復雜水流形態下的充砂枕袋封堵河槽工法措施研究

陳明明

（安徽水利開發有限公司，安徽 蚌埠 233010）

近年來，在長江施工時經常遇到深水復雜水流形態，部分江段洲頭分叉入口處水流流速大、流態紊亂[1]，水深超過40 m，河床沖刷嚴重，部分坑槽深度達8 m，感潮段受潮水周期性影響，水位、流速、流態均不斷變化。長江航道因其船舶通行量大，難以封閉河道施工，導致有效施工面狹小且安全風險大[2]。鑒于此，本文針對深水復雜水流形態充砂土工枕袋封堵深槽施工，開展了專項研究，形成了一套先進的施工方法及裝備，通過工程實際驗證，取得了良好的經濟、社會效益，現就該工法做簡單的介紹。

1 工法原理、特點及適用范圍

該工法的原理：根據實測的復雜水流條件，對枕袋進行二次深化設計，優化枕袋及袋體加工；根據多波束測量儀確定水下地形[3]，劃分拋投網格；運用六通吹灌裝置充填枕袋，泌水后將其充入水面飄落著床，并進行實時跟蹤測量，及時補拋。

該工法的特點主要包括三個方面：

1）枕袋二次深化設計，滿足深水復雜水流條件。根據水流條件，對枕袋進行二次深化設計，優化規格尺寸、加筋數量和孔隙率，并使其強度和泌水性滿足施工要求，從而提高工效。

2）精確拋投。根據實測水下地形，運用GPS 和RTK 系統聯動[4]，精確拋投枕袋，并進行實時跟蹤測量。

3）快速充填、成型率高。同時使用多臺泥漿泵及管道，提高充填效率，并及時調整水槍姿態，控制充填過程中的含水量，提高成型率。根據該工法的特點，確定該工法主要適用于水深小于40 m，流速小于2 m/s 的河槽、淺海灘涂、海槽等利用砂枕袋封堵施工的區域。

2 工法流程及操作要點

2.1 工法流程

該工法的施工流程見圖1 所示。

圖1 施工流程圖

2.2 操作要點

1）施工準備：根據設計圖紙編制施工方案；根據設計要求，進行材料招標、廠家考察；對施工管理人員及操作人員進行安全、技術交底；優化充砂土工枕袋生產參數；編報通航安全專項方案，辦理水上作業許可，按方案設置施工警戒區域；編報航標設置專項方案，辦理通航安全許可，發布航行公告，調整航標，設置警戒及巡查。

2）袋體優化設計及加工：充砂土工枕袋上的袖口長度為0.3 m，直徑為0.2 m；枕袋的縱橫向進行加筋處理，沿袋長縱向封閉加筋，每個袋子均勻地加筋2 圈，縱向間距1 m 加箍筋；縱筋單位長度重不小于46 g/m，寬為0.05 m；充砂土工枕袋封口用的系帶條每根單位長度重不小于8 g/m。袋體優化后的尺寸如圖2 所示。

圖2 袋體優化設計后尺寸

3）水下地形測量：水下測量采用專門測量船，采用GPS 定位系統配合多波束測量儀器，測量數據由采集軟件自動采集。

4）拋投網格劃分：對拋投前測繪的地形進行網格劃分，并統一編號，根據網格中所需方量確定枕袋的數量。

5）吸砂船、拋枕船定位泊錨：拋枕船按照預先測放好的橫斷面定位線現場駐位，拋枕船船身平行于水流方向，采用“四錨法”固定。拋枕船定位如圖3 所示。

圖3 拋枕船定位示意圖

6）運砂船靠泊、接通吹灌裝置：運砂船應嚴格按照《采砂施工期通航安全保障方案》中指定的路線進行運輸，嚴禁逆行；運砂船應在接到準確的號令后方可靠泊；運砂船靠泊后，應根據水位變化及時調節系纜的長度；充填前將充填設備管路連接好，進行試吸砂，檢驗設備能否正常運轉。

7）吹灌充填枕袋：在輸砂總管兩側各加工3 個鋼管接頭，并安裝閘閥及軟管構成六通吹灌閥，啟動吸砂泵，使水砂源源不斷地被送入枕袋中。

8）泌水、拋投：砂袋裝好后，沙袋要兩次排水，第一次是人工排水，第二次是高壓水槍排水，其中高壓水槍的功率要足。

9）質量檢測：拋投結束后，采用多波束測量儀器進行水下測量，對未到達設計高程和漏拋區域進行補拋，直至達到設計要求；拋投船定位一次，可覆蓋周圍50 m 范圍內的區域。

3 工法的質量要求及控制措施

3.1 工法的質量要求

1）土工枕袋的規格、質量、拼接縫形式和縫合強度滿足設計要求。

2）不同時段，不同位置進行水深測量、流速測量，漂距實驗，實時動態調整。

3）拋投后及時測量成型效果，對比分析。

4）充砂填料的級配及含泥量應滿足設計要求，小于10%。

5）所用土工織物按每5 000 m2抽檢1 次，每批次不足時按1 次抽檢，取樣檢查，并檢查出廠質量合格證明和檢驗報告。

6）砂料按每1 000 m3進行1 組抽樣檢驗，優先選用中細砂類土，含泥量不應超過10%，直徑為0.05 mm的砂粒含量宜大于50%，本工程采用含泥量小于10%的中細砂。

7）充填水力造成的泥漿濃度宜為20%～45%，袋體內填充的充盈度應控制在75%～85%之間，本工程選用80%。

3.2 工法的控制措施

3.2.1 質量控制措施

1）施工前根據設計圖紙及水下地形測量成果，準確繪制擋位圖。

2）選擇具備資質條件的廠家生產枕袋。

3）加強對施工作業層的技術、安全交底。施工前按施工方案對施工人員進行書面技術交底。

4）加強充砂過程的控制，流速、水深量測的控制，及時進行漂距實驗，拋投質量進行掃測。

5）充填至80%時，安排施工工人以踩踏的方式進行人工排水。

3.2.2 安全控制措施

1）施工前，按照《施工期專用航標設置方案》航標布置要求，提前聯系航道部門調整航標位置。

2）在施工區域上下游設置警戒船，施工期間派專人值班，并要求值班人員每隔半小時利用航道公共“6頻道”向過往船只喊話，提醒過往船只注意安全。

3）根據編制的專項施工方案做好安全施工技術交底及安全教育工作，針對每個工序施工的特點和安全管理隱患點，做好安全防范工作。

4）安全防范重點：嚴防水上作業落水事故。

5）拋枕船、采砂船等施工船舶安裝視頻監控設備、導航系統，實時監控。

6）施工船舶必須持有有效的《船舶檢驗證書薄》、船舶營運證書（或許可證）、船員任職證書，三證齊全，否則嚴禁租用。

7）機動船舶均需配備GPS、AIS、VHF 和雷達[5]，船舶錨系設備的形式、數量和強度必須適應本航區的作業安全要求，所有施工船舶配備完善的通訊設備，便于接受準入指令，否則禁止在本項目使用。

8）現場安全員隨時注意觀察工程附近船舶交通流的情況及通航環境的變化，及時提醒并引導施工船選擇合適的時機安全進出作業區。

3.2.3 環保控制措施

1）根據《中華人民共和國防治船舶污染內河水域環境管理規定》等相關內河環境保護法規的要求，將防治船舶污染水域環境列入重要的環節來實施。

2）在施工期間，對產生的主要污染源和污染物采取防治水域污染的作業方案和有效的安全及防污染措施，并取得海事管理機構的批準。

3）向作業船舶宣傳貫徹關于防治船舶污染內河水域的有關規定，施工作業時，安排專人負責現場管理，加強監督，發現問題及時制止。

4）船舶含油污水、生活污水，含有毒液體物質污水排放應符合國家和地方有關水污染物排放控制標準及要求，不符合排放標準及要求的，委托有資質的污染物接收單位接收處理。

5）船舶按相關規定的操作程序對所產生的垃圾進行分類、收集、存放，禁止向內河水域排放船舶垃圾。

6）船舶根據自身的職責權限，按照內河環境保護法規等相關規定，對從業人員進行防污技能培訓。

4 案例分析

4.1 長江馬鞍山河段二期整治工程施工標（七標段）

長江馬鞍山河段二期整治工程施工標（七標段）：主要建設內容為小黃洲左汊口門護底工程、護底與左、右岸側連接護岸工程及小黃洲左右緣加固護岸工程。小黃洲左汊口門護底工程位于小黃洲左汊口門上段，護底順水流長度約900 m，垂直水流寬度為（330～420）m。護底左岸側連接加固護岸工程長900 m（小黃洲頭及左緣段）。小黃洲頭及左右緣加固護岸工程長2 600 m，本標段充砂土工枕填槽（墊坡）工程主要包括充砂土工枕填槽及充砂土工枕墊坡等，工程量約25.62 萬m3。

采用此項施工工法的技術要求：枕袋采用聚丙烯編織布制作，袋體縱、橫加箍筋，提高袋體強度減小破袋率；網格化精確拋投，減少返工；采用吸砂船輔助交叉充填，充填過程中不斷調整高壓水槍姿態，控制漿液含水率，提高施工用砂利用率[6]。該方法施工速度快，節約工期，拋投效果質量高，為后續軟體排施工節點目標的實現提供有力保證。

4.2 安徽省長江崩岸應急治理工程第三批Ⅳ標段項目

安徽省長江崩岸應急治理工程第三批Ⅳ標段：該項目是國家172 項重大水利項目中長江中下游干流河道治理的子項，工程實施對維護河勢穩定、提高抵御崩岸災害能力、保障防洪及人民生命財產安全、沿江經濟發展等方面具有重要作用。本標段為位于池州市東至縣境內幸福洲區域，崩岸治理區域長度為1 500 m，對應樁號0-300～1+200。主要建設內容為水下拋石護腳（0-300～1+200）、水上散拋石護坡（0-300～0+200）和水上混凝土塊護坡（0+200～1+200）、充砂土工枕墊坡、素混凝土軟體排等施工內容。

項目采用該工法，總體工程按合同工期完成，未發生任何質量、安全事故，工程進度、質量及安全均滿足合同要求。工程完工后，經水下多波束測量，施工區域范圍、厚度及均勻性均滿足設計及規范要求；經過多年的運行，工程穩定可靠，岸坡崩塌得到有效抑制，工程效果顯著。

5 結 語

簡單介紹了復雜水流形態下充砂枕袋封堵河槽工法，主要包括該工法的特點、適用范圍、工作流程、操作要點及質量要求和控制措施，并進行了相關案例分析。復雜流態下充砂枕袋封堵河槽工法能夠極大程度地保證施工質量、節約施工成本、縮短工期，還能夠帶來良好的社會效益和經濟效益。