長江南京以下12.5米深水航道主動式鉤連應用研究

王效遠　趙凱

摘要：主動式鉤連體作為一種新型的消能護灘結構，在長江深水航道一期工程中進行了首次應用。經過試驗研究確定了PP作為基材，增強、增重劑等作為添加料的配方體系；根據不同的施工要求，提出了船機拋投和人工拋投的技術要求；現場觀測結果表明，該結構守護范圍內泥沙淤積明顯，并對其周邊范圍有一定的掩護作用。

關鍵詞：主動式鉤連體；船機拋投；人工拋投；現場監測

中圖分類號：U617.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2016）07-0053-02

在以往的航道整治工程中，消能護灘結構被廣泛應用，實現守護洲灘，穩定航槽的功能。其中應用較為廣泛的為系結砼連鎖塊軟體排和四面六邊透水框架，這些結果形式護灘效果明顯，但也存在結構邊緣易沖刷，勾連性不足等特點。針對現行護灘結構存在的不足，在長江深水航道一期項目中，研究人員從設計理念出發，突破傳統的被動守護思想，提出了利用構件拋投形成主動勾連、整體性良好的護灘結構創新設計理念。研發了一種消減水流能量明顯、護灘促淤效果良好的新型消能護灘結構——主動式鉤連體。

作為一種新型消能護灘結構，南京水利科學研究院對結構孔隙率進行了較為深入的研究，中交上海航道局有限公司對結構施工工藝進行了研究。

為了驗證主動式鉤連體的應用效果，在長江南京以下12.5米深水航道一期工程白茆沙整治工程中進行了典型應用。通過對工程方案設計、拋投技術要求確定了新型構件的工程實施原則，工程完工以后進行了實時監測。試驗及監測結果表明結構內部及掩護區能夠形成普遍淤積，促淤效果明顯。

1 主動式鉤連體結構形式

主動式鉤連體產品的結構設計是基于鉤連體的實際使用工況要求、鉤連體批量生產時制造的可行性以及鉤連體的整體成本控制等方面。經過試驗研究確定了PP作為基材，增強、增重劑等作為添加料的配方體系，最終確定材料主要性能為：密度1.9g/cm³；拉伸強度47MPa；斷裂伸長率4.2%；彎曲強度72MPa；彎曲模量6800MPa；懸臂梁缺口沖擊強度13kJ/m²；根據模型試驗研究，結構尺寸為60cm組裝機，見圖1。

2 工程方案設計及技術要求

2.1 設計條件

在長江南京以下12.5m深水航道一期工程白茆沙整治工程中首次應用了主動式鉤連體，作為岸灘防護結構（圖2）。應用區設計高水位為2.56m，設計低水位為-0.75m（85國家高程基準）；漲潮最大流速約1.02m/s，落潮最大流速約0.86m/s；50年一遇有效波高為1.25m。

2.2 方案設計

應用區位于北潛堤內側，灘面高程為0.0-0.4m。拋投區內邊緣距堤軸線50m，長200m，寬40m，與堤身排的搭接寬度為5m，在拋投區邊緣鋪設規格為480mm×480mm×160mm的連鎖塊軟體排，鋪設長度為200m，寬度為2m；在拋投區內部垂直堤軸線方向，每隔20m鋪設480mm×480mm×160mm的連鎖塊軟體排，鋪設長度為從拋投區內側到拋投區邊緣，寬度為1m。軟體排底部不需要鋪設土工布。拋投區劃分為5m×10m的小拋投區，每個拋投區拋投個數控制在400個左右，見圖3。

本次選擇的典型應用區段為高灘段，低潮露灘時人可以行走，鉤連體作為一種輕型構件，既具備現場低潮露灘時人工拋投、綁扎以及整理的條件，也具備高潮期水深足夠船機施工時船機拋投的條件。

2.3 船機拋投技術要求

施工前在鋪排船翻板及甲板上滿鋪土工格柵，作為主動式鉤連體的沿翻板下滑至水下時的支撐。隨后由人工組裝鉤連體并疊放，將鉤連體相互間及與格柵間進行綁扎，要求每平米拋投數量不小于7.6個，綁扎個數不少于3個。待綁扎完成后按照鋪排流程下放格柵并移船，依次循環直至施工完成。

2.4 人工拋投技術要求

船機未拋投區及船機拋投區邊緣需要進行人工拋投。在陸上或船上將鉤連體組裝完成并綁扎成捆，高潮時通過運輸船將其拋投至指定區域，等低潮時再進行人工定位拋投。為控制拋投質量，保證拋投高度，將拋投區劃分為5m×10m的小拋投區，每個拋投區拋投鉤連體的個數控制在380-400個。

3 監測分析

為了檢測應用效果，拋投完成后的一個水文年內，對典型應用段進行了觀測。觀測分為工程實施前觀測和實施后觀測兩個階段，觀測頻次為4次，分別為拋投施工前測次、拋投施工后測次、拋投施工后洪季測次和拋投施工后枯季測次。

3.1 護灘效果觀測分析

主動式鉤連體拋投施工完成后的枯季水文條件作用期間（2014年1月～4月），拋投區內總體表現為平均淤高0.14m，但局部呈西側淤積、東側微沖的趨勢。其西側淤積幅度平均為0.34m，東側沖刷幅度平均為0.05m，且其南北向沖淤變化的差異較小。

與拋投施工后摸底測次測量結果比較，經歷一次枯季水文條件和一次洪季水文條件作用后，拋投區內平均淤高了0.48m，且受拋投施工期間拋投區內初始地形影響，拋投區內的淤積幅度南北向差異不明顯，但東西向差異較大，其中西側淤積幅度明顯大于東側，見圖4。

3.2 拋投區周邊淤積情況

從試驗段現場情況可以看出，主動式鉤連體守護效果良好，防沖促淤效果顯著，促淤后，鉤連體由于其相互勾連形成了類似植物龐大根系的骨架型結構能起到較好的固灘作用。在拋投初期，主動式鉤連體內部出現迅速淤積，泥沙在拋投區邊緣形成一個自然的邊坡，坡度約為1：3，高差在30em左右。鉤連體拋投初期迅速出現淤積的情況對鉤連體的穩定起到很好的保護作用。在主動式鉤連體拋投區外側，普遍呈現淤積態勢，普遍淤漲0.2-0.3m，說明鉤連體對掩護區也具有良好的防沖促淤效果。

4 結論

經過應用區現場試驗證明，以PP作為基材，增強、增重劑等作為添加料材料的主動式鉤連體能夠滿足工程功能要求。

在主動式鉤連體的方案設計中，采用分區拋投的方式是安全合理的。船機拋投和人工拋投根據不同的施工特點采取不同的施工工藝，可以達到相同的工程效果。

本次現場試驗所得歷經一次枯季水文過程、一次洪季水文過程后，拋投區內發生了全面淤積，平均淤高0.48m以上。從淤積后地形角度看，主動式鉤連體內部淤積后高程較高，東、西兩側較低，說明鉤連體內部促淤效果較周圍顯著。根據現場觀測鉤連體對掩護區具有一定的掩護作用。