浅析航道整治建筑物护底结构修复形式应用及质量控制

第19卷 第4期 中 国 水 运 Vol.19 No.4 2019年 4月 China Water Transport April 2019 浅析航道整治建筑物护底结构修复形式应用及质量控制 赵海升 （天津天科工程管理有限公司，天津 塘沽 300456） 摘 要：长江整治建筑物的损坏位置都位于水流湍急，流态紊乱的区域，航道整治建筑物水毁现象比较常见。常见的破坏有护岸冲垮及丁坝的损坏。此文结合长江中游两个项目的维修进行了简单的损坏原因的分析及修复方案，并查询了目前护底结构的形式，修复主要采用散抛石、软体排护底+散抛石、软体排+透水框架物、抛填钢丝石笼、抛填砂枕+散抛石等工艺，通过几个工程的实例分析各种结构形式的优缺点及质量控制要点，为以后选择合理的修复整治建筑物护底结构提出了一定意见，为以后的质量控制提供依据。 关键词：护底；散抛石；软体排；钢丝石笼框架结构 中图分类号：U617.8 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）04-0142-02 引言 经过几十年国家对长江干线的治理，长江沿线的整治建筑物已基本建设完成。由于河道演变的复杂性、原设计结构标准低、施工设备工艺较落后等多方面因素的影响导致很多航道整治建筑物存在水毁、护岸塌落、丁坝破坏的现象，影响到堤坝的安全及整治建筑物的功能正常发挥从而影响到通航。因此需要对航道整治建筑物进行维修，但由于修复在原有整治建筑物结构上河床复杂，且损坏的区域多是水流湍急，工艺的选择及施工难度较大。 整治建筑损坏的主要原因是基础受到冲刷后在水流和漂浮物冲击下，抛石块体常以滑动和滚动的形式脱离坝体，导致使护岸、丁坝局部（坝头、坝体）或整体遭到破坏。因此基础护底结构的修复成为修复能否维持较长时间的关键。 一、维修工程实例 1．散抛石护底结构在长江中游某护岸维修工程中应用 散抛石通常情况下不作为单独护底结构，作为软体排压载物或者采取过护底结构区域的修补。 （1）工程概况及维修形式：某维修长约1,000m，此区域已采取过软体排+抛石护底但由于施工时间长、水流冲刷大，个别区域出现护岸塌落，局部区域冲刷坑有6m。修复需要先填冲刷坑，填筑高度5~6m；然后对塌陷的护岸按照1：2.5坡比补坡；然后对原设计的排体进行散抛石护底，原设计的排体边缘15m宽范围抛石加厚至2m。 工程区域地质条件简单，上部为沉积而成的松散中细砂层，属近期沉积而成，该土层分布不稳定，厚度随长江水流冲刷或沉积而变化，下部为稍密～中密状态的中细砂层。 （2）施工中存在问题及原因分析：由于只涉及到抛石，在局部区域的施工中存在抛石流失量大，按照设计抛填量达不到设计要求的高程。剔除块石流失、施工方抛石组织不利等原因，单纯的散抛石护底并不适用于冲刷坑有5-6m区域，原先的软体排护底结构早破坏。近期淤积砂质河床，沉降量收稿日期：2019-03-06 作者简介：赵海升，天津天科工程管理有限公司。 过大，由于水流大的各种级配的块石漂移距不一，水下块石不密实，更容易造成河床冲刷，加剧了块石的沉降，从而导致达不到设计要求的修复高程。 （3）结构优化设想：冲刷坑较大区域采用钢丝石笼、砂枕填坑护底后散抛石。或采用特殊施工设备进行抛填，例如长江南京以下12.5m深水航道二期工程用深水抛石船，有效解决了深水（最深36m）、大流速（3m/s）工况下块石、漂移距大、流失严重、断面成型难的问题。 （4）散抛石优缺点：工程造价相对较低，散抛石施工组织相对简单，对船机设备要求低，施工灵活，对于小范围或者采取过护底的区域修复效果好。对于流速大且河床基础差的区域（未采取护底结构或者严重损坏的区域），散抛石流失沉降大，抛填的工程量可能远超过设计断面量，或者是采用特殊的抛填工艺提高散抛石的精确度，改造后的船机设备费用较高且施工速度较慢，从而提高了工程造价。 2．软体排+散抛石在长江中游某丁坝维修工程应用 软体排通过阻隔水流直接对河床作用从而守护部位局部滩面免受冲刷，促使冲刷坑远离主体建筑物并减小冲刷坑的深度，保证主体建筑物的整体稳定。软体排起到保持河床泥沙流失能护滩护底效果，前提是软体排铺设范围足够大，如软体排宽度较小，排边缘会产生严重冲刷，危害工程安全。 （1）工程概况及维修的形式：某丁坝坝头已经破坏，坝身被冲开，局部的区域行成了串沟加剧对坝身的破坏。维采用对丁坝纵向长140m、上下游方向宽108m的现坝头区域进行维修加固；首先采用D型联锁软体排护底，排体上抛石1m厚加固，排体边缘20m范围内抛石厚度增加至1.5m。 （2）施工中存在问题及原因分析：施工中出现了撕排现象及船舶走锚现象，由于原坝体冲刷受损程度不一样，个别区域存在串沟与相邻河床差4~5m造成了软体排撕裂，串沟区域的流速大，对施工船舶稳定性影响大。 修复效果分析；软体排的主要作用是护底，直接在原结 第4期 赵海升：浅析航道整治建筑物护底结构修复形式应用及质量控制 143 构块石上施工，加上抛石排布会大面积破裂达不到护底效果。 （3）解决方式及优化：河床变化较大区域需利用抛砂枕、袋装碎石对局部区域进行填坑后进行软体排的施工。 （4）应用的范围：护底效果好，耐久性好。但要求河床起伏不大，对于水流速大于2.5m/s时会出现撕排，影响质量及船舶安全。软体排铺设范围需包括守护范围外+余排，软体排上需抛石压载，施工需专门的沉排船舶、工程造价高。 二、其他护底结构的应用 1．钢丝石笼结构 钢丝石笼具有良好的柔韧性和抗拉力，能较好适应河床的变动，比刚性结构具备更好稳定性。能解决散抛石流失大、块石水下成型后级配差，无法有效护底等问题。同时，钢丝石笼具有透水性，水中淤泥沙等能够沉淀于石缝中，有一定促淤效果。在长江中游戴家洲维修工程中，采用抛填钢丝石笼的工艺进行护底，经完工后检测护底效果较好。 钢丝石笼具有一定变形能力，施工前无需整平，对块石级配要求也不严格，只要粒径大于钢丝网孔即可。钢丝石笼尺寸一致，漂移距相同，便于控制抛投到位率。护底的效果高于散抛石低于软体排护底，适用性高、破坏后维修方便。 缺点是：钢丝石笼由于装填的料粒径较小，石笼破坏一处就造成一个石笼体流失。需专门设备填装、抛投施工。石笼虽有一定的柔性但尺寸较大，会造成抛填区域不密实局部区域淘刷更严重。 2．抛枕结构+散抛石结构 抛枕护底结构，工艺成熟、经济、广泛应用。砂枕为适应水下复杂地形砂枕的长3~8m，直径2m左右。层与层、枕袋之间应交错嵌紧，不形成垂直通缝，小的间隙辅以小枕。 砂枕能够很好的与原河床结合在一起，起到保砂护底作用，整体性好，在水流湍急无法进行软体排施工区域，可以采用砂枕护底，其成本低于钢丝石笼及软体排护底。 缺点：砂枕比钢丝石笼更容易破坏，在受水流顶冲的区域不宜单纯的采用抛砂枕。砂枕可以用来填坑、整平河床，填平串沟，后进行软体排施工或散抛石。 3．透水框架结构 透水框架结构通过构件透空性消减降低近河床水流速减少动能、改变水流结构达到减弱冲刷、促淤目的，可明显减小冲刷坑深。通过在南京-12.5m深水航道工程中应用软体排和透水框架联合护底应用于潜堤下游护底防护效果比单纯软体排效果好且造价低，联合护底能够有效减小护底边缘冲刷坑深度，减缓冲刷坑堤脚坡度。联合护底中透水框架群抛投宽度在20~30m时，可充分地发挥减速消能功能，形成较好的缓流或促淤环境。 缺点是：通常情况下透水框架不作为单一护底结构，与软体排联合护底效果较好。透水框架损坏后维修也必须采用抛填透水框架，且安装的质量要求较高。 三、各种护底结构质量控制要点 1．散抛石 严格控制抛石的级配及粒径，施工中漂距要根据流速勤测定，严格控制抛石的边线，抛填方量。单纯的散抛石护底要及时的测量并按断面进行施工，施工一段行成一段验收一段。散抛石的厚度必须大于最大粒径的2倍，且不少于2层。对于流速大、抛石边缘应加厚。 2．软体排施工 工前扫海，尖锐物及地形变化较大需抛砂枕、袋装碎石进行处理；严控排布加工质量、铺设边线以保证排体的投影长度满足设计要求；施工中关注水流顶冲侧防止卷排、撕排现象发生；沉排检测合格后及时抛填块石压载。 3．抛枕施工 控制枕袋土工材料、加工质量，或者采取编织布+加筋带的方式加强砂枕强度，控制砂枕的充盈率（85%左右）以防止破损，通过控制移船速度、勤测漂距等手段提高抛填到位率。抛枕检测合格后进行后续作业施工。 4．钢丝石笼施工 严格控制钢丝石笼制作质量、抛填位置及石笼到位率，并及时测量检测抛填效果，发现漏抛区域及时补抛。 5．透水框架 做好预制的质量管控及安装位置，及时的测量验收检查漏抛情况。 四、结论 航道整治建筑物的修复工况、河床复杂，导致不能简单的采用单一护底结构修复，采用多种护底结构组合达到修复效果。例如长江中游某深水急流桥墩的护底修复工程（流速2.5m/s，水深在30~40m）中就采用砂枕+网装石笼（袋装级配碎石）+散抛石结构进行了桥墩护底成功修复。工程修复过程中除要严控工程质量外，在护底修复工程完成后应定期进行护底结构的破坏情况观测，从而对护底结构进行的效果、耐久性进行对比，然后从施工成本、区域工况、护底结构耐久性等多方面综合分析以确定合理的护底修复形式。 参考文献 [1] 顾宏骅.长江航道整治建筑物修复技术讨论[J].中国水运（下半月），2011，（7）：38-39； [2] 耿新林，汪京.长江南京以下12.5m深水航道二期工程深水散抛石施工工艺研究[J].中国水运（下半月），2017，（10）：142-145. [3] 苏伟.长江上游丁坝冲刷机理及维护措施研究[D].重庆：重庆交通大学，2013. [4] 熊中亚，吴晨，汪玮等.定位船翻仓法在抛投钢丝石笼的研究与应用[J].中国水运（航道科技），2018，（5）：48-51. [5] 原晓明，舒叶华.南汇东滩促游工程保滩护底设计[J].上海水务，2017，（9）：44-48. [6] 吴中鑫，王国民.深水急流桥墩砂枕防护施工关键技术研究[J].公路，2016，（1）：126-130.