長江崩岸應急治理方案研究及應用

郭曉玲，姚玉扣

（儀征市水利工程總隊，江蘇 揚州 211400）

0 引言

長江經濟帶是我國經濟發展的重要方向之一，是黨中央“十四五”規劃的重要決策之一，長江沿線整治已成為涉及省市的重點規劃項目[1]。其整治工程主要為崩岸治理、環境提升、碼頭整治等方面。根據每年排查統計，長江中下游崩岸險情范圍約占總沿線的60%，發生頻率及范圍也具有增長趨勢，選用一種可靠的、生態的崩岸治理方案已得到相關部門的重視[2-3]。有學者[4]在崩岸監測技術方面提出應持續的、全面的搜集相關數據，建立全面的、科學的崩岸案例數據庫。也有學者[5-6]在崩岸治理方面，結合當下塊石資源短缺的現狀，提出采用人工預制混凝土塊作為替代的治理方案。也有學者[7-8]根據崩窩數量多、聯動范圍廣、破壞性大等特點，從拋護體形狀方面研究能適應長江岸堤強沖刷的拋投體，提出網格籠混凝土塊及大面積格賓護墊的防護型式。也有學者[9-10]從拋投技術方面研究拋投體漂移軌跡，提高拋投體落定位置精度，使得拋投質量得到有效控制。但在現階段研究成果中，鑒于長江岸堤的河勢變化復雜多樣，拋投數據搜集仍不全面，仍需大量拋投試驗作為工程施工的前提條件。

本文提出一種拋石與鉤連體配合的江堤拋護方案，總結該類工程的拋護重點注意事項及可能出現的安全隱患。經現場拋投試驗，擬合拋投體漂移公式并論證拋投設計，為江堤崩岸治理工程提供可靠試驗數據。在能夠保證拋護質量的同時，優化拋投體數量，提高工程經濟效益。

1 崩岸應急治理方案概述

長江岸堤崩岸因具有破壞范圍較大、土層含沙量較高、江水潮汐漲落落差較大等特點。其崩岸治理方案應以整體性較好，能夠大面積帶水施工的防護措施為主。拋石護岸是一種最為有效且環保的措施，但隨著近年來合適的石料越來越難采購，出現了一種預制混凝土材質的主動式鉤連體防護型式（見圖1）。兩種拋投型式也可根據各自適用條件，劃分區域配合實施。總結兩者實施條件及注意事項詳見表1。

圖1 預制鉤連體設計及成品示意圖

表1 拋石與主動鉤連體拋投實施對比特性表

2 拋投質量控制因素分析

2.1 安全隱患分析

不管是拋投塊石還是鉤連體，拋投的過程中仍會存在各種安全隱患，應事先做好預防及應急準備。安全施工的控制重點：浮吊船水上作業安全、運輸航道通航安全、輔助船只通航安全、挖掘機操作安全、臨時用電安全、吊機操作安全。拋投過程中可能造成水上船只碰撞或擱淺事故，嚴重情況下會出現人員落水或傷亡事故。應重點分析施工作業種類、危險源、可能出現危險情況，以及提出控制措施，詳見表2。

2.2 拋投準備及試驗控制

拋投工程的質量控制重點在拋護面的完整性、均勻性等方面，其中塊石拋投應滿足厚度設計限值，鉤連體拋投應滿足單位平方米內數量設計限值。拋投試驗前期應做好水下地形探測，制定相應拋投施工方案。主要控制因素有定位、工具選用、拋錨順序三大因素。

（1）定位船坐標的計算是整個拋投工作中最為重要的一個環節，定位的結果直接影響拋投體的防護效果，如圖2 所示。指派專業人員進行現場協調，確保定位船就位后，還應采用專業探測技術進行復測，并通過定位船各方向固定錨索反復調整至設計位置。施工過程中，偏移量超過0.5 m 時，應進行調整或重新定位。拋投位置應考慮吊機工作不可避免的死角問題。

圖2 定位船拋錨布置示意圖

（2）定位船應配套滿足水深及抗水流沖力的錨和纜繩。鑒于水流流速影響，一般上游錨選用較重的錨，約為下游的1.3～1.5 倍重。且連接錨的纜線應選用直徑不小于21.5 mm 的鋼纜，定投用鋼纜規格可稍微小一些。

（3）為保證拋護船的穩定性，通常在船頭和船尾各配備3 根鋼纜固定。每根鋼纜配備一個電動收放控制裝置，便于調整船身方向。其中船頭主纜承擔水流帶著船往下游飄的拉力，船尾尾纜控制漲潮時上下位移。拋錨時應嚴格按照先上游錨后下游錨順序，兼顧先外錨后里錨的原則，最終以八字錨定位。

（4）拋投試驗設計方案通常采用20 m 為一段，根據拋投區域情況確定劃分單元的尺寸。拋投作業正式開始前，為防止出現擱淺或觸碰障礙物等情況，拋投段水深應重點加密測量。比對水下地形圖，在探測前后3 次均無較大變化時可開展拋投材料準備作業。拋投區域根據水下地形劃分為若干方格區域，根據初步匡算的拋投量進行材料準備。同時在進行拋投前，應對船下位置實際水流流速進行測量，測速位置深度應在2/3 水深處。需采用具有一定強度和防腐性能的繩索綁好拋投體，記錄拋投位置與水下落點位置坐標，通過坐標換算可得到相應漂距。最終根據試驗數據擬合拋投軌跡方程，使得拋投作業的均勻、連續得到有效控制。

2.3 工藝流程控制

為確保鉤連體能均勻的拋投至每個區格內，可采用吊裝沉放或滾卸工藝對鉤連體進行拋投作業。拋投時應根據拋投區實際地形進行拋投量及位置動態調整，以保證岸坡防護效果。拋投體為鉤連體時，可采用平板船運輸至浮吊船上拼裝后拋投；拋投體為塊石時，可采用網兜拋石工藝對水下護岸進行拋石施工，水下護岸部分還需用挖掘機進行平整。具體操作流程見圖3。拋投順序應嚴格按照先淺后深、先近后遠、先上游后下游。在工程開工前，應組織監理、承包人和發包人對石料產地進行考察，并由監理單位代表對料場石料現場取樣并送檢有塊石檢測資質的機構進行塊石檢測,只有石料的硬度、濕抗壓強度、軟化系數、容重及有關指標滿足設計要求，才能作為供料場。運輸船的配備根據工程規模而定。石料運輸船舶宜選擇1000 t 貨船，鉤連體運輸船宜選擇400 t平板船進行鉤連體運輸，每艘拋投船上配有所需的GPS-RTK 測量定位系統，石料運輸船的網兜也采用質量較好的網兜，保證在起吊及回旋過程中不發生破裂，以保證施工質量及安全。

圖3 拋投體拋投施工工藝流程示意圖

3 工程應用

3.1 工程概況

長江（江蘇段）岸堤崩岸治理工程，主要分布在南京至南通約72 km 范圍內。共排查出較大崩岸約20 處，其中儀征小河口處因地形特殊，存在近似直角的沖刷彎道。該段防沖要求較高，擬采用具有較高強度的鋼筋混凝土鉤連體進行拋護。小河口段新建護岸長度約1.1 km，擬沉放主動式鉤連體方案為主，近岸采用散拋石防護，拋護寬度為65～90 m，劃分3個區域進行綜合拋護，見表3。

表3 長江岸坡（江蘇段）拋投防護設計

3.2 現場拋投試驗

（1）分單元拋投設計

區格的尺寸也是影響拋投質量的因素之一，其寬度影響拋投船單次拋投效率，長度直接影響拋投船的定位次數和施工進度。拋投過程中應特別注意，各小區格的拋量和數量應基本一致，區格拋量偏差應在設計拋量的±5%范圍內。本工程鉤連體與塊石的拋投均采用起重機拋投，起重機吊臂回轉半徑12 m，擬將拋區劃分成面積相等的標準區格，便于工程范圍整體劃分控制，進一步細分的小區格是為了便于拋投質量控制。垂直流向寬度為5 m，順水流向長度為10 m，詳見圖4，局部特殊地形處采用不規則區格做銜接。石塊拋投劃分標準區格共約1700 個，不規則區格共約160 個；鉤連體拋投1.0 m×1.0 m 小區格共計約8.1 萬個，塊石拋投2.5 m×2.5 m 小區格共計約0.2 萬個。為了滿足每單元工程不少于3 個檢測斷面的要求，擬沿工程區域縱向順水流每隔約20 m設1 個檢測斷面。拋投過程中應定期進行水下拋投地形監測，預防漏拋，及時控制水下拋護情況。

圖4 拋投標準區格及小區格示意圖（單位：m）

（2）拋投軌跡方程

拋投體在水下的降落軌跡直接受水流流速和流向影響。由于工程段處于水流流速較大位置，水流以單向流為主，易出現近直角急轉彎。因此拋投作業時水流流速應控制在小于2.5 m/s 范圍內，枯水位為1.5 m。經過現場20 組拋石試驗以及20 組鉤連體拋投試驗結果，拋投體水平漂距與拋護區域水位H、面層流速V 成正比關系；與石塊自重W1成0.167 次方的反比關系；與鉤連體自重W2成0.164 次方的反比關系。通過對實驗數據擬合，得到拋石漂距S1與鉤連體漂距S2的計算公式如下。

式中：S1為拋石漂距，m；S2為鉤連體漂距，m；W1為石塊自重，kg；W2為鉤連體自重，kg；V 為面層流速，m/s；H 為拋護區域水位，m。

3.3 效果分析

結合工程受潮汐及汛期影響較大特點，考慮鉤連體預制、養護及運輸作業配合，將劃分為8 個施工隊相互配合施工。根據每日要求最低預制1000 個鉤連體的施工任務量，每日需配備1000 套鋼模板同時施工，每套模板需周轉200 次。據統計，塊石拋投量總計約1.2 萬m3，鉤連體約20 萬個。根據施工過程中水下地形跟蹤測量結果，拋護區域塊石及鉤連體總體分布均勻，達到設計要求。

4 小 結

（1）考慮到自拌混凝土對環境的污染較大，長江沿線工程可采用商品混凝土進行主動式鉤連體的預制。商品混凝土由廠家拌和，由商品混凝土攪拌車運輸至現場，滿足環境保護要求。

（2）對于參與施工的船舶多，施工作業面積大的拋投工程，應重點關注水上安全，降低施工風險。

（3）拋投過程中應不斷搜集拋投體飄落距離，及相應水深、流速等資料，應動態論證及更新相應漂距擬合公式。根據拋投現場條件的變化，重視定位船的拋錨效果，提高拋投作業參數精確度，保證拋投均勻性。