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        內(nèi)河航道整治工程多種護(hù)底方案的利弊分析

        2022-02-09 16:51:26高志鋒
        中國(guó)水運(yùn) 2022年1期

        摘 要:內(nèi)河航道整治工程對(duì)護(hù)岸進(jìn)行護(hù)底已成為保護(hù)護(hù)岸的必要措施,通常方案有模袋混凝土護(hù)底、混凝土鉸鏈排護(hù)底、現(xiàn)澆混凝土護(hù)底或灌砌塊石護(hù)底等。文中通過(guò)工程案例,從適用性、局限性等方面詳細(xì)論述各護(hù)底方案的利弊,從而為不同的內(nèi)河航道整治工程項(xiàng)目選擇恰當(dāng)?shù)淖o(hù)岸護(hù)底方案提供借鑒。

        關(guān)鍵詞:航道整治;護(hù)底方案;利弊分析

        中圖分類(lèi)號(hào):U617.8? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):1006—7973(2022)01-0133-03

        根據(jù)本人在“淺析船舶尾軸流對(duì)護(hù)岸穩(wěn)定性的影響及改善措施[1]”文中分析,大噸位船舶的尾軸流確是引起護(hù)岸失穩(wěn)的根本原因,基礎(chǔ)埋置深度較淺的護(hù)岸易收到尾軸流的破壞,需采取護(hù)底措施,確保護(hù)岸基礎(chǔ)底標(biāo)高處土體穩(wěn)定。目前,廣泛使用的主要護(hù)底方案有模袋混凝土護(hù)底、混凝土鉸鏈排護(hù)底、現(xiàn)澆混凝土護(hù)底或灌砌塊石護(hù)底等。這幾種方案在水運(yùn)行業(yè)內(nèi)都有實(shí)踐并論述,但深入研究各自的適應(yīng)性和局限性的卻不多見(jiàn),本文著重于借助工程案例,對(duì)以上幾種護(hù)底方案逐一進(jìn)行利弊分析,以便在以后的工程實(shí)踐中合理加以采用。

        1模袋混凝土護(hù)底

        1.1工程案例

        1983 年 5 月,引進(jìn)日本模袋護(hù)坡施工技術(shù),在南官河航道口岸油庫(kù)北(河?xùn)|)實(shí)施護(hù)岸工程,長(zhǎng)度 40.7 m,面積488.4m2 ,坡比 1:1.6,坡長(zhǎng) 11.2 m,坡底標(biāo)高▽-2.2 m,坡頂標(biāo)高▽3.6 m(廢黃河高程),模袋砼厚度 15 cm。自此,模袋混凝土護(hù)底方案廣泛應(yīng)用于泰州市南官河舊護(hù)岸加固或新建工程。 2014年,市區(qū)站在南官河集鎮(zhèn)段大規(guī)模實(shí)施了模袋混凝土護(hù)坡,實(shí)施護(hù)岸長(zhǎng)度5.5公里,坡長(zhǎng)18.6米,中標(biāo)合同價(jià)1006萬(wàn),每延米造價(jià)約1800元,實(shí)際工期3個(gè)月,有效解決了護(hù)岸坍塌、河床淤積隱患,取得良好的社會(huì)效益。該段的實(shí)施開(kāi)拓了老駁岸加固的另一種可行方案,克服并解決了老駁岸前趾嚴(yán)重吊腳、不適宜大面積開(kāi)挖及不斷航情況下的施工難題。

        1.2適應(yīng)性

        從護(hù)岸的效果來(lái)看,模袋混凝土護(hù)坡在泰州南官河的應(yīng)用無(wú)疑是成功的,仔細(xì)分析,該方案的主要優(yōu)點(diǎn)如下:

        (1)能全面有效地應(yīng)對(duì)船舶尾軸流對(duì)護(hù)岸基礎(chǔ)的沖刷。如圖1所示,模袋護(hù)坡從高程▽2.22—▽2.03對(duì)護(hù)岸底部進(jìn)行了全面防護(hù),保證了護(hù)岸的穩(wěn)定,對(duì)于船舶流量較大地段尤其是待閘區(qū)段護(hù)岸能夠進(jìn)行有效護(hù)底。

        (2)為了保證滑坡的穩(wěn)定性,應(yīng)該將安全系數(shù)控制在≥ 1.5 的范圍,以保證護(hù)坡施工的穩(wěn)定[2]。在粉細(xì)砂河床河段,因摩阻系數(shù)大,抗滑效果好,護(hù)岸整體穩(wěn)定。

        根據(jù)《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》( SL/T225-1998 )6.4.4 條規(guī)定,抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計(jì)算:

        式中:L2為坡面模袋長(zhǎng)度(m);L3為坡腳以外模袋長(zhǎng)度(m); m 為邊坡系數(shù);α為斜坡傾角;H為護(hù)面高度(m);fcs為模袋與土壤的摩阻系數(shù)。南官河的模袋底坡摩阻系數(shù)在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告選為0.32,而一般粘性土(可塑)的摩阻系數(shù)通常為0.2-0.25,可見(jiàn),粉細(xì)砂河床地段,從抗滑的角度出發(fā),更適合選用模袋混凝土進(jìn)行護(hù)底。

        (3)無(wú)論是新建護(hù)岸還是舊護(hù)岸加固,無(wú)需圍堰進(jìn)行干地施工,施工速度快、成本低、風(fēng)險(xiǎn)小。

        1.3局限性

        模袋混凝土護(hù)底方案也有它的使用弊端,主要是與生態(tài)環(huán)保要求不相適應(yīng)。

        (1)如圖1所示,模袋混凝土護(hù)坡自坡肩至坡底隔斷了河床與水體,阻礙了水生植物和動(dòng)物生長(zhǎng),不利于河床“呼吸”。

        (2)在施工過(guò)程中,會(huì)有水泥漿滲出模袋,影響水體質(zhì)量。

        模袋混凝土的機(jī)理就是通過(guò)混凝土泵將混凝土充灌進(jìn)模袋,填充料依靠泵壓和自重,利用織物袋充灌填料后具有透水不透漿的特性,從模袋的孔隙中排出多余水份,降低水灰比,凝固后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,形成牢固穩(wěn)定的防護(hù)面,以起到固坡作用。但即使模袋本身的等效孔徑在規(guī)范允許的范圍內(nèi),水泥漿的滲透仍無(wú)法避免。

        2混凝土鉸鏈排護(hù)底

        混凝土鉸鏈排護(hù)底廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)江、黃河等大江大河航道整治工程建設(shè)中,在黃河三角洲地區(qū)堤身護(hù)腳結(jié)構(gòu)就采用了混凝土連鎖塊軟體排,最大限度地保證了工程質(zhì)量[3]。但混凝土鉸鏈排護(hù)底在限制性?xún)?nèi)河航道中的應(yīng)用并不多見(jiàn),泰州周山河引航道整治工程進(jìn)行了首次嘗試。

        2.1工程案例

        新建素砼結(jié)構(gòu)(A型),該結(jié)構(gòu)用于船舶待閘??繀^(qū)的護(hù)岸底板采用C25素砼,底板頂高程為▽-1.28,寬5.7m,厚0.5m,墻身采用C25素砼,底部設(shè)置0.5×1.0(m)倒角;壓頂采用0.5×0.6(m)(高×寬)的C25砼壓頂,護(hù)岸頂高程為▽2.8。??繀^(qū)護(hù)岸墻前為防止沖刷,設(shè)置混凝土鉸鏈排預(yù)制塊加復(fù)合土工布護(hù)底,鋪排長(zhǎng)度1.143km,鋪排寬度6.75m,鋪排面積7715m2。典型斷面圖如圖2所示。

        2.2適應(yīng)性

        (1)排體生產(chǎn)可工廠(chǎng)化,排體質(zhì)量容易控制。該工程的鉸鏈排租用預(yù)制場(chǎng)進(jìn)行預(yù)制,制作時(shí)選擇一塊平整場(chǎng)地,按照支模、預(yù)制、拆模、按照鉸鏈塊排體形狀工整擺放、穿插鋼絲的工序進(jìn)行流水作業(yè),穿插完畢后將用銜扣固定鋼絲繩交叉處,以達(dá)到吊裝強(qiáng)度需要,并有專(zhuān)人負(fù)責(zé),檢查卸扣螺帽擰緊度,防止脫落。

        (2)現(xiàn)場(chǎng)鋪排,避免了水泥漿對(duì)水體的污染。首塊鉸鏈塊排體安裝時(shí),將由履帶吊車(chē)配合特制鋼制吊架(此吊架尺寸略大于6.75*5m),共8個(gè)吊點(diǎn)用活結(jié)系固在鋼制吊架上面整體起吊排體,首塊排體施工前用儀器在已施工完壓頂上定位并標(biāo)記,用履帶吊吊起已拼裝好的鉸鏈排,慢慢移至定位的位置,潛水員通過(guò)對(duì)講裝置與岸基現(xiàn)場(chǎng)指揮人員交流,指揮人員通過(guò)旗語(yǔ)、對(duì)講設(shè)備和吊車(chē)操作人員溝通調(diào)整精確將鉸鏈塊排體擺放到指定位置。現(xiàn)場(chǎng)吊裝安放預(yù)制的鉸鏈排,避免了水泥漿對(duì)水體的污染,達(dá)到了環(huán)保施工要求。

        (3)有利于維護(hù)河床的生態(tài)環(huán)境。鉸鏈塊排體屬于半剛半柔性排,不同于模袋混凝土結(jié)構(gòu),既有利于對(duì)護(hù)岸進(jìn)行防護(hù),又有利于維護(hù)河床的生態(tài)環(huán)境,河床的微生物和植物能夠吸收水體中的陽(yáng)光進(jìn)行光合作用,為微生物和植物的成長(zhǎng)留下了生長(zhǎng)空間。

        (4)同模袋混凝土護(hù)底一樣,混凝土鉸鏈排護(hù)底同樣適用于船舶流量較大地段特別是待閘區(qū)段護(hù)岸的護(hù)底,對(duì)老護(hù)岸的護(hù)底加固無(wú)需進(jìn)行圍堰,施工速度快。

        2.3局限性

        (1)在限制性航道中受制于航道寬度,無(wú)法采用鋪排船施工。鉸鏈排應(yīng)用于內(nèi)河是一個(gè)有益嘗試,但廣泛推廣存在一定的局限性,主要原因是鉸鏈排的施工受制于航道的寬度,無(wú)法采用常規(guī)的鋪排船鋪排技術(shù)進(jìn)行施工。以上述案例為例,泰州周山河引航道整治工程鉸鏈排施工前,原擬定的作業(yè)船舶為鋪排船,但因周山河航道口寬僅40米,市場(chǎng)上最小的鋪排船的船長(zhǎng)就有50米,船舶丁靠鋪排的航道作業(yè)面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,無(wú)奈之下,只能采用岸上履帶吊車(chē)吊裝鋪排的作業(yè)方式,施工難度增加,施工進(jìn)度緩慢。

        (2)因無(wú)法采用鋪排船施工,鋪排作業(yè)成本增加。因無(wú)法采用鋪排船施工,所帶來(lái)的是鋪排作業(yè)成本有所增加。仍以泰州周山河引航道整治工程鉸鏈排施工為例,鋪排船施工的預(yù)計(jì)施工成本約在19元/m2,實(shí)際吊裝鋪排的施工成本為47元/m2,吊裝總費(fèi)用增加21萬(wàn)元。

        3 現(xiàn)澆混凝土護(hù)底或灌砌塊石護(hù)底

        3.1工程案例

        現(xiàn)澆混凝土護(hù)底或漿砌塊石護(hù)底在新建工程中得到了廣泛應(yīng)用,隨著人工成本的增加及禁止開(kāi)采山石的環(huán)保要求,漿砌塊石護(hù)底的設(shè)計(jì)已不多見(jiàn),現(xiàn)大多采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)底的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通揚(yáng)線(xiàn)泰州段航道整治工程護(hù)岸前趾位置,澆筑了頂寬0.95米、底寬0.75米、厚度0.5米的倒梯形混凝土護(hù)底,加強(qiáng)對(duì)護(hù)岸基礎(chǔ)的保護(hù),主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

        3.2適應(yīng)性

        從施工過(guò)程及交工驗(yàn)收以來(lái)的工程質(zhì)量角度出發(fā),現(xiàn)澆混凝土護(hù)底具有以下幾個(gè)方面的適應(yīng)性。

        (1)廣泛應(yīng)用于新建重力式護(hù)岸工程的護(hù)底設(shè)計(jì)。新建重力式護(hù)岸工程一般都采用干地施工的工藝,按照降水基槽開(kāi)挖→地基處理→碎石墊層→基礎(chǔ)澆筑→混凝土護(hù)底→墻身澆筑→壓頂澆筑→分層回填的施工順序完成護(hù)岸工程,混凝土護(hù)底是其中的重要工序,施工簡(jiǎn)單,造價(jià)便宜且能夠保證工程質(zhì)量。

        (2)特別適用于河面開(kāi)闊地段的護(hù)岸底部加固。河面開(kāi)闊的航道,船舶一般都在中部設(shè)計(jì)航寬處航行,船舶尾軸流對(duì)護(hù)岸底部的破壞不大,混凝土護(hù)底足以抵御船舶尾軸流的沖刷,確保護(hù)岸穩(wěn)定。通揚(yáng)線(xiàn)航道工程交工以來(lái),墻前水下土體穩(wěn)定,護(hù)岸狀況良好。

        3.3局限性

        對(duì)老護(hù)岸的護(hù)底加固存在客觀(guān)上的局限性,我們?cè)鴩L試過(guò)采取水下混凝土護(hù)底方案,但因施工質(zhì)量不易控制,護(hù)底效果不甚理想。

        4總結(jié)

        通過(guò)以上三種護(hù)底方案的利弊分析,可以把三種護(hù)底方案的適用性、局限性歸納總結(jié)如表1所示:

        5 結(jié)語(yǔ)

        隨著科技的不斷進(jìn)步,護(hù)岸的護(hù)底方案層出不窮,我們需要從多維度進(jìn)行比選,以上三種護(hù)底方案的利弊分析僅提供了一些比選的思路,更多的還是要結(jié)合內(nèi)河航道整治工程所在航段的具體情況進(jìn)行具體分析,綜合考慮,定奪最合理的護(hù)底方案。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 高志鋒.淺析船舶尾軸流對(duì)護(hù)岸穩(wěn)定性的影響及改善措施[J].中國(guó)水運(yùn),2013(10):156-160.

        [2] 張偉.模袋混凝土護(hù)坡施工技術(shù)在港口航道整治中的運(yùn)用研究[J].中國(guó)水運(yùn),2019(9):89-90.

        [3] 任洪波,等.混凝土連鎖塊軟體排+土工格柵在防波堤工程中的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn),2015(6):187-188.

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