大型河道水下拋填格柵石籠河底防護(hù)的應(yīng)用

王留超

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110000)

1 工程概況

大遼河三岔河口段是連接遼寧中部和西南部地區(qū)的重要紐帶，該河段由上至下依次修建有三岔河口公路橋、三岔河口鐵路橋、營盤客運(yùn)專線鐵路橋、營盤供水管線等4座重要跨河建筑物。大遼河三岔河口段為感潮河段，受洪水和潮水雙向水流作用。2010年汛期，大遼河流域遭遇暴雨襲擊，三岔河水文站實(shí)測(cè)最大洪峰流量為4100m3/s，為歷史第三大洪水，河床沖刷嚴(yán)重，在營盤客運(yùn)專線鐵路橋下游形成了一個(gè)最大沖深約17 m的沖坑，直接威脅了該河段河道上4座重要跨河建筑物的安全。沖坑緊臨營盤供水管線，營盤供水管線為DN1400mm鋼管，工作壓力0.6MPa，為大口徑帶壓輸水管線，沖坑嚴(yán)重威脅輸水管線的安全，如圖1所示。

圖1 沖坑平面圖

2 防護(hù)設(shè)計(jì)

防護(hù)工程位于2010年汛期沖坑附近，河道長度為150m。防護(hù)工程分為沖坑回填工程及河床防護(hù)工程。

沖坑回填采用拋填格柵石籠填筑潛壩，潛壩上游側(cè)沖坑采用砂袋回填，河床防護(hù)采用拋填格柵石籠鋪蓋防護(hù)。

沖坑回填工程采用水下拋填土工格柵石籠填筑潛壩，潛壩垂直水流布置，總長234.2m。壩頂上游側(cè)距盤錦市供水管線40m，壩頂寬度為5m，壩頂高程為-5.0m。潛壩上游坡坡比為 1∶1.5，下游坡坡比為1∶5.0，上游側(cè)沖坑采用砂袋回填。

河床防護(hù)工程采用拋填土工格柵石籠鋪蓋防護(hù)，范圍為盤錦市供水管線上游50m(越過在建的營盤客運(yùn)專線鐵路橋)，下游側(cè)100m。鋪蓋頂高程為-5.0m，鋪蓋厚度約為2.4m，由3層土工格柵石籠組成。防護(hù)范圍最前端包角位置與最后端齒墻根部周圍，采用單塊粒徑大于800mm的塊石進(jìn)行拋填。詳見圖2。

圖2 防護(hù)斷面縱剖圖(深泓線)(尺寸單位:m)

格柵石籠規(guī)格為 0.8m ×0.8m ×0.8m(長 × 寬 ×高)，石塊材料應(yīng)堅(jiān)實(shí)新鮮，無風(fēng)化剝落層或裂紋，單塊粒徑不小于100mm，遇水不易破碎或溶解密度不小于2.65t/m3，石料的濕抗壓強(qiáng)度不小于30MPa，軟化系數(shù)大于 0.7。格柵采用雙向拉伸聚丙烯土工格柵(TGSG30-30/GB/T 17689-2008，400g/m2)。

砂袋采用礦用大編織噸袋，可承載量1000kg，袋口采用高強(qiáng)聚乙烯繩封口綁扎牢固。砂子可采用中粗砂或者礫砂，含泥量不大于8%。

3 施工方法

施工具體操作流程如下:

施工準(zhǔn)備→施工測(cè)量→施工備料→編制石籠/裝砂袋→拋投試驗(yàn)→拋填施工→驗(yàn)收。

3.1 控制測(cè)量

根據(jù)測(cè)量控制點(diǎn)及技術(shù)資料，采用全站儀布設(shè)軸線控制點(diǎn)，用精密水準(zhǔn)儀布置高程控制點(diǎn)，設(shè)計(jì)防護(hù)范圍中心線與河道中心線垂直交叉設(shè)為軸線，軸線控制點(diǎn)布設(shè)在左右岸河堤上，用帶有“+”字絲的鋼筋埋設(shè)固定，標(biāo)明位置及距離，并用圍欄防護(hù)，軸線控制采用直導(dǎo)線，左右岸導(dǎo)線點(diǎn)布置三個(gè)。高程控制點(diǎn)布置在左右岸及主河槽段的上下游，用磨光頭的鋼筋埋設(shè)固定并編號(hào)、防護(hù)。軸線控制及高程控制布設(shè)完之后，繪制平面布置圖，標(biāo)注編號(hào)及相對(duì)位置的距離等相關(guān)說明。

3.2 施工測(cè)量

根據(jù)控制測(cè)量的控制點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場施工放樣測(cè)量。施工前對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行測(cè)繪。

使用船載GPS和帶聲納裝置的超聲波水位計(jì)進(jìn)行水下高程測(cè)量，按照設(shè)計(jì)填筑范圍的上下游邊線，漂浮物拴在大石塊上拋至填筑范圍的上下游、左右岸邊線，并在GPS電子顯示屏上畫出輪廓線，按10m×10m(垂直水流方向×順?biāo)鞣较?劃分的網(wǎng)格，作為施工分區(qū)網(wǎng)格。

拋填施工過程中，使用船載GPS和超聲波水位計(jì)，測(cè)量水下拋填位置及拋填深度。

3.3 施工備料

石料、砂子、土工格柵均選用符合施工圖紙要求的材料進(jìn)行備料。如下頁圖3所示。

圖3 石料場照片

3.4 編制石籠

按設(shè)計(jì)要求的格柵石籠尺寸裁剪格柵，鋪設(shè)平整后，用連接繩將裁剪出的格柵立肋和橫肋連接于底層格柵上，連接時(shí)采用錯(cuò)格綁扎方法，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)均應(yīng)綁成死扣。人工碼放塊石，單塊粒徑不小于100mm，分層交錯(cuò)碼放，用φ5mm高強(qiáng)聚乙烯繩連接并封口綁扎牢固。格柵石籠起吊運(yùn)輸或拋投時(shí)，采用 φ12mm～φ16mm高強(qiáng)聚乙烯吊帶。如圖4所示。

圖4 格柵石籠

3.5 裝砂袋

使用礦用大編織噸袋，人工將中粗砂裝入礦用噸袋，用高強(qiáng)聚乙烯繩封口綁扎牢固。砂袋起吊運(yùn)輸或拋投時(shí)，采用專用的高強(qiáng)聚乙烯吊帶。

3.6 拋填施工

拋填施工的順序?yàn)?拋填船的確定→漂距的測(cè)算→拋投試驗(yàn)→拋填檔寬及網(wǎng)格劃分→拋填船定位→水下拋填施工→拋填方量的分劃

3.6.1 拋填船的確定

拋填船的有效長(船單側(cè)能夠拋填直線部分長)、寬、吃水變化、欄桿高等因素直接影響拋填檔寬和拋填網(wǎng)格的劃分，影響石籠塊漂距和定位。

按照需要拋投的位置，根據(jù)測(cè)定的漂距，計(jì)算出拋投船位置，使用船載GPS和超聲波水位計(jì)，能夠準(zhǔn)確將船定位到預(yù)定位置，在甲板上吊裝石籠然后拋投到預(yù)定位置，這樣既能夠準(zhǔn)確拋投到預(yù)定位置又能避免人為造成的定位誤差。

3.6.2 漂距的測(cè)算

水深、流速、流向、風(fēng)浪，石籠拋出時(shí)距水面高度，拋填籠的角度、速度，施工人員素質(zhì)、勞動(dòng)強(qiáng)度，漂距計(jì)算公式等，是影響所拋填籠漂距計(jì)算的主要因素。

式中 S——沖距，m;

V——水面流速，m/s;H——水深，m;

W——石籠重，kg;

K——經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，通常取 0.8。

取不同重量的石籠，在拋填區(qū)同一斷面不同位置實(shí)測(cè)石籠漂距，對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的漂距進(jìn)行修正。

3.6.3 拋投試驗(yàn)

根據(jù)拋投網(wǎng)格區(qū)的劃分和漂距計(jì)算，先進(jìn)行拋投試驗(yàn)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后方可進(jìn)行拋填施工。由于施工段位于大遼河感潮河段，受潮水漲落和異重流影響，流速和浮力變化較大，需根據(jù)潮水漲落時(shí)間段進(jìn)行石籠及砂袋現(xiàn)場拋投試驗(yàn)，以確定漂距參數(shù)和拋投工藝。用標(biāo)識(shí)刻度的聚乙烯繩與石籠連接，拋投完成后，通過繩長、偏角等反算拋投物受水的流速、浮力、河床坡度等因素影響水下移動(dòng)距離。在每日潮漲、潮落時(shí)各做一次試驗(yàn)。

3.6.4 拋填檔寬及網(wǎng)格劃分

合理劃分拋填檔位寬及拋填籠網(wǎng)格是確保水下拋填籠厚度、平順銜接的關(guān)鍵。檔位寬的整倍數(shù)應(yīng)約等于船寬，并與石籠垂直船側(cè)方向拋出的水平距離相近。

每個(gè)網(wǎng)格長(順?biāo)鞣较?取拋填船的有效拋填籠長，網(wǎng)格寬(垂直水流方向)取船體寬度的兩倍長，拋填船兩側(cè)同時(shí)拋填，計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格的面積和網(wǎng)格總數(shù)，即能計(jì)算出總面積。

3.6.5 拋填船定位

將施工區(qū)域劃分為10m×10m網(wǎng)格，在船載GPS上對(duì)應(yīng)標(biāo)示，作為拋填施工時(shí)的拋填范圍定位基準(zhǔn)。

根據(jù)拋投試驗(yàn)修正后的漂距，測(cè)出各斷面樁(方向樁)，通常與拋區(qū)長度方向成不大于90°的夾角。然后在兩岸定位樁間拉一條纜繩，纜繩上可作出明顯的標(biāo)記，以用作標(biāo)示施工的不同部位。

拋填船進(jìn)入拋填范圍后，將船掛檔定位，準(zhǔn)備水下拋填施工。如圖5所示。

圖5 拋填船施工過程

3.6.6 水下拋填施工

拋填施工應(yīng)遵循:從下游至上游、從深向淺、從河中至岸邊逐檔寬逐網(wǎng)格長循序進(jìn)行。

拋填船定位前外側(cè)要預(yù)留一檔位寬，采用兩邊拋投，有利于船的平穩(wěn)和工效提高，每檔拋滿后石料船向岸邊移動(dòng)一檔，進(jìn)行下一檔的拋投，待石料船底部區(qū)域拋滿后進(jìn)行大移位。近岸處拋填船無法行駛時(shí)，采用陸地機(jī)械設(shè)備進(jìn)行拋投。

3.6.7 拋填方量的劃分

根據(jù)每個(gè)拋填船所載石籠的數(shù)量確定拋投石籠的總工程量;每一檔投拋前，平行船中線將每檔需要石方量標(biāo)示出來，做到總量控制，局部調(diào)整。

準(zhǔn)確記錄每檔實(shí)際拋方量，如發(fā)現(xiàn)漏拋、少拋，應(yīng)在拋填船移位前及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)拋。

拋填船載有帶聲納裝置的超聲波水位計(jì)進(jìn)行水下高程測(cè)量，可以校核水下地面高程及拋填后的高程，如發(fā)現(xiàn)漏拋、少拋，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)拋。

4 結(jié)論

肉眼很難看到水下拋填實(shí)際狀況，水下測(cè)量也比較困難。該工程施工中使用船載GPS和帶聲納裝置的超聲波水位計(jì)進(jìn)行定位和水下高程測(cè)量，非常實(shí)用簡便，能夠精準(zhǔn)確定拋填位置及拋填高程等情況。

水下防護(hù)最前端包角位置與最后端齒墻根部是關(guān)鍵部位。最前端長期經(jīng)受水力的沖刷，填筑體體積小或者重量輕的將被水沖走或移位，防護(hù)體一塊塊慢慢被沖走，將會(huì)影響防護(hù)工程的安全。最后端(即最深處)是防護(hù)范圍的根部，填筑體是否能夠生根穩(wěn)固，直接影響整個(gè)防護(hù)范圍填筑體的穩(wěn)定性。該工程施工過程中，將單粒徑800mm以上的大塊石拋填在防護(hù)范圍的最前端，能夠經(jīng)受水力的長期沖刷而不被沖走，保證了防護(hù)工程的長期安全;將單塊粒徑800mm以上的大塊石拋填在防護(hù)范圍的最深處根部，形成一道齒墻，保證了填筑體能夠生根穩(wěn)固。