航道整治護岸工程砂枕護腳施工問題探討

張君波 余山 長江重慶航道工程局

砂枕拋填作為較為成熟的施工工藝，在各類航道整治工程中應用廣泛，過去多采用施工水位以上反濾層+拋石、水位以下拋石以及先沉排護底再在其上拋投砂枕鎮(zhèn)腳的施工措施，以上處理方法對于受水流頂沖的陡峭河岸無法保證沉排護底施工質(zhì)量，很難保證砂枕有效排布并與岸坡緊密銜接，引發(fā)護岸工程毀損的可能性極大。在常規(guī)沉排護底拋投砂枕基礎(chǔ)上所出現(xiàn)的拋枕護腳施工工藝能較好解決這一技術(shù)難題，并在施工效率、原材料供應、經(jīng)濟效益等方面均具有顯著優(yōu)勢。

1.工程概況

某航道整治工程建設(shè)規(guī)模為雙向通航1000t級江/海輪、2艘1000t級內(nèi)河頂推船隊三級航道，水深4.0m，航道底寬80m，最小彎曲半徑480m，通航保證率可達98%。根據(jù)鉆探地勘資料，該航道所在區(qū)域主要為粉砂、淤泥及淤泥質(zhì)黏土等較細沉積物，沿河流水平向由內(nèi)向外以及沿河道垂直向由下至上泥沙顆粒整體呈由粗至細的變動趨勢。該航道Y彎段主要為砂質(zhì)河床，由于該彎段河道疏浚及切灘工程棄土距離遠，棄土成本高，故決定使用排水、反濾功能較強的土工織物袋，并利用棄土作為主要填充材料加工成砂枕，用于填充加固護岸。砂枕護腳措施既能有效解決航道工程石料緊張的問題，又能充分利用開挖疏浚的泥砂廢料，經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。

2.施工方案設(shè)計

本航道整治工程采用直徑1.2m，長度3.0m和5.0m兩種砂枕，130g/m2丙綸編織布和寬30mm加筋帶所構(gòu)成的土工合成材料物理力學指標詳見表1。加筋帶拉伸負荷10000N，伸長率＜25%，單位質(zhì)量至少30g/m。

表1 丙綸編織布物理力學指標

砂枕內(nèi)主要充填混合少量中砂的細砂，且充填料特征粒徑d85 在0.14mm以上，d15 在0.14mm以下，為便于砂枕成型和穩(wěn)固，粒徑在0.005mm以內(nèi)的粘粒含量可超出10%。在砂枕充填過程中，為避免發(fā)生爆裂，必須將枕袋內(nèi)壓力嚴格控制在20～30kN/m2范圍內(nèi)，且按照枕袋實際容積的80%確定充填度，保證充填料填筑后干容重至少為14kN/m3。

本航道整治工程砂枕護岸斷面示意圖詳見圖1。

圖1 砂枕護岸斷面示意圖

3.施工過程控制

3.1 拋枕船定位及位移

考慮到本航道整治護岸工程施工區(qū)域主要為近岸50m范圍，結(jié)合港口工程常用的拋枕補坡施工方法，借助陸上導標配合拉測繩的方式進行拋枕位置定位與控制，即可滿足施工質(zhì)量及精度要求。

（1）縱向?qū)嗽O(shè)置。在施工開始前，結(jié)合已知坐標點及護岸斷面線進行護岸上平臺邊線測放，并以此為拋枕船與岸坡距離控制的基準線，拋枕船順岸坡縱向移動的距離主要依據(jù)縱向?qū)丝刂疲凑?0m間隔進行1對里程標測設(shè)。

（2）漂移距確定。通常通過兩種方法結(jié)合的方式進行漂移距確定，一是拋投法，即選擇一試驗斷面，根據(jù)水深條件選擇相應長度的纜繩并垂直放置于枕架，將空枕袋置于枕架上沖枕，完成后收緊系好纜繩，另一頭則綁扎在拋枕船上，通過GPS進行繩結(jié)位置定位；待將砂枕拋投入水后將纜繩收緊，并拉至與河底垂直后再進行GPS定位，并與拋投前位置進行對比后測算出漂移距。二是公式法，即按照下式確定漂移距：

式中：Ld—砂枕水平落距（m）；Vf—砂枕拋投施工段水流流速（m/s）；H—砂枕拋投施工段實際水深（m）；G—砂枕袋重量（kg）。通過該式便可計算出砂枕袋漂移距離，并結(jié)合工程實際，繪制砂枕拋投施工段水深、水流流速、漂移距離等關(guān)系曲線，以便為拋枕船船舶定位提供參考，并根據(jù)漂移距理論計算結(jié)果調(diào)整拋枕船位。

（3）定位控制。采用錨纜和轎車控制拋枕船橫縱向位移，為確保拋枕船精確穩(wěn)定定位，必須在船頭和船尾拋交叉錨。拋枕船縱向定位過程中先以陸上導標為參照絞動4條錨纜，以便將船定位在施工段區(qū)域內(nèi)；此后拋枕船橫向定位時主要通過測繩進行距離控制，絞動錨纜定位至預定位置。為保證砂枕沉放位置的準確性，必須按設(shè)計要求調(diào)整和修正拋枕船定位，具體而言，應在拋枕船到達預定位置后打水測深，并測量水體表面實際水流流速，結(jié)合漂流距離相關(guān)統(tǒng)計資料進行船舶位置調(diào)整值的計算，并根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整拋枕船定位位置。

（4）移位控制。完成拋枕船定位后便可開始砂枕護腳施工。結(jié)合施工方案，應從河心開始向岸邊逐層拋填砂枕，完成1段拋填后再移至下一船位拋填施工。考慮到本航道整治護岸工程所使用砂枕尺寸，在完成1排砂枕拋填后拋枕船應向岸坡移動較小距離，為保證移位的準確性及移動速度，必須在拋枕船頭和船尾分別安裝1部絞車，并分別用2條尼龍繩連接在岸坡地牛上；在完成1排砂枕拋投后通過絞車錨纜絞動使拋枕船向岸坡移動，期間通過測繩進行位移控制。工程實踐結(jié)果顯示，本航道整治護岸工程所采用的拋枕船移位方法可靠準確，能滿足砂枕護腳拋投施工精度要求。

3.2 砂枕充填

本航道整治護岸工程所使用砂枕規(guī)格小，泥漿泵壓力控制是保證砂枕充填速度及質(zhì)量的關(guān)鍵，若充填壓力過大，則會增大砂料流失，無法保證充填均勻度，降低充填及施工質(zhì)量；若充填壓力過小，則不利于充填施工效率的提升。為有效解決充填壓力和充填速率之間的矛盾，保證施工進度和質(zhì)量，本工程采用配備獨立閥裝置的三叉分頭分別進行砂枕袋輪流充填。在充填1#及2#砂枕過程中，先全部開啟1#閥，半開2#閥，關(guān)閉3#閥；待1#砂枕充填至60%時砂料流失量開始增大，此時應將1#閥調(diào)整至半開狀態(tài)，2#閥全開，3#閥仍關(guān)閉；待1#砂枕充滿后，2#砂枕則充填至60%，此時應將1#閥關(guān)閉，2#閥半開，并開啟3#閥，同時充填3#砂枕。按照以上順序循環(huán)操作，并應根據(jù)砂枕袋實際充填情況進行壓力的實時調(diào)整，以保證充填施工效果。

本航道整治護岸工程所采用的砂枕袋填充工藝可達到80%左右的充填度，砂枕充填后高度可達50～60cm，能有效保證砂枕充填質(zhì)量。根據(jù)施工結(jié)果，砂枕袋實際充填效率為14～15個/h，且對充填砂的利用率至少為80%。

3.3 砂枕沉放

拋投施工初期，因個別砂枕充填不均，在沉放過程中枕體落水不均，采取措施保證充填均勻后沉放效果顯著改善。本航道砂枕護腳拋投段水深淺、水流緩慢，施工開始后流速測量結(jié)果表明，流速不超過1.0m/s。通過測試和統(tǒng)計砂枕平拋漂流距離發(fā)現(xiàn)，砂枕在此流速及實際水深下，下落漂流距離約為1.0～1.2m，完全符合設(shè)計要求。

4.施工效果

通過比較本航道整治護岸工程砂枕實拋斷面與設(shè)計斷面發(fā)現(xiàn)，實拋斷面基本符合設(shè)計要求，但實拋厚度較高，分析原因不難發(fā)現(xiàn)，砂枕充填后實際高度增大，且為扁平狀軟體，拋填后部分區(qū)域砂枕厚度無法達到設(shè)計要求的0.8m高度，為此進行了補拋，而補拋后砂枕實際厚度超出0.8m。

在水深16m、水面流速1.0～1.5m/s，河岸坡度緩于1:2的實際工況下，采用本工程所用的砂枕護腳拋填施工技術(shù)，船舶定位、砂枕充填及砂枕落點等均滿足設(shè)計要求，斷面拋投效果較為理想，但是砂枕實際工程量高出設(shè)計工程量。

5.結(jié)論

工程實踐表明，航道整治護岸工程砂枕拋投護腳工藝比傳統(tǒng)的反濾層+拋石以及先沉排護底再拋投砂枕鎮(zhèn)腳的施工措施更有助于提升岸坡安全穩(wěn)定性，砂枕材料還能起到一定的護底作用，能有效避免陡峭水域沉排施工護底難以有效到位等弊端，保證砂枕排布能與坡比還原后的岸坡密貼，在充分利用棄土資源的同時能顯著降低施工成本和難度，值得在航道整治護岸工程中推廣應用。