大型河道水下拋填格柵石籠河底防護的應用

王留超

(遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧 沈陽 110000)

1 工程概況

大遼河三岔河口段是連接遼寧中部和西南部地區的重要紐帶，該河段由上至下依次修建有三岔河口公路橋、三岔河口鐵路橋、營盤客運專線鐵路橋、營盤供水管線等4座重要跨河建筑物。大遼河三岔河口段為感潮河段，受洪水和潮水雙向水流作用。2010年汛期，大遼河流域遭遇暴雨襲擊，三岔河水文站實測最大洪峰流量為4100m3/s，為歷史第三大洪水，河床沖刷嚴重，在營盤客運專線鐵路橋下游形成了一個最大沖深約17 m的沖坑，直接威脅了該河段河道上4座重要跨河建筑物的安全。沖坑緊臨營盤供水管線，營盤供水管線為DN1400mm鋼管，工作壓力0.6MPa，為大口徑帶壓輸水管線，沖坑嚴重威脅輸水管線的安全，如圖1所示。

圖1 沖坑平面圖

2 防護設計

防護工程位于2010年汛期沖坑附近，河道長度為150m。防護工程分為沖坑回填工程及河床防護工程。

沖坑回填采用拋填格柵石籠填筑潛壩，潛壩上游側沖坑采用砂袋回填，河床防護采用拋填格柵石籠鋪蓋防護。

沖坑回填工程采用水下拋填土工格柵石籠填筑潛壩，潛壩垂直水流布置，總長234.2m。壩頂上游側距盤錦市供水管線40m，壩頂寬度為5m，壩頂高程為-5.0m。潛壩上游坡坡比為 1∶1.5，下游坡坡比為1∶5.0，上游側沖坑采用砂袋回填。

河床防護工程采用拋填土工格柵石籠鋪蓋防護，范圍為盤錦市供水管線上游50m(越過在建的營盤客運專線鐵路橋)，下游側100m。鋪蓋頂高程為-5.0m，鋪蓋厚度約為2.4m，由3層土工格柵石籠組成。防護范圍最前端包角位置與最后端齒墻根部周圍，采用單塊粒徑大于800mm的塊石進行拋填。詳見圖2。

圖2 防護斷面縱剖圖(深泓線)(尺寸單位:m)

格柵石籠規格為 0.8m ×0.8m ×0.8m(長 × 寬 ×高)，石塊材料應堅實新鮮，無風化剝落層或裂紋，單塊粒徑不小于100mm，遇水不易破碎或溶解密度不小于2.65t/m3，石料的濕抗壓強度不小于30MPa，軟化系數大于 0.7。格柵采用雙向拉伸聚丙烯土工格柵(TGSG30-30/GB/T 17689-2008，400g/m2)。

砂袋采用礦用大編織噸袋，可承載量1000kg，袋口采用高強聚乙烯繩封口綁扎牢固。砂子可采用中粗砂或者礫砂，含泥量不大于8%。

3 施工方法

施工具體操作流程如下:

施工準備→施工測量→施工備料→編制石籠/裝砂袋→拋投試驗→拋填施工→驗收。

3.1 控制測量

根據測量控制點及技術資料，采用全站儀布設軸線控制點，用精密水準儀布置高程控制點，設計防護范圍中心線與河道中心線垂直交叉設為軸線，軸線控制點布設在左右岸河堤上，用帶有“+”字絲的鋼筋埋設固定，標明位置及距離，并用圍欄防護，軸線控制采用直導線，左右岸導線點布置三個。高程控制點布置在左右岸及主河槽段的上下游，用磨光頭的鋼筋埋設固定并編號、防護。軸線控制及高程控制布設完之后，繪制平面布置圖，標注編號及相對位置的距離等相關說明。

3.2 施工測量

根據控制測量的控制點進行現場施工放樣測量。施工前對施工區域進行測繪。

使用船載GPS和帶聲納裝置的超聲波水位計進行水下高程測量，按照設計填筑范圍的上下游邊線，漂浮物拴在大石塊上拋至填筑范圍的上下游、左右岸邊線，并在GPS電子顯示屏上畫出輪廓線，按10m×10m(垂直水流方向×順水流方向)劃分的網格，作為施工分區網格。

拋填施工過程中，使用船載GPS和超聲波水位計，測量水下拋填位置及拋填深度。

3.3 施工備料

石料、砂子、土工格柵均選用符合施工圖紙要求的材料進行備料。如下頁圖3所示。

圖3 石料場照片

3.4 編制石籠

按設計要求的格柵石籠尺寸裁剪格柵，鋪設平整后，用連接繩將裁剪出的格柵立肋和橫肋連接于底層格柵上，連接時采用錯格綁扎方法，且每個節點均應綁成死扣。人工碼放塊石，單塊粒徑不小于100mm，分層交錯碼放，用φ5mm高強聚乙烯繩連接并封口綁扎牢固。格柵石籠起吊運輸或拋投時，采用 φ12mm～φ16mm高強聚乙烯吊帶。如圖4所示。

圖4 格柵石籠

3.5 裝砂袋

使用礦用大編織噸袋，人工將中粗砂裝入礦用噸袋，用高強聚乙烯繩封口綁扎牢固。砂袋起吊運輸或拋投時，采用專用的高強聚乙烯吊帶。

3.6 拋填施工

拋填施工的順序為:拋填船的確定→漂距的測算→拋投試驗→拋填檔寬及網格劃分→拋填船定位→水下拋填施工→拋填方量的分劃

3.6.1 拋填船的確定

拋填船的有效長(船單側能夠拋填直線部分長)、寬、吃水變化、欄桿高等因素直接影響拋填檔寬和拋填網格的劃分，影響石籠塊漂距和定位。

按照需要拋投的位置，根據測定的漂距，計算出拋投船位置，使用船載GPS和超聲波水位計，能夠準確將船定位到預定位置，在甲板上吊裝石籠然后拋投到預定位置，這樣既能夠準確拋投到預定位置又能避免人為造成的定位誤差。

3.6.2 漂距的測算

水深、流速、流向、風浪，石籠拋出時距水面高度，拋填籠的角度、速度，施工人員素質、勞動強度，漂距計算公式等，是影響所拋填籠漂距計算的主要因素。

式中 S——沖距，m;

V——水面流速，m/s;H——水深，m;

W——石籠重，kg;

K——經驗修正系數，通常取 0.8。

取不同重量的石籠，在拋填區同一斷面不同位置實測石籠漂距，對經驗公式計算出的漂距進行修正。

3.6.3 拋投試驗

根據拋投網格區的劃分和漂距計算，先進行拋投試驗，達到標準后方可進行拋填施工。由于施工段位于大遼河感潮河段，受潮水漲落和異重流影響，流速和浮力變化較大，需根據潮水漲落時間段進行石籠及砂袋現場拋投試驗，以確定漂距參數和拋投工藝。用標識刻度的聚乙烯繩與石籠連接，拋投完成后，通過繩長、偏角等反算拋投物受水的流速、浮力、河床坡度等因素影響水下移動距離。在每日潮漲、潮落時各做一次試驗。

3.6.4 拋填檔寬及網格劃分

合理劃分拋填檔位寬及拋填籠網格是確保水下拋填籠厚度、平順銜接的關鍵。檔位寬的整倍數應約等于船寬，并與石籠垂直船側方向拋出的水平距離相近。

每個網格長(順水流方向)取拋填船的有效拋填籠長，網格寬(垂直水流方向)取船體寬度的兩倍長，拋填船兩側同時拋填，計算每個網格的面積和網格總數，即能計算出總面積。

3.6.5 拋填船定位

將施工區域劃分為10m×10m網格，在船載GPS上對應標示，作為拋填施工時的拋填范圍定位基準。

根據拋投試驗修正后的漂距，測出各斷面樁(方向樁)，通常與拋區長度方向成不大于90°的夾角。然后在兩岸定位樁間拉一條纜繩，纜繩上可作出明顯的標記，以用作標示施工的不同部位。

拋填船進入拋填范圍后，將船掛檔定位，準備水下拋填施工。如圖5所示。

圖5 拋填船施工過程

3.6.6 水下拋填施工

拋填施工應遵循:從下游至上游、從深向淺、從河中至岸邊逐檔寬逐網格長循序進行。

拋填船定位前外側要預留一檔位寬，采用兩邊拋投，有利于船的平穩和工效提高，每檔拋滿后石料船向岸邊移動一檔，進行下一檔的拋投，待石料船底部區域拋滿后進行大移位。近岸處拋填船無法行駛時，采用陸地機械設備進行拋投。

3.6.7 拋填方量的劃分

根據每個拋填船所載石籠的數量確定拋投石籠的總工程量;每一檔投拋前，平行船中線將每檔需要石方量標示出來，做到總量控制，局部調整。

準確記錄每檔實際拋方量，如發現漏拋、少拋，應在拋填船移位前及時進行補拋。

拋填船載有帶聲納裝置的超聲波水位計進行水下高程測量，可以校核水下地面高程及拋填后的高程，如發現漏拋、少拋，及時進行補拋。

4 結論

肉眼很難看到水下拋填實際狀況，水下測量也比較困難。該工程施工中使用船載GPS和帶聲納裝置的超聲波水位計進行定位和水下高程測量，非常實用簡便，能夠精準確定拋填位置及拋填高程等情況。

水下防護最前端包角位置與最后端齒墻根部是關鍵部位。最前端長期經受水力的沖刷，填筑體體積小或者重量輕的將被水沖走或移位，防護體一塊塊慢慢被沖走，將會影響防護工程的安全。最后端(即最深處)是防護范圍的根部，填筑體是否能夠生根穩固，直接影響整個防護范圍填筑體的穩定性。該工程施工過程中，將單粒徑800mm以上的大塊石拋填在防護范圍的最前端，能夠經受水力的長期沖刷而不被沖走，保證了防護工程的長期安全;將單塊粒徑800mm以上的大塊石拋填在防護范圍的最深處根部，形成一道齒墻，保證了填筑體能夠生根穩固。