河道整治工程中袋裝砂土枕試驗方案的分析

季 駿，徐文婕，鮑中秋

（南京市水利規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 工程簡介

工程內容：洲頭右緣深槽采用袋裝砂土枕回填，外層1.0 m厚聚丙烯網兜塊石覆蓋防護；洲頭右緣深槽防護為三級復式斷面，頂高程為-5 m，頂寬為5 m，坡比1∶3，二級平臺頂高程-15 m，寬5 m，坡比1∶3，三級平臺頂高程-25 m，寬10 m，坡比1∶3；坡腳水下拋石防護，拋石設計寬度30 m，厚度為2.0 m。砂料取自左汊進口黃家洲邊灘。

2 試拋區域的選擇

試拋區域選取的原則：

（1）本標段與二標、五標相鄰，試拋區域應盡量避免影響相鄰標段的施工。

（2）拋枕施工遵循先上游后下游，先深泓后淺灘，先遠岸后近岸的原則。

（3）拋枕施工時必須劃分小區，準確定位，定量拋投。

（4）試驗區域應在施工區內有代表性，試驗數據才能具有指導作用。

試拋區域的選擇：

（1）對施工區域劃分小區。本工程的拋枕船為開底駁，根據船艙尺寸將施工區劃分為30 m×30 m的區格。

（2）二標、五標銜接段的影響。二標位于本標段（六標）下游，銜接段必須先施工二標的軟體排再施工六標的袋裝砂枕；五標位于六標的上游，銜接段必須先施工五標的袋裝砂枕再施工六標的袋裝砂枕。因此試拋區域只能選擇在六標段的下游。

（3）試驗區域的代表性。施工區域高程-5～-41 m，考慮到岸坡較陡，砂枕可能往江中滑落，因此選擇相對平坦的三塊區域作為試驗區域，試拋一區高程-33～-41 m，試拋二區高程-17～-29 m，試拋三區高程-31～-34 m。

（4）試驗區域施工順序。遵循砂枕施工的原則，按試驗一區→試驗二區→試驗三區的順序進行施工，如圖1。

圖1 試驗區平面位置圖

3 試驗內容及方法

試驗內容：①砂枕的漂距與水深、流速、流向之間的關系；②砂枕落地的成型分布情況；③砂枕充填時間與充盈度之間的關系。

3.1 砂枕的漂距與水深、流速之間的關系

砂枕落入水中后，會沿水流方向向下游漂移一段距離后才能落至河床，在定位船施工前，必須測定落距，落距的測定方法如下：

受水流流速V、砂枕自身重量W和水深H諸因素的影響，拋投砂枕時勢必沿水流方向向下有一段的漂移量。

試驗方法如下：

①定位船定位后，通過流速儀測量流速V，同時采用測深儀測量斷面處水深H。②充填砂枕后，測定砂枕重量W。砂枕重量W通過測砂枕填充后寬度、厚度、長度，計算出砂枕體積，乘以密度求得。③拋投砂枕，通過砂枕上系的浮球，測定漂距S。漂距S通過起拋點坐標與砂袋落點處浮球坐標計算求得，砂袋起拋點確定：在開底駁內，取砂袋正中間位置，扣上繩索及浮球，該處為起拋點，用GPS采集坐標。砂袋落點確定：先用測深儀測水深，再通過收緊浮球上的測繩，調節浮球位置直至測繩讀數與水深一致，該處即為砂袋落點，用GPS采集坐標。④再通過漂距經驗公式S=KVH/W1/6，反算得出K值。

式中：

K-系數

S-砂枕縱向水平漂距，m；

V-施工時拋枕部位水面流速，m/s；

H-拋區相應水深，m；

W-砂枕重量，kg。

計劃拋投五次，取得五組數據，計算得出的5個K值取平均值，用作為漂距量計算的參考值。

試拋砂枕落距的測定方法如圖2所示。

圖2 砂枕落距測定示意圖

3.2 砂枕落地的成型分布情況

本次選定三個試驗拋區，每個拋區為30 m×30 m，拋填厚度2 m，即1 800 m3。通過多波束對試驗拋區及周圍（90 m×90 m范圍）的拋填前后水下地形測量，確定試拋區域實際拋填量，以及周圍每個區域的拋填量，分析砂枕落地的分布規律。

3.3 砂枕充填時間與充填度之間的關系

本次砂枕的充填度不小于70%，施工時如何能在最短的時間內充填達到設計要求是砂枕充填的試驗目的。

砂枕充填分為充枕，排水兩道工序，計劃先充枕至袋口出砂，記錄充枕時間t1，然后靜置排水，記錄排水時間t2，測量砂枕長寬高，計算充填度。通過調整充枕時間t1、排水時間t2，形成多組數據，找出最短時間充枕達到設計充填度的方法。

4 施工準備

4.1 機械人員配備

現場機械有：1艘拋枕船、1艘定位船、1艘吸砂船、2艘運輸船、1艘交通船、1艘警戒船、充砂設備3套；人員有：定位施工員2人、吸沙船4人、運輸船4人、交通船3人、警戒船2人、拋枕船10人。

4.2 材料準備

本公司派專人聯系砂袋供應事宜，保證砂袋及時供應，施工前將所用砂袋布送到有專業檢測資質的檢測機構檢驗，達到設計要求后，準許進場。砂料在指定取砂區取砂。

5 試驗工藝流程

袋裝砂土枕拋投試驗工藝流程：試驗區域網格劃分→定位船定位→充填砂枕→拋投砂枕→定位船移位→充填砂枕→拋投砂枕→水下地形測量。拋枕船采用開底駁，緊靠定位船固定。

5.1 試驗區域網格劃分

根據施工圖和拋枕船的大小，將試驗區域30 m×30 m分為寬3 m條形區格（小區格）進行拋投，每個船位依次錯開3 m，如圖3。

圖3 實驗區網格劃分圖

5.2 定位船拋錨

拋錨順序：外上游錨（領水錨） →里上游錨→外頂頭錨→里頂頭錨→里下游錨→外下游錨。

拋錨時上、下游錨纜應拋成八字形，以利定位船里外移動。定位船拋錨、定位情況如圖4所示：

圖4 定位船拋錨，定位情況

5.3 定位船定位

根據現場試驗確定提前量后將定位船定在大致位置和方向后，即開始定位船的拋錨定位。拋錨順序為：外上游錨——里上游錨——外頂頭錨——里頂頭錨——里下游錨——外下游錨。錨具采用2 t左右的霍爾錨，鋼纜直徑為Ф20，并拋成八字形，利于定位船移位，如圖5。

圖5 定位船定位示意圖

定位船定位后，拋枕船及運砂船靠在定位船兩側，定位船上安裝有三根扒桿，直接將充砂設備吊至運砂船，即可開始砂袋充填。

5.4 砂袋制作、運輸

砂枕施工所用材料主要是高強長絲機織土工布，因此，控制好沙袋質量是砂枕施工質量優劣的關鍵所在。

進場后，立即聯系專業生產高強長絲機織土工布的生產廠家按照設計要求進行試生產，經檢測合格后再進行生產，投入使用。為了保證沙袋的質量，嚴禁將沙袋沿地面拖拽，防止沙袋刮擦、破損。

制作好的沙袋運輸采用交通船運輸，搬運時輕拿輕放，以免沙袋刮擦破損，充沙前經過質檢員的復檢后方可充沙。

5.5 砂料運輸

砂料在指定區域取砂，采取的砂料用專用鐵駁船裝運到施工現場。運輸路線按照滿載時在施工區內從遠岸靠近定位船，空載時從近岸側回到采砂區（該路線已通過航道審批）。

5.6 充填砂枕、拋投

充填砂枕作業在拋枕現場進行，工藝流程如下：展鋪沙袋，檢查枕袋完好狀況——連接充砂管，扎緊充砂袖口——開動吸沙泵和高壓水槍進行充砂——砂枕排水、二次充沙——充盈度達到要求，停止充填，拔出充砂管，扎牢充砂袖口——檢查枕體狀況完好，砂枕制成——拋投。

5.7 試拋后斷面測量

試驗斷面完成后，立即進行拋后斷面測量，采用多波束測量試驗區域水下地形，測量過程中確保做好定點測量，與拋前水下地形形成對比數據。

6 試拋進度計劃

本次砂枕試拋試驗計劃9天完成，試拋工程量5 400 m3。

第一天：漂距試驗，試拋區域拋前水下地形測量，試驗一區拋投砂枕400 m3。

第二天：試驗一區拋投砂枕800 m3。

第三天：試驗一區拋投砂枕600 m3，移船至試驗二區。

第四天：試驗二區拋投砂枕800 m3。

第五天：試驗二區拋投砂枕800 m3。

第六天：試驗二區拋投砂枕200 m3，移船至試驗三區，試驗三區拋投200 m3。

第七天：試驗三區拋投砂枕800 m3。

第八天：試驗三區拋投砂枕800 m3。

第九天：拋后水下地形測量，根據采集數據分析試拋情況，得出相關參數。

7 試驗結論說明

7.1 拋投方式的適應性

闡述定位船、拋枕船在施工過程中的運轉情況，包括定位船的定位、拋枕船施工時人員的安全、砂袋的質量，施工的效率。

7.2 運砂船行進路線的安全性

通過試拋施工時運砂船的運轉情況，判斷運砂船行進路線的選擇是否安全可靠。

7.3 定位船、運砂船、拋枕船之間的停靠方式是否合理，施工是否流暢；與二標、五標之間是否存在干擾。

7.4 漂距公式的推導

通過在不同流速、不同水深條件下進行的試拋試驗，測出多組數據，利用漂距經驗公式反算出系數K值，再采用多波束進行水下地形測量得出各試拋區域的增厚值，通過增厚值對K值系數進行調整，得出更為準確的K值，作為大規模拋投的依據。

7.5 充填度的試驗

根據砂料充填時間指標來判定砂袋充盈率，利用充填時間與充填度繪制曲線圖，在確保砂枕充填度能滿足設計要求的前提下，提高施工效率。