沃玉報(bào) 諸青 華長(zhǎng)平

摘要：在長(zhǎng)江南京段崩岸應(yīng)急治理中，需要采用新工藝進(jìn)行護(hù)岸加固，以避免崩岸發(fā)生。經(jīng)比較分析，選用賽克格賓沉箱拋石新工藝進(jìn)行應(yīng)急治理。重點(diǎn)比較了賽克格賓沉箱拋石新工藝與其他拋投工藝的優(yōu)勢(shì)，并從方案設(shè)計(jì)、拋前試驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用情況等方面進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，該工藝效果明顯，推廣應(yīng)用價(jià)值較好，可為其他類(lèi)似工程治理提供應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞：沉箱拋石;崩岸整治;賽克格賓;南京段

中圖法分類(lèi)號(hào)：TV861文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.05.009

1研究背景

長(zhǎng)江干流江蘇段南京河段全長(zhǎng)97km，是《長(zhǎng)江流域綜合規(guī)劃》確定的重點(diǎn)治理河段之一。經(jīng)過(guò)多年治理，長(zhǎng)江南京段河勢(shì)得到一定程度的控制，但局部河勢(shì)仍在調(diào)整，不時(shí)產(chǎn)生新的崩岸險(xiǎn)工。如新濟(jì)洲右緣中下段岸坡崩退、7壩段頂沖上提，危及7壩人工節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定汊道段。三峽清水下泄，河床沖刷加劇，導(dǎo)致長(zhǎng)江南京段河道主流平面擺動(dòng)，水流頂沖點(diǎn)上提下挫，產(chǎn)生新的崩岸險(xiǎn)工（如新濟(jì)洲汊道七壩至陳頂山段）。河道分流比調(diào)整產(chǎn)生新的崩岸險(xiǎn)工（如新生洲右汊進(jìn)口兩岸）。局部河道窄深發(fā)生崩岸險(xiǎn)情（如下關(guān)浦口縮窄段）。

通過(guò)分析觀測(cè)資料可知，三峽水庫(kù)蓄水后，大通站年輸沙量由4.27億t（1951-2002年）銳減至蓄水后的1.45億t（2003～2015年），長(zhǎng)江中下游干流河道將自上而下呈現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)期、長(zhǎng)距離的沖刷態(tài)勢(shì)。1991年1月至2014年12月，長(zhǎng)江南京段0m線以下河槽沖刷泥沙約1.8億m，河床平均沖刷1m，主要位于-5～15m高程問(wèn)，其次是-20m深槽區(qū)域。長(zhǎng)江南京段沖刷態(tài)勢(shì)、河槽刷深，危及堤防安全、河勢(shì)穩(wěn)定，還影響沿線經(jīng)濟(jì)建設(shè)布局和港口碼頭、引排水口等基礎(chǔ)設(shè)施及航運(yùn)的正常運(yùn)行。

長(zhǎng)江南京段部分河勢(shì)變化較大，亟待進(jìn)行應(yīng)急治理以消除安全隱患。其中，長(zhǎng)江南京某段崩岸應(yīng)急治理工程擬采用賽克格賓沉箱拋石工藝。本文著重闡述賽克格賓沉箱拋石工藝設(shè)計(jì)及拋前試驗(yàn)、應(yīng)用情況。

2工程概況

長(zhǎng)江南京段崩岸應(yīng)急治理工程總投資4.96億元，總長(zhǎng)度40.83km，共分7段進(jìn)行整治。其中，因長(zhǎng)江南京某段崩岸基本沒(méi)有護(hù)岸邊灘，江岸存在左沖右淤的狀況，且近期不會(huì)改變。該段岸坡承受長(zhǎng)江主流直接沖刷，地質(zhì)結(jié)構(gòu)屬上軟下砂，抗沖能力差，雖然前期人工護(hù)岸起到了一定保護(hù)作用，但江水淘蝕強(qiáng)烈，容易攜帶走岸坡泥沙，導(dǎo)致崩岸發(fā)生，需采取護(hù)岸加固措施。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，擬采用江蘇省水利廳推廣的新工藝——賽克格賓沉箱拋石新工藝進(jìn)行應(yīng)急治理，主要拋石工程量為114008m。具體工程位置詳見(jiàn)圖1。

3崩岸應(yīng)急治理方案設(shè)計(jì)

河岸的抗沖條件約束水流并制約著崩岸的發(fā)生。因此，在河道平面形態(tài)符合河勢(shì)控制總體要求、無(wú)需改變水動(dòng)條件的前提下，通過(guò)實(shí)施平順護(hù)岸，提高近岸河床抗沖能力，以制止崩岸發(fā)生，特別是城鎮(zhèn)段、碼頭港區(qū)、河口區(qū)域以及外部狹窄的重要堤段。多年實(shí)踐表明其未對(duì)河勢(shì)及防洪造成不利影響，效果較好。

3.1方案比選

水下護(hù)腳工程位于設(shè)計(jì)枯水位以下，在受水流沖擊作用較強(qiáng)的近岸河床區(qū)域，工程實(shí)施后可增強(qiáng)河床對(duì)水流的抗沖能力，從而保障岸坡的安全穩(wěn)定。水下護(hù)腳工程需協(xié)調(diào)與岸線利用的關(guān)系，力求平順，避免對(duì)上下游、左右岸造成不利影響。根據(jù)工程區(qū)域地形、水流條件、周邊環(huán)境，對(duì)分別采用拋石、賽克格賓、鋼筋混凝土鉸鏈排、四面六棱透水框架和主動(dòng)式鉤連體5種型式進(jìn)行比較，詳見(jiàn)表l。結(jié)合某段工況（歷史上崩岸較劇烈，雖經(jīng)過(guò)大量的拋石守護(hù)，崩岸時(shí)有發(fā)生），最終選定整體性和抗沖性較強(qiáng)的賽克格賓沉箱工藝。

3.2方案設(shè)計(jì)

3.2.1總體設(shè)計(jì)

該工程長(zhǎng)度3080m，采用賽克格賓防護(hù)型式。其中，斷面樁號(hào)XNWO7～XNW10約長(zhǎng)280m岸段坡面整體沖刷后退，故采取水下全斷面分兩區(qū)加固，護(hù)寬分別為65～120m和20m，厚度分別為0.5m和1.5m;斷面樁號(hào)XNW10-XNW38約2 800m岸段為加拋防崩層，護(hù)寬20m，厚度1.5m。合計(jì)拋?zhàn)o(hù)面積10.3萬(wàn)m，賽克格賓面積114008m。

3.2.2賽克格賓設(shè)計(jì)

賽克格賓設(shè)計(jì)尺寸為4mx2 mx0.5m（長(zhǎng)×寬×高，下同），內(nèi)裝石料進(jìn)行定點(diǎn)拋投。其中，在厚1.5m的區(qū)域采用4mx2 mx0.5m的尺寸3層疊加拋投。

3.2.3原材料設(shè)計(jì)

（1）賽克格賓鋼絲采用六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)并進(jìn)行鍍高爾凡防腐處理，網(wǎng)面鋼絲直徑為2.4mm，最小鍍層量230g/m;邊端鋼絲直徑為3.0mm，最小鍍層量255/m;綁扎鋼絲直徑為2.2 mm，最小鍍層量230g/m。鋼絲的抗張強(qiáng)度350-550N/m，編織前鋼絲延伸率不小于8%;網(wǎng)孔規(guī)格D為100mm，網(wǎng)面抗拉強(qiáng)度不小于24kN/m，網(wǎng)面翻邊強(qiáng)度不小于23kN/m。

（2）塊石要求石質(zhì)堅(jiān)硬，遇水不易破碎或水解，濕抗壓強(qiáng)度大于30MPa，軟化系數(shù)大于0.7，密度不小于2.40t/m。塊石粒徑為10-30cm，填充空隙率不得超過(guò)30%。塊石粒徑應(yīng)良好級(jí)配，不宜過(guò)大或過(guò)小，不符合設(shè)計(jì)要求粒徑的石料不超過(guò)5%～10%。

4賽克格賓沉箱拋前試驗(yàn)

4.1拋前試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，擬在施工前進(jìn)行拋投試驗(yàn)。主要分以下3種情況。

（1）3層試驗(yàn)段：采用0.5m厚格賓網(wǎng)箱拋3層，厚1.5m，長(zhǎng)50m，寬20m，每小區(qū)格尺寸4mx10m。

（2）2層試驗(yàn)段：采用0.75m厚格賓網(wǎng)箱拋2層。

（3）1層試驗(yàn)段：采用0.5m厚格賓網(wǎng)箱拋1層，厚0.5m，長(zhǎng)50m，寬20m。試驗(yàn)單元具體分區(qū)詳見(jiàn)圖2。

4.2設(shè)備及人員配置

該設(shè)備配有1艘浮吊定位船、1艘沉箱船、3艘深艙石駁船、1艘起錨艇和1臺(tái)挖掘機(jī)。此外，配有管理人員4人、船員6人和綁扎工6人。

4.3試驗(yàn)流程

4.3.1施工定位

在定位船上采用GPS水上工程軟件對(duì)定位船及定位沉箱進(jìn)行船型設(shè)計(jì)。試驗(yàn)采用的沉箱尺寸與劃分的拋石小區(qū)格尺寸一致，均為4mx10m。利用GPS控制定位船的移動(dòng)，當(dāng)船型設(shè)置的沉箱與擬拋投小區(qū)格線型重合即表示一次定位準(zhǔn)確完成，可進(jìn)行下道施工工序。施工過(guò)程中，受水流、風(fēng)向等因素影響，定位船如發(fā)生偏移，根據(jù)GPS顯示的定位船的實(shí)時(shí)位置及時(shí)進(jìn)行校正，保證定位準(zhǔn)確。施工定位示意詳見(jiàn)圖3。

4.3.2拋前、拋后水下地形測(cè)量控制

本次試驗(yàn)段的拋前、拋后水下地形測(cè)量委托第三方測(cè)量，采用多波束測(cè)深儀檢測(cè)校驗(yàn)，檢測(cè)完成后對(duì)拋前、拋后試驗(yàn)段數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。

4.3.3賽克格賓網(wǎng)箱制作

間隔網(wǎng)與網(wǎng)身應(yīng)成90°相交，經(jīng)綁扎形成長(zhǎng)方形網(wǎng)箱。采用配套的、與網(wǎng)面同質(zhì)量的綁扎鋼絲進(jìn)行封口閉合操作，按照間隔10-15cm“單圈一雙圈一單圈”間隔絞合，以確保絞合處的強(qiáng)度。

4.3.4賽克格賓網(wǎng)箱裝填控制

賽克格賓網(wǎng)箱裝填控制采用深艙石料船整平后挖機(jī)在艙內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)箱裝填作業(yè)的方式。深艙石駁抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，用吊機(jī)將挖機(jī)吊入深艙石駁艙內(nèi)，挖機(jī)對(duì)石料進(jìn)行整平，再將兩個(gè)裝箱箱體（以下簡(jiǎn)稱“箱體”）吊人石駁艙內(nèi)，以長(zhǎng)邊并排擺放。深艙船艙內(nèi)寬約9m，為不影響工人綁扎加工，兩個(gè)箱體距深艙外沿各1.5m，箱體間距離2 m。賽克格賓網(wǎng)箱拋石裝填示意見(jiàn)圖4。填料施工中，控制每層投料厚度在30cm以下，一般0.50m高網(wǎng)箱分2層投料，0.75m高網(wǎng)箱分3層投料，每層采用挖機(jī)進(jìn)行粗整平。

4.3.5賽克格賓網(wǎng)箱吊運(yùn)及入艙

入艙時(shí)，在下放賽克格賓網(wǎng)箱至沉箱船艙底1m的橫板處打開(kāi)網(wǎng)箱箱體底門(mén)，使網(wǎng)箱平順落入沉箱船艙內(nèi)，以減小網(wǎng)箱形變。賽克格賓網(wǎng)箱吊和入沉箱船艙見(jiàn)圖5～6。

4.3.6沉箱下放深度控制

根據(jù)拋前測(cè)定的水深情況，計(jì)算下放深度。其深度應(yīng)控制在河床上部3-5m處。

在下放鋼絲繩上，每10m采用紅色油漆進(jìn)行標(biāo)注，每5m采用黃色油漆標(biāo)注，每1m采用白色油漆標(biāo)注。

根據(jù)每次拋投前測(cè)算的深度下放沉箱，待鋼絲繩長(zhǎng)度根據(jù)讀數(shù)達(dá)到要求時(shí)，對(duì)下放限位鋼絲繩的絞關(guān)進(jìn)行剎車(chē)。剎車(chē)完成后，繼續(xù)下放沉箱底艙門(mén)控制鋼絲繩完成艙門(mén)打開(kāi)作業(yè)。賽克格賓沉箱沉放示意詳見(jiàn)圖7。

4.4試驗(yàn)次序

試驗(yàn)段選取了20m×100m的1.5m厚拋區(qū)及20m×50m的0.5m厚拋區(qū)，按照從“上游向下游、遠(yuǎn)岸向近岸、深泓向淺灘”的順序拋投。

首先在1.5m厚拋區(qū)4m×2 m×0.5m尺寸賽克格賓網(wǎng)箱在1～25區(qū)域拋投，然后在1.5m厚拋區(qū)4m×2 m×0.75m尺寸賽克格賓網(wǎng)箱26-50區(qū)域拋投，最后進(jìn)行4m×2 m×0.5m尺寸賽克格賓網(wǎng)箱在選定0.5m拋區(qū)拋投。即先進(jìn)行3層試驗(yàn)段，后進(jìn)行2層試驗(yàn)段，最后進(jìn)行1層試驗(yàn)段。

4.5試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

4.5.1賽克格賓沉箱工程充填量分析

試驗(yàn)段共有3艘深艙石駁提供石料，根據(jù)試驗(yàn)性拋投方案的量方及雙控方式進(jìn)行石料控制。具體數(shù)據(jù)為：3艘深艙石駁量方量為3689.11m，實(shí)際拋投網(wǎng)箱共計(jì)方量3520m。經(jīng)校核分析，以網(wǎng)箱個(gè)數(shù)計(jì)量較準(zhǔn)確，且賽克格賓網(wǎng)箱充填量可以達(dá)到預(yù)先設(shè)定值（0.5m厚單個(gè)網(wǎng)箱裝填4m，0.75m厚單個(gè)網(wǎng)箱裝填6m），確保試驗(yàn)范圍內(nèi)足量拋投。

4.5.2沉箱拋石覆蓋范圍分析

根據(jù)第三方多波束測(cè)圖顯示，沉箱拋石工藝在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)能全面且均勻覆蓋，達(dá)到試驗(yàn)效果，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4.5.3斷面測(cè)量的定點(diǎn)增厚值及增厚率分析

（1）第三方多波束測(cè)量數(shù)據(jù)及圖形。由于試驗(yàn)段水深約40m，且增厚要求為0.5m及1.5m，測(cè)量精度要求較高，按比例多波束掃測(cè)平面圖上有很明顯的體現(xiàn)：試驗(yàn)段拋后較拋前區(qū)域有呈規(guī)律性的塊狀凸起，且基本覆蓋整個(gè)試驗(yàn)區(qū)域。拋后地形多波束測(cè)量見(jiàn)圖8，拋后三維立體成像見(jiàn)圖9。

（2）3層、2層及1層試驗(yàn)段第三方多波束測(cè)量數(shù)據(jù)分析測(cè)點(diǎn)增厚值、斷面增厚值數(shù)據(jù)見(jiàn)表2及圖10～12。

由表2及圖10-12分析可知：①采用沉箱式水下拋石新工藝效果較好，增厚率均達(dá)到DB32/T2334.2-2013《水利工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定規(guī)范》、DB32/T 2947-2016《長(zhǎng)江水下平順拋石護(hù)岸施工規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求;②15m厚賽克格賓兩層拋投較3層拋投施工效果更好、效率更高。

3.5.4拋投工效分析

根據(jù)試驗(yàn)期間每船單層拋投施工時(shí)問(wèn)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：采用0.5m厚網(wǎng)箱裝填的單層拋投時(shí)間在20-25min，1.5m厚拋區(qū)單位面積（4m×10m）3層拋投需用時(shí)60～75min;采用0.75m厚網(wǎng)箱裝填的單層拋投時(shí)問(wèn)在22-27min;1.5m厚拋區(qū)單位面積（4m×10m）2層拋投需用時(shí)44～54min。從施工效率上來(lái)說(shuō)，2層拋投效率比3層拋投提高約30%。

5結(jié)論

（1）從“拋準(zhǔn)、拋?zhàn)?、拋勻”等方面?lái)看，沉箱式水下拋石新工藝較傳統(tǒng)拋石工藝及網(wǎng)兜拋石工藝效果更好。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工流程的嚴(yán)格控制，在拋投量、拋投厚度及拋投范圍上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，且第三方多波束測(cè)量顯示本次試驗(yàn)所選取的3層試驗(yàn)段與2層試驗(yàn)段拋投質(zhì)量均能滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

（2）從原材料控制、定位控制、計(jì)量控制、網(wǎng)箱施工控制、吊裝及下沉控制等方面證實(shí)了沉箱式水下拋石新工藝方法可行、措施可靠，特別在增厚率、平整度、計(jì)量及定位方面較傳統(tǒng)工藝更為準(zhǔn)確，優(yōu)勢(shì)更為明顯。

（3）施工工藝較拋石工藝復(fù)雜，有待進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，但實(shí)施后抗沖及變形能力較好，整體效果較佳，該新工藝在類(lèi)似工程中推廣應(yīng)用前景較好，將為其他類(lèi)似工程建設(shè)提供參考。