨樁,錨和船體之間采用鋼絲繩連接,定位船靠船前后兩個(gè)絞盤絞動(dòng)5根鋼絲繩來使其上、下游及橫向移動(dòng)[2]。
(6)拋擲砂袋后的檢測(cè)。以網(wǎng)格拋投量為依據(jù),檢查并記錄砂袋規(guī)格和質(zhì)量是否符合要求,施工船舶及充砂設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常,施工方法是否與批準(zhǔn)的施工方案一致,袋裝砂平均厚度是否符合要求。各參建方現(xiàn)場(chǎng)人員簽字確認(rèn)砂袋規(guī)格、單個(gè)砂袋方量、拋填砂袋個(gè)數(shù)、拋填方量以及水下地形測(cè)量等。
(7)拋石船拋石壓重。根據(jù)拋投尺寸和石料運(yùn)輸船實(shí)際裝石的平均長度,按照20 mx20 m的斷面尺寸,由內(nèi)向外分組排列,每組分為4個(gè)檔位,將各組的拋石量平均分布在4個(gè)檔位上按量拋石。水下拋石按照“由上游到下游、先深槽后淺水”的原則分區(qū)拋石壓重[3]。
(8)拋石后的檢測(cè)。每單元長度拋投完成后,先進(jìn)行自檢,不合格部位加以補(bǔ)拋,待全部自檢合格后,監(jiān)理工程師復(fù)測(cè)。拋石后斷面的測(cè)量方法與水下地形測(cè)量方法相同。
2.2 漢江鄢灣險(xiǎn)段的技術(shù)應(yīng)用
2.2.1 險(xiǎn)情概況
2017年11月23日及2018年1月9日,在進(jìn)行汛后退水期檢查及日常巡查過程中,發(fā)現(xiàn)漢右樁號(hào)123+800-124+200段分別有兩處枯水平臺(tái)出現(xiàn)崩銼現(xiàn)象。崩銼各長60 m,崩寬5~8m,崩銼塊石全部塌落至護(hù)坡腳槽處,且呈發(fā)展趨勢(shì)。管理部門當(dāng)即組織有關(guān)單位的相關(guān)人員實(shí)地測(cè)量,發(fā)現(xiàn)該水下已形成長230 m、寬58 m、深約8-12 m(最深約21 m)的深坑。
2.2.2 險(xiǎn)情分析
(1)該段位于凹岸的下游,主泓常年貼岸沖刷,現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)為水面旋渦翻滾,水下暗流涌動(dòng),主流翻滾貼岸淘刷。原鎮(zhèn)腳拋石位置高程已較設(shè)計(jì)降低Im,失去了對(duì)拋石層的嵌擋作用,水下坡比較陡,為1:1.2~1:1.4。由于河床沖深,水下邊坡變陡導(dǎo)致崩岸。
(2)2017年9月下旬以來,漢江流域上、中游多次出現(xiàn)強(qiáng)降水過程,導(dǎo)致漢江秋汛突發(fā)。此次秋汛“來勢(shì)猛、落差大、流速快”,加之堤防高、水位浸泡時(shí)間長,含水趨近飽和,且該段外灘土質(zhì)局部有砂壤土、粉細(xì)砂,土體含水飽和,抗剪切性明顯削弱,加劇了崩岸形成。
(3)險(xiǎn)段上游有航道部門整治工程丁壩群,丁壩群穩(wěn)定了現(xiàn)有河勢(shì)并對(duì)所處洲灘有所淤積,造成鄢灣險(xiǎn)段頂沖點(diǎn)一直穩(wěn)定不變,對(duì)岸坡穩(wěn)定影響較大。
(4)如不及時(shí)對(duì)險(xiǎn)情進(jìn)行整治,將影響混凝土護(hù)坡及漢江干堤的安危。長江水利委員會(huì)水文局將鄢灣段確定為崩岸I級(jí)預(yù)警級(jí)別。鄢灣險(xiǎn)段位置見圖4。
2.2.3 險(xiǎn)情整治
(1)整治方案。鄢灣險(xiǎn)情出現(xiàn)后,管理單位立即組織專班緊急搶護(hù)。由于附近均為平原,加之環(huán)境保護(hù)的需要,禁止石料開采,因而塊石需要從150km外的地方水運(yùn),一般需要約2d,不能滿足搶險(xiǎn)需要。經(jīng)組織專家論證后,擬采用拋投砂袋穩(wěn)定險(xiǎn)情,阻止其繼續(xù)惡化[4],再拋投塊石壓重。
(2)拋投砂袋。駁船從險(xiǎn)情段上游河流轉(zhuǎn)彎處的對(duì)岸江段取砂,裝載于貨艙區(qū);通過事先計(jì)算的漂距,用GPS定位航行于整治工程作業(yè)處的定位船拋錨,將砂袋拋擲于需要加固的堤腳及沖坑。
砂袋垂直于險(xiǎn)情段軸線方向,相鄰砂袋之間緊靠、擠密,上下層袋體不得出現(xiàn)通縫;砂袋水下邊坡按1:3控制,砂袋厚度60 cm,拋投約500 m3后隨即進(jìn)行水下測(cè)量,并校正砂袋位置或補(bǔ)拋,確保拋投的砂袋穩(wěn)定可靠;險(xiǎn)情拋投長度200 m,平均寬度3m,層數(shù)2-8層。
砂袋袋體采用防老化聚丙稀編織土工布縫制,重量200 g/m2,斷紗、豁邊、破損、稀路、雜物等缺陷每100 m2不超過3個(gè);縫制采用錦綸線,針腳間距12-13針/10 cm,不得出現(xiàn)跳針;拼縫處采用2道縫制線,線與線間距控制在5 mm左右。
(3)石籠護(hù)腳。崩岸區(qū)在水流沖刷作用下,部分區(qū)域形成較深沖坑。對(duì)高程6m以下采用鉛絲石籠護(hù)腳,護(hù)腳寬度為4m,厚度不小于2.5 m,崩塌最嚴(yán)重的深泓采用Im厚石籠拋?zhàn)o(hù)至平緩坡處。
具體施工采用定位船定位,配合石駁船和施工吊車進(jìn)行施工;定位船選用300 t的甲板駁船,并配置絞盤下錨定位;2艘70~ 200 t型號(hào)的石駁船,配合拋石;鉛絲石籠在定位船上由人工組裝,配合小型機(jī)械填裝塊石料,塊石料粒徑15~ 45 cm,大塊石做骨架,小石填縫,孑L隙率不大于20%,裝滿后封口綁扎;施工吊車用以吊裝石籠,將施工區(qū)段劃分為10 m(垂直水流方向)x20 m(順?biāo)鞣较颍┑臉?biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格,各網(wǎng)格再分為上、下兩個(gè)半?yún)^(qū)進(jìn)行作業(yè)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙每個(gè)區(qū)域的厚度以及施工前水下地形測(cè)量成果,計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格應(yīng)吊裝石籠的數(shù)量,編制施工檔位圖[5]。
定位船將石籠塊石料運(yùn)至需定位的吊裝區(qū)段,采用施工吊車進(jìn)行石籠的拋填。具體方法為:①吊運(yùn)設(shè)備起吊石籠,確保機(jī)械牢固;②根據(jù)流速、水深等參數(shù)計(jì)算沖距;③吊車準(zhǔn)確定位,確保石籠落人指定位置;④吊車互相錯(cuò)開,確保石籠碼放均勻;⑤吊裝完成后,進(jìn)行水下地形復(fù)測(cè),并與吊裝前地形對(duì)比,對(duì)接縫不嚴(yán)處拋填塊石填縫。
(4)水下拋石。拋石厚度不小于Im。拋石施工采用定位船定位,配合拋石船和長臂抓斗進(jìn)行施工。施工工序?yàn)椋簩?shí)測(cè)流速、計(jì)算漂距,并試拋→修正拋投參數(shù)→計(jì)算網(wǎng)格拋石方量→拋投前斷面測(cè)量→定位船定位→石駁船拋石→拋投后斷面測(cè)量→拋石厚度不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)進(jìn)行補(bǔ)拋→定位船橫向往岸邊移位一按前面的順序拋石完成,再橫向移位直到拋滿整個(gè)橫斷面→水下地形測(cè)量→定位船向下游移一個(gè)斷面,再重復(fù)上述步驟。對(duì)局部較淺處則采用小型駁船或配合人工施工。 第一處險(xiǎn)情拋投砂袋1 432個(gè),拋砂10 450.48 m3,拋石9 878.86 m3。第二處險(xiǎn)情拋投砂袋2 581個(gè),拋砂18 843.39 m3,拋石181 66.73 m3。兩處險(xiǎn)情合計(jì)拋投砂袋4 013個(gè),拋砂29 293.87 m3,拋石28 045.59 m3。全部完成后初步緩解了險(xiǎn)情。
2.3 整治效果
(1)施工工藝評(píng)價(jià)。鄢灣險(xiǎn)段袋裝砂護(hù)岸技術(shù)構(gòu)思獨(dú)特,施工工藝先進(jìn),機(jī)械化程度高,施工質(zhì)量好,施工快速、經(jīng)濟(jì)、安全,并成功實(shí)踐于漢江下游鄢灣等3個(gè)險(xiǎn)段工地施工。
(2)險(xiǎn)情整治后的效果。險(xiǎn)情整治后,組織專門人員進(jìn)行日常的巡視檢查與觀測(cè)。結(jié)果表明,除正常沉降量外,未出現(xiàn)滑塌、裂縫現(xiàn)象。2018年汛期后的巡視與觀測(cè)結(jié)果的變化值均在正常范圍內(nèi),鄢灣段險(xiǎn)情得以控制。
2.4 技術(shù)優(yōu)勢(shì)與效益分析
(1)安全穩(wěn)定性較好。平均每個(gè)砂袋重約7.3 t,一次可同時(shí)灌裝及拋投4個(gè)砂袋。由于砂袋具有一定的柔軟性,堆積后的砂袋間空隙小,可減輕江底暗流對(duì)堤腳的沖刷影響。有關(guān)資料表明,砂袋沉人江底后壽命一般為30a,不易腐爛、變形[6],且體積大,沉人江底不會(huì)被水流沖走。
(2)施工期短。在石料缺乏的情況下,先拋砂袋穩(wěn)定險(xiǎn)情,同時(shí)拋砂袋、石籠或拋石施工同步開展,多個(gè)作業(yè)面同時(shí)施工,以提高搶險(xiǎn)進(jìn)度。
(3)就地取材,砂料供應(yīng)較有保障[7]。砂料來自上游轉(zhuǎn)彎處對(duì)岸的江灘,也可從允許挖砂的江段采砂,距離僅約800 m,砂料供應(yīng)充足。
(4)機(jī)械化施工程度高。河道采砂、運(yùn)輸、定位、灌裝砂袋、拋投等全部工序都用機(jī)械作業(yè),所需人工量極少,可減小成本、提高工作效率與施工安全性[8]。
(5)節(jié)約投資。依據(jù)險(xiǎn)情整治的預(yù)算與工程結(jié)算情況分析,機(jī)械拋投袋裝砂與其他整治方法單價(jià)比較見表1。從表1可知,人工拋投袋裝砂、拋投塊石、拋投石籠的單價(jià)分別是機(jī)械拋投袋裝砂的1.9,3.2,4.5倍,投資優(yōu)勢(shì)較為明顯。鄢灣段險(xiǎn)情整治設(shè)計(jì)水下拋石2.83萬m3,鉛絲石籠1.23萬m3,拋石預(yù)算為646.04萬元;與實(shí)際投入相比較,節(jié)省資金117.82萬元。最重要的是阻止了險(xiǎn)情進(jìn)一步惡化,為進(jìn)一步的搶險(xiǎn)爭(zhēng)取到了寶貴時(shí)間。
(6)袋裝砂護(hù)岸技術(shù)與拋投塊石、石籠等除險(xiǎn)護(hù)岸技術(shù)相比較,具有以下優(yōu)勢(shì):材料籌集容易,運(yùn)輸距離短;價(jià)格低廉;施工工藝簡(jiǎn)單、施工速度快;施工安全系數(shù)高;施工整體性好,拋投成功率高,能較好地適應(yīng)河床的變形。但與拋投塊石、石籠等除險(xiǎn)護(hù)岸技術(shù)相比,抗沖能力與使用壽命明顯不足。因此,將兩者技術(shù)結(jié)合,取其所長,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),是一種較好的組合結(jié)構(gòu)方案。
3 結(jié)語
在江、河、湖、海的岸灘,由于河床主泓經(jīng)常發(fā)生改變而引起崩岸、滑移、沖坑等現(xiàn)象,危及江、河、湖、海的岸灘及堤防安全。一般會(huì)采取拋投石料或石籠等,這些應(yīng)急方法需要大量的塊石,但目前由于石料禁采以及運(yùn)輸距離等問題,難以及時(shí)采購到位。而袋裝砂護(hù)岸搶險(xiǎn)施工方法可彌補(bǔ)石料的不足,具有機(jī)械化程度高、施工質(zhì)量好、速度快、人工用量少、施工安全且投資少等優(yōu)點(diǎn)。此外,該法工藝先進(jìn),在湖泊平原地區(qū)尤其值得推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn):
[1] 江炳茂,盛懿潔,丁潔,拋石+袋裝砂組合堤結(jié)構(gòu)在軟基筑堤工程中的應(yīng)用[J].水運(yùn)工程,2012(12):130-133.
[2] 李凱雙.胡殿才,李順利,等.袋裝砂筑堤技術(shù)在灘海、淺海工程中的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè),2011(37): 20-25.
[3]趙國權(quán),丁付革.深水域拋填袋裝砂筑堤工藝探索[J].中國水運(yùn)月刊,2013,13(9):214-217.
[4]吳昌新,顧青,王星梅,等.沿海大型圍堤充填袋筑堤技術(shù)設(shè)計(jì)與研究[J].中國水利,2013(8):49-51.
[5]鄭虢,徐建,袋裝砂筑堤管理技術(shù)[J].中國水運(yùn)月刊,2016,16(7):263-265.
[6]賀俊鋒.淺談袋裝砂施工工藝在深水筑提中的應(yīng)用[J].珠江水運(yùn),2007(2):21-23.
[7]徐磊.沿海大型袋裝砂斜坡堤的筑堤[J]港工技術(shù)與管理,2014(3):51-52.
[8]張慶文,胡子軍,譚煒強(qiáng),長江南京以下12.5m深水航道二期工程深水充灌袋裝砂堤心施工工藝[J].中國港灣建設(shè),2017,37(9):70-73.