大體積充砂土工枕袋水下墊坡新技術應用

王詩祥 余智囊

一、工程概況

淮北大堤信家灣崩岸段（樁號28+465～29+145）位于安徽省蚌埠市五河縣境內，淮河干流流經該河段呈駝峰型，信家灣護岸位于迎流頂沖的凹岸，受岸坡土層抗沖刷能力差、河槽深泓等因素影響，岸坡底流淘刷嚴重，岸坡土體反復崩塌，岸坡越崩越陡，河槽中心線臨近岸邊。為控制信家灣河段崩岸險情發展，多年來工程管理單位投入大量資源進行拋石護岸加固，由于此處水流深急、岸坡陡峻、土體流失嚴重、拋石不能穩定駐存等因素，經常出現汛前拋石、汛期崩塌、汛后無駐石的現象。該段岸坡的連年崩岸已經嚴重危及淮北大堤的防洪安全，是淮干重點崩岸險工，亟需采取有效的防護措施進行除險加固。

信家灣崩岸段位于淮河干流的最深處，河底高程-5.0～-13.4m，-8.0m 高程以上水下岸坡坡度在1∶1.15～1∶4.1，-8.0m 高程以下岸坡較平順。岸坡土層結構自上而下依次為：①層砂壤土；②層淤泥質重粉質壤土，流塑～軟塑；③層重～中粉質壤土，可塑；④層細中砂，中密～密實。岸坡土質特性為：①層、②層強度較低，抗沖刷能力差，且②層土具有弱透水性，水位驟降時易產生邊坡失穩；③層強度較高，抗沖刷能力較強；④層強度高但抗沖刷能力差。

通過對信家灣崩岸段河勢現狀、岸坡土層結構特點的深入分析，得出結論：傳統的拋石護岸無法阻止該段岸坡土體顆粒不斷被水流淘刷流失，水下拋石及水上護坎基層失穩，汛期岸坡反復崩陷，導致多年來拋石護岸治理效果不理想。為有效扼制信家灣河段崩岸險情的惡性發展，從根本上解決崩岸段的保土促淤難題，必須創新治理思路，充分運用新技術新工藝。通過方案比選論證，在崩岸段水下岸坡基層處理方面，采用大體積充砂土工枕袋水下墊坡新技術，以解決土層穩定性差、岸坡越崩越陡的問題；同時，摒棄傳統的拋石護岸，選用復合土工織物軟體排作為護坡體，可有效滿足護坡體整體性好、適應岸坡不規則地形變化能力強的問題。

二、大體積充砂土工枕袋水下墊坡設計

（一）水下岸坡測量

施工技術設計前，為掌握水下岸坡基礎數據，專門組織參建單位聯合進行水下岸坡斷面測量，斷面間距為10m 左右，局部淘刷嚴重坡段斷面間距適當加密。典型斷面測量統計結果表明：信家灣崩岸段水下岸坡陡峻，其中陡于1∶2.5 坡段占總坡長的41%左右，陡于1∶2.0、1∶1.0 坡段均占總坡長的30%左右，且坡形不規則，不利于軟體排的鋪設、搭接和穩定。

（二）水下墊坡方案比選

為解決信家灣崩岸段現狀岸坡的諸多不利因素，要選擇具備縱、橫向均具有較好的延展變形能力，沉放就位后與現狀不規則岸坡結合緊密，且具備體積大、自重大、穩定性好等特點的墊坡技術。經過大量調研和分析論證，結合軟體排護坡原理，發明并運用大體積充砂土工枕袋進行水下墊坡的新技術，其創新點在于就地取材，利用沖砂船將河砂充成土工枕袋，再利用平板駁船將大體積沖砂土工枕袋分層分序沉放于水下陡峻坡面，充分利用土工枕袋良好的透水和延展性好、體量大、穩定性好的優點，有效調整水下坡面的坡度，確保軟體排護坡體的護岸穩定性和可靠性。水下墊坡后的坡度選取，與護岸工程的穩定、工程投資都密切相關。通過多方案技術經濟比較分析，最終選擇墊坡后的設計坡比1∶1.75，現有岸灘寬度40 m左右，用于布置岸肩框架錨固，系統確保護岸工程整體穩定性。

（三）土工枕袋技術參數確定

1.土工枕袋尺寸

綜合考慮信家灣段岸坡實際情況、水下墊坡區域劃分以及土工枕袋生產條件、施工設備等因素，并通過現場試驗比較，最終確定土工枕袋為長6.0～10.0m，直徑Ф0.6～1.0m，中部設小管袋充砂口，土工枕袋內河砂充填度為70%～80%。

2.土工枕袋參數

通過現場充沙試驗，發現230g/m2機織布袋水濾出的速度緩慢，需多次復充，而170g/m2機織布袋水濾出的速度快，充填效果好。比較后選取170g/m2機織布縫制土工枕袋。

三、大體積充砂土工枕袋水下墊坡施工

（一）充填、沉放施工設備

現場充砂、沉放施工主要設備為充沙船、拋投船，均采用平板駁船，充沙船上安裝采砂、充砂設備；沉放船的河岸一端鉸接安裝10m×2m 的活動鋼板平臺，平臺前端兩側焊接鋼筋拉環，拉環連接的鋼絲繩跨過支架，另一端連接固定安裝在平板駁船上的卷揚機。

（二）充填河砂施工

施工時，沉放船船體與沖砂船船體錨鏈，充沙船布置在靠近岸坡側，船體與岸坡垂直停泊，將大體積充砂土工枕袋鋪展在拋投船前端的活動鋼板平臺上，運行采砂充砂設備，由充砂口分別向土工枕袋兩端充填，充填度滿足要求后結束充砂，用綁扎帶鎖緊充砂口管袋。

（三）土工枕袋沉放施工

土工枕袋沉放施工順序：由遠岸至近岸，按劃定的墊坡區域和計算沉放枕袋量分層分序進行；先定位，后充砂，土工袋充砂結束后，開啟沉放船上的卷揚機控制鋼板平臺緩緩前傾，引導大體積充砂土工枕袋平順滑入水中沉放到預定位置，現場安排專業潛水員下水檢查土工枕袋沉放及就位情況，確定是否需要局部增補土工枕袋數量，直至該墊坡區域枕袋沉放施工完成。信家灣護岸結構設計與大體積沖砂土工枕袋水下墊坡施工見圖1。

圖1 信家灣護岸結構設計與水下墊坡施工示意圖

四、結語

淮北大堤信家灣護岸工程竣工十多年來的運行觀測資料表明，大體積充砂土工枕袋水下護坡新技術與復合土工織物軟體排護岸技術的聯合應用，可有效阻止岸坡土顆粒反復被急流沖刷流失導致的岸坡崩塌重大險情，信家灣崩岸段治理工程的護坡體抗沖刷效果符合預期，現狀岸坡長期穩定且保土促淤效果顯著，為大體積充砂土工枕袋水下護坡新技術在江河崩岸治理工程中推廣應用提供了成功案例■