網架箱型河道護岸加固工程新技術開發(fā)應用

(1.湖北省引江濟漢工程管理局，湖北 武漢 430062；2.湖北省仙桃市水利水電建筑勘測設計院， 湖北 武漢 433000；3.長江科學院 河流研究所，湖北 武漢 430010)

網架箱型河道護岸加固工程新技術開發(fā)應用

周曉進1劉勇兵2何廣水3

(1.湖北省引江濟漢工程管理局，湖北武漢430062；2.湖北省仙桃市水利水電建筑勘測設計院，湖北武漢433000；3.長江科學院河流研究所，湖北武漢430010)

為了響應國家推進生態(tài)文明建設部署，在長江河道護岸工程建設中盡可能采用高效環(huán)保型的新材料、新工藝技術，提出了網架箱型河道護岸加固工程新技術，屬高效環(huán)保型的河道護岸工程技術；該技術已在長江中游干流下荊江河段中的七弓嶺地段、荊江門地段護岸加固工程中得以應用，從工程的應用效果來看，達到了設計目標要求；在同類型等功效的前提比較條件下，采用網架箱型河道護岸加固工程新技術經濟優(yōu)勢明顯，其推廣應用具有一定的經濟和社會效益。

河道護岸； 護岸加固 ；網架箱益

1 研究背景

三峽水庫蓄水運用以來，位于壩下游的長江中下游干流河段出現了明顯的沖刷調整，沖刷的部位主要發(fā)生在枯水河床，尤其是彎道凹岸(中、下段)近岸河床。這類河床的較大幅度沖刷使得現有水下護岸工程出現明顯的水毀現象，這一現象的持續(xù)累積，將逐步演變?yōu)楹影毒€的崩塌。壩下游河段的沖刷調整具有長期持久的特性，為確保長江中下游干流河段的防洪安全和岸線安全利用，應長期對現有的護岸工程進行加固。現有長江護岸水下工程的材料結構型式主要是拋石，約占護岸工程總長的95%，其余的護岸工程為鋼筋混凝土鉸鏈排等結構型式。

拋石護岸工程水毀破壞機理[1]：在水流作用下，拋石帶板塊區(qū)域的近岸河床沖刷甚微，而其他區(qū)域的近岸河床沖刷幅度較大。在拋石帶板塊區(qū)域的外邊緣會形成一定高度的陡坡或吊坎，當陡坡(或吊坎)達到一定高度時，外邊緣的塊石失去穩(wěn)定，沿外側的河床向下游滾動或連滾帶滑，在拋石帶板塊區(qū)域的外邊緣形成新的空白檔，隨著近岸河床一波波沖刷，空白檔將一波波逐漸向岸邊方向移動，而塊石逐漸向深泓方向移動，離開拋石帶板塊區(qū)域的塊石失去或部分失去水下護岸的作用，從而形成水下拋石工程的水毀現象。

基于該機理，拋石護岸加固工程的材料結構型式適宜選用拋石、鋼絲網石籠、網模卵石排、預制混凝土構件組合體等型式，而大量開山采石會對料源區(qū)生態(tài)環(huán)境造成明顯的不利影響。地方政府為響應《中華人民共和國環(huán)境保護法》而頒布了相應的環(huán)境保護法規(guī)，這使得長江中下游干流河道兩岸的沿江地區(qū)開山采石基本處于被禁狀態(tài)，塊石原材料來源問題直接影響以石料為主要建筑材料的護岸加固工程項目的建設。卵石主要來源自長江上游和洞庭湖水系的上、中游干流河道，卵石料運輸成本費用問題對網模卵石排護岸技術的推廣運用有一定程度的影響。針對河道護岸工程建設需要大量減少塊石材料的技術要求，近幾年來，水利科技人員對河道護岸工程的新材料、新工藝技術開展了大量研究，網架箱型河道護岸加固工程新技術便是其中的一項研究成果。

2 結構設計

網架箱是鋼筋混凝土護底促淤網架箱的簡稱[2]，由預制鋼筋混凝土構件連接成網(桁) 架、聚丙烯編織布制成的網架箱圍布、樹枝等組裝而成，其輪廓形狀為八邊形臺柱。以長120 cm構件為主要材料的120型單個網架箱，由161根預制鋼筋混凝土連桿構件和117 m2的圍布組裝而成(見圖1)。120型鋼筋混凝土護底促淤網架箱實體的底邊輪廓最大長度 5.8 m、最大寬度 4.0 m、底面積 22.05 m2，實體的頂面輪廓最大長度 4.75 m、最大寬度 3.4 m、頂面積 14.97 m2，平均厚度1.1 m，單個120型網架箱輪廓體積為 20.23 m3、重約 2.7 t。

圖1 120型鋼筋混凝土護底促淤網架實物

2.1 預制鋼筋混凝土連桿

鋼筋混凝土護底促淤網架箱連桿構件的截面為8 cm×8 cm，預制鋼筋混凝土標號C20，連桿構件預埋圓鋼直徑10 mm，連接端圓環(huán)內直徑5 cm，由圓鋼沖壓成型，閉合口處點焊接，連桿頂端鋼筋到預制混凝面的距離為12.5 cm(見圖2)。桿件預制凝固后，對出露混凝土的鋼筋刷一層防銹漆。連桿的主要作用是構成網架體，支撐網架箱圍布，形成構筑物。

圖2 120型預制混凝土桿件

單個120型網架箱由161根連桿組成，其中： 120 cm長構件146根、138 cm長構件5根、172 cm長構件4根、185 cm長構件4根、208 cm長構件2根。連桿分布見圖3。

圖3 連桿布置

2.2 網架箱圍布

網架箱圍布由2層聚丙烯編織布(或稱遮陽布)縫制而成。單層布質量規(guī)格：單位重量不小于50 g/m2，圍布用料面積117.0 m2；5 cm寬加筋條39.04 m；3 cm寬、50 cm長系結條31根； 圍布收攏(口)拉繩長32 m，為直徑6 mm的滌綸繩纖維繩。網架箱圍布平展、加筋條和系結條布置見圖4。網架箱圍布的主要作用是與網架組成構筑物，網架箱圍布分隔河床底流與床沙，使河床面處于被保護狀態(tài)，避免沖刷下切，從而達到保護河岸線或洲灘穩(wěn)定的目的。

圖4 網架箱圍布平展、加筋條和系結條布置(單位：cm)

2.3 網架箱安裝與施工配件

用2根滌綸繩穿環(huán)完成桿件間的連接，單根滌綸繩抗拉斷裂強度不小于135 kg。為防止滌綸繩磨損降低強度，用滌綸繩綁扎好網架后，在每個結點用2道直徑 2.0 mm的鍍鋅鐵絲進行補強，做到每個結點的多個鋼筋環(huán)都有2根鍍鋅鐵絲穿過。

面層網架桿件與圍布用12根寬6 mm的尼龍扎帶固定，每邊均勻布置3根扎帶。網架箱的起吊繩和控制沉放繩總長25 m，采用直徑22 mm的丙綸繩。

3 施工工藝技術設計

3.1 施工準備

(1) 施工前測量工區(qū)地形，布置水位、流速觀測點，并作日常記錄。

(2) 預埋鋼筋材料準備：將鋼筋條卷材拉直，按設計長度裁斷；在車床上將鋼筋兩端沖壓繞環(huán)、點焊；兩端15 cm的范圍內刷一層防銹油漆。

(3) 成品圍布的材料準備：按設計尺寸和材料規(guī)格要求，縫制網架箱圍布。

(4) 將成品(兩端彎環(huán))鋼筋和成品圍布運抵施工區(qū)倉庫待用。

3.2 鋼筋混凝土連桿預制與養(yǎng)護

(1) 配制C20混凝土。

(2) 將鋼制模具擺放在振搗臺上，鋪上脫模聚乙烯薄膜。

(3) 將兩端彎環(huán)鋼筋放在鋼制模具的槽口部位，再向鋼制模具填混凝土。

(4) 啟動電源，振搗混凝土，補充混凝土以保證每根桿件混凝土足量。

(5) 停止振搗，將鋼制模具(含混凝土桿件)抬出振搗臺，在平地上翻轉反扣，抬出模具，取走聚乙烯薄膜。

(6) 初凝后灑水養(yǎng)護3 d，歸堆存放，再集中養(yǎng)護25 d。

3.3 鋼筋混凝土網架箱的組裝與運輸

可在陸地上或船上完成對鋼筋混凝土網架箱的組裝：對于岸線場地比較便利的工區(qū)，可在陸地上組裝，再通過吊車將網架箱轉移到運輸船上；對于岸線場地不大的工區(qū)，可在運輸船上直接組裝。

3.4 鋼筋混凝土網架箱的沉放施工

(1) 施工船定位。根據施工網格的地形條件、施工當天的水位以及施工斷面的流速條件，確定施工定位船的具體位置。施工定位船為500 t級的起重吊船。

(2) 采用牽引法進行網架箱沉放施工。將2根牽引繩穿過網架箱側面的控制繩，船吊掛鉤勾住2根起吊繩，經位于施工工船一側的運輸船，將網架箱吊運到另一側，在水面上脫勾。通過2根牽引繩控制網架箱的著床位置。

4 技術經濟優(yōu)勢分析

4.1 技術優(yōu)勢分析

(1) 護坡結構具有較好的耐久性、一定的整體性和較好的適應性。鋼筋混凝土護底促淤網架箱護坡結構是目前護岸工程單體輪廓體積最大的型式，具有普通鋼筋混凝土強度高、耐久性好的特點。該項技術匯集了鋼筋混凝土鉸鏈排、鋼筋混凝土四面六邊透水框架、軟體排(聚丙烯編織布綁扎預制混凝土塊)河道護岸技術的優(yōu)點。

該技術已于2015年10月運用于長江中游下荊江最險要的七弓嶺、荊江門地段護岸加固工程中。在施工期(枯水期)，這2個地段最大水深約35 m、近岸最大流速 2.1 m/s，從2016年汛后工程運行情況來看，工程已達到設計效果。

在長江中下游干流河道，比下荊江七弓嶺、荊江門河段更復雜、更險要的河段較少，因此，鋼筋混凝土護底促淤網架箱護岸加固技術可應用于長江中下游干流河段不同條件下的護岸加固工程。

(2) 護坡結構取材容易、建造方便。鋼筋混凝土護底促淤網架箱結構所用的原材料為鋼筋、水泥、砂、聚丙烯纖維編織布和編織布帶等，均為普通工程材料。另外，其基本構件為微小型預制鋼筋混凝土桿，施工工藝成熟。

4.2 單位工程成本分析

按照水利部水總[2014]429號文《水利工程設計概(估)算編制規(guī)定》和2015年第四季度工程所在地(湖南省岳陽市)的物價水平，根據鋼筋混凝土護底促淤網架箱的材料結構型式和施工流程(鋼筋混凝土桿間預制、網架箱拼裝、網架箱沉放)，計算出鋼筋混凝土護底促淤網架箱河道護岸加固工程的工程造價為2 674.93元/個(箱輪廓體積為20.23 m3)。鋼筋混凝土護底促淤網架箱水下護岸工程技術由透水四面體框架護灘技術發(fā)展而來，而后者在長江航道整治工程中應用較多。在輪廓體積基本相等、工效基本相當的前提條件下，1個鋼筋混凝土護底促淤網架箱相當于96個同桿件型號的透水四面體框架(單價65元)。在同一物價計量地區(qū)，這2種同類型的等效護岸工程造價分別為 2 674.93元和6 240元。

在同類型等功效的前提比較條件下，鋼筋混凝土護底促淤網架箱水下護岸工程的單位工程造價僅為鋼筋混凝土透水四面體框架單位工程造價的43%，具有明顯的經濟優(yōu)勢。

5 結 語

鋼筋混凝土護底促淤網架箱護坡結構的耐久性和適應性較好、具有一定的整體性特點，且取材容易、建造便利，單個網架箱施工綜合造價為 2 674.93元。該技術應用于河道護岸加固工程，可以達到工程設計目標要求，其推廣應用具有一定的社會和經濟效益。

[1] 姚仕明,岳紅艷,何廣水,等. 長江中游河道崩岸機理與綜合治理技術[M]. 北京：科學出版社， 2016.

[2] 長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司.三峽后續(xù)工作長江中下游影響處理河道整治工程2011年度實施項目初步設計報告(湖南段)[R].武漢：長江勘測規(guī)劃設計有限責任公司，2014.

(編輯：朱曉紅)

2017-09-15

國家重點研發(fā)計劃水資源高效開發(fā)利用重點專項課題資助(2017YFC0405306)

周曉進，男，湖北省引江濟漢工程管理局，高級工程師.

1006-0081(2017)11-0096-03

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