內河航道整治護岸工程中砂枕護腳施工探討

謝世軍 湖南省常德航道管理局

我國內河航道整治護岸工程中大多采用水位以上反濾層+干砌石或拋石、水位以下拋石處理以及先沉排護底再拋枕鎮腳的措施。前種處理措施加固效果顯著，且耐久性好，使用壽命長，但是這種護岸形式在原材料供應、施工效率、經濟效益和環境效益等方面均存在很大局限；后種處理方式在受水流頂沖的陡峭河岸中無法保證沉排護底施工質量和有效的護底范圍，無法實現排布和岸坡緊密銜接，導致工后發生沉排和拋枕鎮腳結構損毀。為此本文提出砂枕護腳整治方式，該方式能充分利用疏浚及切灘工程棄土，有利于資源節約利用，且拋填護岸施工工效高，經濟效益和生態環境效益顯著。

1.工程概況

某內河航道整治工程建設規模為100t級江海輪雙向通航三級航道建設，所開拓航道水深＊底寬＊最小彎曲半徑為4.0＊80＊480m，并達到98%的通航保證率。結合勘探資料，該內河航道整治段沉積物主要為淤泥、粉砂和淤泥質粘土，且泥沙顆粒在水平向由內向外分布，在垂直向由下至上分布，呈由粗變細的總體變動趨勢。該整治河段河床大部分為砂質，疏浚及切灘工程棄土距離遠，故其護岸工程決定采用疏浚、切灘挖方棄土，并配合使用反濾排水功能良好的土工織物袋加工成砂枕后護岸，既能有效解決石料緊張難題，又能回收利用疏浚、切灘挖方棄土，節約施工成本。

2.施工方案設計

根據該內河航道整治護岸工程砂枕護岸斷面形式，應使用直徑1.2m，長度3.0m和5.0m的砂枕，并配合使用單位質量130g/m2、長度根據拋填加固部位不同分為2.0m、5.0m和8.0m的丙綸編制土工布和設計寬度30mm的加筋帶。其中土工布橫縱向抗拉強度分別在1000N/50mm和1100N/50mm以上，橫縱向延伸率均在25%以下；梯形撕裂強度應不小于300N，GRB頂破強度應不小于1800N，刺破強度至少為800N，垂直滲透參數應在0.001cm/s以上，等效孔徑應不大于0.15mm。加筋帶拉伸負荷應為1.0×104N，設計伸長率不超過25%，單位質量不小于30g/m。

所制成的砂枕袋直徑均為1.2m，為增強砂枕袋結構強度，還應在袋布上沿其長度方向增設5.0cm寬的4根縱向加筋條，加筋條間距95cm；并沿其寬度方向按100cm間距增設橫向加筋條。砂枕充填料主要選用含泥量＜10%、摻雜少量中砂的細砂料，且充填料特征粒徑d85＞0.15mm，d15＜0.15mm，且d≤0.005mm的粘粒含量控制在10%以內。為避免發生充填過程中砂袋爆裂的情況，應將砂袋內壓力嚴格控制在20～30kN/m2范圍內，將充填度控制在砂袋實際容積量的80%以內，充填料干容重至少為15kN/m3。

3.施工過程控制

3.1 漂移距離確定

在拋枕船定位施工前，主要通過拋投法進行漂移距離的計算和測定，即選擇試驗斷面，根據水深條件按要求選擇相應長度的纜繩垂直懸掛在枕架上，將空枕袋置于枕架沖枕，結束后收緊系好纜繩，另一頭綁系在拋枕船，繩結還應進行GPS定位處理；砂枕拋投入水后將纜繩收緊，拉至與河底垂直的狀態后與拋投前位置進行對比，測算漂移距離。公式如下：

式中：Ld——砂枕水平落距（m）；Vt——水體表面流速值（m/s）；H——拋投處實際水深（m）；G——砂枕袋單位質量（g/m2），取130g/m2。

根據實測漂移距離值進行可能漂移距離的計算，將所得到的計算結果及實際水深、水流流速等參數值填入表格中進行分析參考。本內河航道整治護岸工程通過以上試驗確定出拋投距離后還應進一步確定拋枕船定位方式、移位控制措施等。

3.2 施工準備

在施工準備節段主要進行吸砂泵、拋枕架等的安裝以及砂枕袋充灌。本內河航道整治工程吸砂船由航駁船改裝而成，并將電動吸砂泵安裝在其兩側船舷處，并由航駁船自帶發電機組供電。在改裝好的航駁船兩側船舷處各安裝兩個枕架，并由保險卡環起到固定作用，待完成枕袋充灌后借助枕袋結構自重，保險卡環自動松開，枕架便向兩側翻動，此時砂枕便會跌落水中。

3.3 拋枕船定位

考慮到本內河航道整治護岸工程施工范圍主要位于近岸50m區域內，結合港口工程護岸施工經驗，縱向控制應借助陸上導向標實現，以保證施工精度符合規范要求，所以在拋枕船定位時，應借助陸上導向標與拉測繩配合的做法，具體見圖1。按照規范要求并結合護岸設計斷面線和相關坐標點進行護岸平臺邊線測放，并以此作為拋枕船定位基準線，拋枕船縱向移動控制主要通過縱向導向標完成，并按照10m間隔設置里程導向標。

（1）定位控制。拋枕船定位及橫縱向移動控制均通過錨纜和絞車完成，為加強定位及位移準確度控制，必須在拋枕船頭和船尾拋交叉錨。拋枕船定位過程中，先以陸上導向標為準絞動錨纜并沿河岸方向縱向定位，再以測繩距離為準絞動錨纜以完成橫向定位。為加強砂枕沉放位置控制，必須調整拋枕船定位，即在拋枕船預定位后測量水深和水流流速，根據所測數據進行拋枕船位置調整范圍的計算，并結合計算結果重新定位。

（2）移位控制。完成拋枕船定位后立即開始砂枕施工，主要采用從河心向河岸逐層拋投填筑的施工次序?？紤]本護岸工程所采用的砂枕尺寸，在完成一排砂枕拋投后應按設計要求將拋枕船向岸坡略微移動，為保證移位精度，應通過絞車控制移位過程。具體而言，應在拋枕船頭和船尾分別安裝一部絞車，并通過兩條尼龍纜繩和岸坡連接；在完成一排砂枕拋投填筑后，通過絞車繩纜使拋枕船向岸坡移位，并加強移位速度和距離的控制。

3.4 砂枕充填

因本內河航道整治工程所使用砂枕規格小，充填量控制存在一定難度，必須加強吸砂泵充填壓力和充填速度控制，如果充填壓力過大，會增大砂料流失量，降低充填質量，如果壓力過小，則會影響充填效率。

本工程采用三叉分頭+獨立閥裝置進行砂枕袋充填，以有效解決充填速度和充填質量之間的矛盾。具體操作程序如下：先開啟1#閥，半開2#閥，關閉3#閥后進行1#和2#砂枕袋充填，待充填至60%容量后砂料流失量開始增加，此時調整獨立閥裝置，使1#閥半開，2#閥全開，3#閥仍關閉；待1#砂枕袋填充量達到80%容量后2#砂枕袋的容量僅為計算容積的60%，此時應關閉1#閥，將2#閥調整為半開狀態，開啟3#閥進行3#砂枕袋充填。按照以上過程循環充填，并根據各砂枕袋填料情況隨時調節獨立閥壓力。根據對充填好的砂枕袋的檢測結果，本內河航道整治工程砂枕袋充填效率可達14～16個/h，充填砂料利用率達75～80%，充填好的砂枕袋高度可達50～60cm，充填效率和施工質量有保證。

3.5 砂枕袋沉放

根據砂枕沉放設計工藝，在沉放施工開始后因個別砂枕袋存在充填不均等問題，導致沉放時砂枕袋歪斜、落水不平，此后通過調整和保證砂枕袋充填質量和均勻度后沉放效果顯著提升。砂枕袋沉放工藝具體見圖2。根據對試驗段流速的測量，該內河航道水體表面流速在1.0m/s以下，根據砂枕袋平拋漂流距離及拋投處實際水深，可得出砂枕袋下落漂流距在1.0m左右，完全可控。

圖2 砂枕沉放示意圖

4.結論

根據對本內河航道整治護岸工程砂枕袋設計斷面和實拋斷面施工結果的比較可以看出，實拋斷面施工結果符合設計要求，但是實際拋填厚度卻高出設計高度，主要原因在于砂枕袋充填后實際形狀改變，拋填后通過測量發現部分區域砂枕袋厚度不足設計填充高度，補拋一層后便導致砂枕袋拋填實際厚度超出設計值。施工結果還表明，針對當前工況，即內河航道實際水深15～16m，水體表面流速1.0～1.5m/s，岸坡坡度緩于1:2，本工程所制定的施工方案合理可行，拋枕船定位及移位、砂枕袋充填度、砂枕袋落點等參數的確定均科學合理，拋填后的斷面也達到設計水平和規范要求，填筑施工效果良好。