鉸鏈混凝土沉排在長江河道整治工程中的應用

陳惠春

湖北大禹建設股份有限公司，湖北 武漢 430061

1 工程概況

就目前來看，長江大部分河段河勢較為穩定，但部分地區依然存在較大變化。銅井河口段工程建設期間由于管控力度不足，在長期運營與洪水侵擾下，下部整治工程出現了較嚴重的破損問題與迎流頂部存在崩塌情況。因此河道整治工程的開展需要穩定當前河段河勢，消除工程危險隱患問題，保障周邊地區安全。

2 設計長江河道整治工程

2.1 工程布置

銅井河口護岸工程項目包括鉸鏈排護岸、拋石以及預制塊護坡，總長度長達4595m。其中，鉸鏈排護岸長達3993.3m。具體的鉸鏈混凝土沉排護岸結構布置見圖1。

圖1 單塊排體及工程剖面圖

鉸鏈混凝土沉排工程主要是以系排梁為界，由水下護坎和水下護腳兩大部分組成。借助系排梁結構，可以提升水上護坎的穩定性，使水下排體結構更加牢固。同時，鉸鏈排體在實際施工期間主要由混凝土物質塊與U形環連接，下部覆蓋土工布，具備更加有效的反濾以及抗沖擊能力，鉸鏈混凝土板可以增強工程整體重量，延長工程全壽命周期。

2.2 結構設計

（1）合理設置混凝土板尺寸。預制混凝土的過程中，可以選擇長80cm、寬50cm、厚8cm的混凝土板，且混凝土板的重量應為100kg，浮重60kg。（2）驗算混凝土配筋及標號。通常情況下，長江河道治理工程中的排體結構主要為C10混凝土材料，但為切實保障混凝土排體施工期間的安全性，需將混凝土標號控制為C20。要求混凝土受力筋應以縱橫方向布置。依照混凝土板體受力特征，合理設置沉排結構，并將其設置為1根[1]。通過細致分析以往施工案例可知，95.9m長的鉸鏈混凝土沉排結構需要劃分成8個施工單元，11.9m長的單元排體結構一共有7塊；剩余排體單元長度為12.6m。（3）設計鉸鏈混凝土排體連接結構。在鉸鏈混凝土沉排連接過程中，使用U形接環方式，選用合理的連接鋼筋規格以及螺栓規格。

2.3 系排梁設計

系排梁結構設計期間應明確該結構在長江河道治理工程中發揮的作用。系排梁主要用于穩定整個排體結構，其斷面尺寸應符合預期設計要求，使斷面寬度保持在3m左右。系排梁結構混凝土應為C15規格，在施工現場現澆制成。

2.4 水位變幅區工程設計

為確保鉸鏈混凝土排體結構可以在長江治理工程中發揮出應有的作用，還應細致分析該施工區域水位變幅情況，確保水位變幅區域的岸坡不會受到雨水沖刷。在該區域設計過程中，應在河床上鋪設一層無紡布，在無紡布上再鋪設一層碎石，防止無紡布結構在外界環境的因素下出現過早腐蝕情況[2]。要求上下排體結構需要統一沉入水內，使鉸鏈混凝土沉排結構更加整體。

2.5 沉排區上下游側防護

將鉸鏈混凝土沉排結構應用在長江河道治理工程中時，還需保障沉排結構的上下游護岸線不會受到較大沖擊影響。對護岸坡進行裹護處理，要求裹護結構長度應為20m，水下平均拋厚應為1m。為切實保障水上作業的安全性，鉸鏈混凝土沉排施工需要與當地航管部門密切合作，制訂出有效的安全作業方案。

3 長江河道整治工程施工

3.1 施工技術

結合工程實際施工要求，選擇水上連續水平拉排施工技術。相較于其他施工技術，水上連續水平拉排的效率更高，施工可控性強，而且勞動強度也較小，施工程序也更為流暢[3]。

3.2 水下沉排

每塊排都由U形板連接組成，其中排頂高程為2.7m，排體寬度為22m，排體長度應設置在68.6～95.9m。相鄰排體結構的長度應保證在2m以下，因而需要將上游排的下游邊搭載相鄰的下游排的上游邊以上。其施工流程見圖2。

圖2 沉排施工工藝流程圖

（1）拼排。按照不同的拼運排船寬度來確定標準單元排體的長度。首先可以在其中鋪設特定的滑道，然后拼裝排體。每個船都需要根據具體分層拼裝不同數的單元排體，而且預制混凝土也必須與滑道對稱，在此期間可以在兩端各放置2～3排的預制混凝土，并使其緊湊在一起予以拼樁，從而方便后續的拉、沉排操作。（2）拉排。針對拼排船配載情況，首先，可以對單元排體的高度予以調整，從而將拉排梁和排首連接在一起。其次，將排首梁、排首以及排卷揚機鋼絲連接在一起，矯正船體位置后才可進行拉排處理。排體結構也應沿工作船上滑道方向滑動。在上層單元如果排體尾端落在工作臺上方，那么就需要連接好上層單元排體尾端和下層單元排體首端，之后再進行拉排。但是如果是排首梁和岸上地錨滑車相組合的情況，就需要首先倒拉排首，將排首倒拉到系排梁位置處，連接好U形環和系排梁預留環。（3）沉排止排。排首上工作完成后，后續施工工序才可相繼開展。嚴格遵照次序、輪換以及循環向前拉動排體的方式，啟動錨機，確保沉排工作能夠與平臺船同步平行運行，并且沿圓弧滑板方向緩慢下降。在下降時，相關工作人員需要保證其排體的張力，注重控制下沉排體的垂直角度，確保其位置始終處于設計規范要求。在排體下沉的過程中，還需要注重檢測河床處排體位置、水深、長度等數值，注重糾正位置偏差情況，使后期沉排搭接工作更加精準。在水高度達到一定限值的情況下，排體重量與平臺摩擦力最為接近，相關工作人員需要提前扣好止排梁，從而避免排體突滑落水。（4）排尾下沉。在最后一單元排體拉到沉排工作臺后，需要采用特制扣將排尾梁、排尾以及排卷揚機的鋼絲連接在一起。嚴格遵照成排工作流程，開展后續承臺作業，使排尾能夠最終落到河床底部。隨后平臺特制扣插銷被抽調回，取出排尾梁，使排體沉放工作徹底完成。

4 沉排試驗及運行效果

4.1 沉排試驗研究

通過細致分析施工區岸坡、流速以及分布等實際情況，發現這些情況可對工程施工質量造成不同程度的影響，因此也就需要相關人員在施工前編制試驗大綱，并對相關技術數據予以確定，以便及時復核處理不同的施工數據，并進行總結。與此同時，在其滿足要求的前提下，施工單位也要根據已發布的施工規范制訂出適宜的沉排施工技術方案，確保其實際施工水平符合設計標準。例如，牽引梁技術4套，需要分別用在倒拉排首、拉排、止排、排位下沉4個部分，并在此期間也要適當地使用纜繩和轉向裝置。

4.2 沉排運行效果

借助成排試驗結果，發現銅井河口段沉排護岸工作切實提升了河床的穩定性，增強了護岸結構的各項力學性，且在近期不需要加以維護，不僅具有經濟效益還具有良好的社會效益。

5 經驗與建議

（1）銅井河口段沉排工程建設花費的資金較高，在長期運營情況下，產生了效果理想的社會效益以及經濟效益。鉸鏈混凝土沉排作為一項新型技術，可以被廣泛地應用于具體的工程項目工作中。（2）運用鉸鏈混凝土沉排施工技術，可以切實提升排體結構的整體性，更加適用于河床不穩定地帶，應用優勢極為突出。同時，該施工結構也適用于水流復雜、工程長期處于頂沖狀態、地質環境條件較差等的工程中，能切實提高河道整治工程的施工質量與效率。（3）經過輸沙以及水流的試驗可以發現，應用鉸鏈混凝土沉排工藝雖然收集的沙量比傳統的工作增加了5.6%，但是河底流速不但沒有發生變化，對流場也沒有較多的影響。而且經過多年的運行可以發現，鉸鏈混凝土沉排護岸工程具有非常良好的優越性。