耿曉明， 張 力， 趙相業(yè)， 楊 恒

(1.南京市秦淮河河道管理處， 江蘇 南京 210012；2.鹽城市農業(yè)資源開發(fā)規(guī)劃設計與評審中心， 江蘇 鹽城 224000；3.江蘇九天工程項目管理有限公司， 江蘇 南京 210013)

1 秦淮新河切嶺段概況

1.1 切嶺段現狀

秦淮新河位于江蘇省南京市，為長江下游一級支流，全長16.8 km，是一條人工開挖的河道，集行洪、灌溉、航運、調水、旅游等功能于一體。秦淮新河切嶺段位于雨花臺區(qū)鐵心橋至紅廟橋之間，全長2.9 km，屬于丘陵崗地，頂高程約30 m(吳淞高程，下同)，于1975年12月開工，1979年11月竣工，開挖過程中在巖體內發(fā)現中生代次火山巖系風化物，經薄片鑒定為安山玢巖，并都遭受較強烈的蒙脫石化。根據蒙脫石具有強烈的吸附性和遇水膨脹的特點，當時采用以防滲、防巖體風化和防隆脹等綜合治理方案，邊坡處理的具體方法是在膨脹性巖土的坡面上覆蓋一層1.5 m厚的下蜀黏土，為避免洪水沖刷，下蜀黏土面上再鋪一層漿砌塊石[1]。現狀切嶺段常水位河面寬約60～100 m，坡比約為1∶1.28～1∶3.0，高程15 m以下為漿砌石護坡。

1.2 施工前護坡破損情況

隨著漿砌石護坡長期運行，加上水位變幅區(qū)受船行波沖刷影響，切嶺段沿線漿砌石護坡破損嚴重，為了詳細了解秦淮新河切嶺段水下護坡的破損情況，工程設計前對切嶺段水下護坡破損情況采用了人工巡查，多波束全覆蓋掃測和雙頻識別聲吶探測相結合的方法進行檢測分析。檢測結果顯示：切嶺段多處區(qū)域漿砌石護坡破損嚴重，表現為表面勾縫砂漿脫落、塊石破損，河底散落大量漿砌碎石。檢測結果如表1所示。

表1 水下護坡破損情況檢測結果

考慮到切嶺段巖體不均勻分布有膨脹土，漿砌石護坡大量破損極易導致下層黏土沖刷剝離，對護坡安全造成危害，急需對現狀水下漿砌石護坡進行維修加固。

2 工程設計

鑒于秦淮新河為規(guī)劃IV級通航河道，日常船流量較大，切嶺段斷面狹窄，加之漿砌石護坡深入河底，搭設臨時圍堰導流施工對通航安全造成嚴重影響，同時施工難度較大。為了在施工期間不影響河道的通航功能，經研究分析選擇了方便水下作業(yè)的模袋混凝土護坡。模袋混凝土工藝在水下施工既不需要搭設圍堰和導流，施工機械化程度高、速度快、效率高、工期短，并且整體性較好，抗沖刷能力強，較為適合施工條件不好且斷航難度較大的河道護坡加固[2]。

2.1 模袋混凝土厚度確定

根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范》(SL/T225—98)的規(guī)定，土工模袋厚度應按考慮抵抗浮托力進行計算。抵抗浮托力所需厚度δ按下式計算：

(1)

式中：C為面板系數，護面上設濾水點，取C=1.5；Hw、Lw為分別為波浪高度與長度，m；Lr為垂直于水邊線的護面長度，m，取最短處19 m；m為邊坡系數，取最陡處1.5；γc為混凝土有效容重，kN/m3；γw為水容重，kN/m3。

工程段主要受船行波影響，計算得：Hw=0.93 m，Lw=9.15 m，δ=0.058 m ；根據安全系數不小于1.5，δ不小于0.087 m。而常用模袋混凝土厚度為0.15～0.25 m，本次設計要求模袋混凝土強度不小于C25，為便于骨料的填充，根據護坡實際情況及相關工程試驗，取模袋混凝土厚度為0.2 m。

2.2 模袋混凝土穩(wěn)定性分析

根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范》(SL/T225—98)的規(guī)定，模袋土抗滑穩(wěn)定計算參數示意圖見圖1。

圖1 模袋土抗滑穩(wěn)定計算參數示意圖

模袋土抗滑穩(wěn)定各參數計算式為：

(2)

(3)

式中：Fs為抗滑穩(wěn)定安全系數，根據《碾壓土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001)，1級堤防取1.3；L2為坡面模袋長度(m)；L3為坡腳以外模袋長度(m)；m為邊坡系數；α為斜坡坡腳；H為護面高度(m)；Fcs為模袋與坡面的摩阻系數，取fcs=0.45。

本工程各斷面護坡穩(wěn)定分析詳見表2。

表2 護坡穩(wěn)定計算(選取部分斷面)

根據計算結果，各斷面的抗滑穩(wěn)定安全系數范圍為1.30～1.44，均大于1.30，滿足安全穩(wěn)定的要求。

本次工程對秦淮新河切嶺段左右岸迎水坡河底至8.0 m高程范圍內采用模袋混凝土護坡，模袋混凝土厚度200 mm，混凝土強度C25，模袋單位面積質量為雙層550 g/m2，上部(高程8.0 m)設C25素混凝土格梗，尺寸400 mm×500 mm，用于固定模袋上緣。施工典型斷面圖如圖2。

圖2 模袋混凝土施工斷面圖(樁號K7+350)

3 現場施工

3.1 施工工藝

水下鋪灌法施工的主要工藝流程為：準備工作、測量放樣、模袋鋪設、充灌混凝土。

(1)準備工作主要包括人、材、機的準備和護坡基層面的平整，拆除和回填現狀漿砌石護坡的松動、破損處以及漿砌石護坡表面的清理，對于水下區(qū)域需要安排潛水員對落石進行摸排，體積較大的落石需要水上水下相結合進行清理。

(2)測量放樣采用全站儀和水準儀，根據設計圖紙將工程斷面全部布測，各控制點均用木樁和鋼筋固定。

(3)模袋鋪設時，先沿坡頂距模袋上緣1.5～2.0 m處設定位樁，間距為1～2 m，且每塊模袋不少于4根，同時在定位樁上設緊張器，并與模袋上端的鋼管相連接。將模袋所有注入口扎緊，并將模袋卷緊，利用人力自上而下順坡將模袋滾鋪，隨鋪隨壓砂袋和碎石袋。水下部分需利用潛水員進行操作，按照測量放樣的位置，將模袋準確定位。鋪設過程中，嚴格控制鋪設質量，基本達到平、正、足的要求。

(4)模袋采用摻入防老化材料的聚丙烯(丙綸)機織土工布，其物理力學性能要求如下：單位面積質量為雙層550 g/m2，允許抗拉強度為60 kN/m，斷裂伸長為25%～60%?；炷梁穸葹?00 mm，流動性要好，塌落度一般控制在23～24之間。水泥的用量需通過現場試灌來確定，必要時可摻用一定比例的粉煤灰。水泥強度等級選擇C25，黃砂采用中砂，骨料采用細石子，粉煤灰采用Ⅱ級粉煤灰，密度為2.20 t/m3，水灰比根據實驗確定。充灌混凝土遵循“四先原則”，即先下后上，先左右后中間，先上游后下游，先標準斷面后異形斷面，防止模袋在充灌過程中產生偏移和移位。充灌速度控制在10～15 m3/h，充灌壓力控制在0.2～0.3 MPa。充灌后的模袋坡頂、坡腳及時進行錨槽回填覆蓋和壓腳棱體施工[3]。

3.2 施工過程的注意事項

(1)由于秦淮新河為規(guī)劃IV級通航河道，施工前應先到地方海事部門辦理水上水下活動通航許可，在施工范圍兩端需布置安全警示標志及浮標，并安排專職安全員做好現場通航指揮工作。

(2)由于模袋充灌混凝土后，縱橫方向會發(fā)生收縮，為了保證模袋之間拼縫嚴密，新鋪放的模袋與已充灌好的模袋之間要留不小于30 cm的搭接寬度，搭接擺放好后，才可進行人工縫制連接模袋[4]。

(3)模袋充灌前應與混凝土供應商充分協(xié)商，適當調整膠材比例，增強混凝土的塌落度與和易性。運送混凝土泵車間隔時間不宜過長，一般以2 h以內為宜，防止泵送管道內混凝土凝固堵塞。每日施工結束后，應仔細清洗泵送管道。

(4)充灌過程中要時刻檢查混凝土充灌壓力，并安排潛水員對模袋進行水下檢查，防止發(fā)生模袋局部拉線斷裂或模袋破損造成混凝土流失。

4 水下檢測成果

為了便于了解工程實施效果，工程完工后對模袋混凝土進行水下檢測。對高程5.5～8.0 m的淺水區(qū)域采用雙頻識別聲吶系統(tǒng)探測；對高程在5.5 m以下深水區(qū)域，采用高精度多波束掃測系統(tǒng)對施工范圍進行全覆蓋掃描(如圖3～4)。經檢測，護坡較好地覆蓋了整個設計區(qū)域，單元工程表面平整度檢測點合格率達到相關驗收標準要求，模袋之間搭接處可見明顯重合，模袋混凝土整體施工效果良好，符合設計要求。

5 結 論

工程完工后，在消除護坡安全隱患的同時，也使河道破損坡面煥然一新，工程汛期運行正常，較好地發(fā)揮了工程效益和環(huán)境效益，表明在秦淮新河切嶺段采用模袋混凝土進行護坡除險加固的方案是切實可行的，工程實施也為需滿足通航要求的河道硬質化護坡水下維護提供了經驗。

圖3 多雙頻識別聲吶掃描影像圖

圖4 高精度多波束掃測點云圖