斷面抽取對拋石護岸工程水下拋投效果評價影響

王茂枚　羅青　趙鋼　陳楠　劉曉兵

摘要：拋石護岸工程質量檢測的主要方法是通過抽取檢測斷面，分析斷面上的測點增厚和斷面增厚是否達到設計要求來判斷斷面是否合格，而斷面抽取具有隨機性，這種隨機性會對水下拋石效果整體評價結論產生影響。選取長江鎮揚河段六圩彎道開發區段拋石護岸工程為研究對象，通過對比不同組斷面的統計結果，利用GIS（地理信息系統）空間分析技術分析不同組的檢測斷面如何影響拋石質量評價。研究結果表明：相同的區域抽取不同的檢測斷面會得到不同的評價結論，欠拋率≤25%或≥50%的區域評價結論一致性高，而欠拋率位于25%～50%的區域，工程質量評價易受欠拋區聚集與分布情況的影響，欠拋區越集中且順流方向分布，區域不合格評價的一致性越高;相反，欠拋區越分散并垂直岸線分布，區域合格評價的一致性越高。為確保評價的準確性，建議提升拋投工藝，盡量做到準確、均勻拋投，并增加拋石增厚的均勻度檢測指標。

關鍵詞：拋石護岸工程; 拋石效果評價; 欠拋率; 一致性; GIS空間分析; 長江鎮揚河段

中圖法分類號： TV523

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.024

0引 言

堤岸防護工程是中國大江大河防洪體系中重要工程措施之一，在防洪減災中發揮著重要作用[1-2]。堤岸防護工程有坡式護岸、壩式護岸、墻式護岸、生物護岸等多種形式，其中坡式護岸最為常見。坡式護岸以設計枯水位為界，上部為陸域護坡工程，下部為水下護腳工程。水下護腳工程按結構及材料不同又可分為拋石、沉枕、沉籠和沉排以及模袋混凝土（砂）等多種類型，其中拋石護岸工程因其施工靈活，操作簡單，價格低廉，能較好地適應河床變形等特點而被廣泛應用[3-6]。水下拋石作為隱蔽工程，拋石效果評價是護岸工程質量控制的重點和難點，準確掌握和分析水下工程質量狀況，對確保拋石護岸的施工質量起到了重要作用[7-8]。

目前，水下拋石效果評價的總要求是“拋準、拋足、拋勻”，它的兩個主要質量檢驗項目是測點增厚值和斷面增厚值。斷面和測點的生成要求是順水流方向20～50 m生成1個斷面，且每單元工程不少于3個斷面;每個斷面5～10 m生成1個檢測點。當測點增厚值≥75%設計值，水深流急區≥70%設計值;斷面增厚值≥70%設計值，水深流急區≥65%設計值時，測點和斷面檢測合格。當單元工程70%的斷面合格時，單元工程合格[9-10]。拋石護岸工程水下質量評價的主要方法是：在工程區域上按照要求抽取斷面，通過斷面的測點增厚值和斷面增厚值是否達到設計要求來判斷斷面是否合格，但由于抽取的檢測斷面具有不確定性，所以根據斷面進行的統計分析結果也不唯一[11]。那么同一工程不同位置的檢測斷面，其統計分析結果會對工程拋石效果評價產生怎樣的影響還不明確。本文選取長江鎮揚河段六圩彎道開發區段拋石護岸工程為研究對象，按規范要求，利用南方CASS（南方地形地籍成圖軟件）生成若干組檢測斷面，對比每組斷面的統計結果，利用GIS空間分析技術分析不同組的檢測斷面是如何影響拋投效果的，以期為解決拋石護岸工程水下隱蔽工程質量控制的重點和難點問題提供一定的科學參考。

1方案設計

1.1工程區概況

六圩彎道位于長江鎮揚河段，具有較明顯的彎道水流河床演變特征，即凹岸沖刷、凸岸淤積。由于主流長期貼凹岸，左岸近岸河床沖深，岸坡很陡，是長江下游重點防護岸段[12-14]。本次研究區位于六圩彎道五號丁壩-大運河口，長750 m，寬40 m，面積30 000 m2。將研究區劃分成20 m×150 m的單元工程（單元工程下文稱DQ），一共10個單元工程，其中DQ1～DQ5設計拋厚1.0 m，DQ6～DQ10設計拋厚0.8 m，研究區位置如圖1所示。

1.2研究方案

使用R2SONIC2024高分辨率多波束測深系統（用于2～500 m深度的水域，量程分辨率1.25 cm）對研究區塊石拋投前、后兩個階段進行全覆蓋掃測。以研究區起始里程0 m起，每30 m生成一條檢測斷面（斷面下文稱DM），每個單元工程生成5條檢測斷面，此為第1組檢測斷面，位置分布見圖2。以第1組檢測斷面為基礎，向右分別偏移5，10，15，20，25 m，共得到6組檢測斷面，位置分布見圖3。檢測斷面每2 m生成1個檢測點，對每組的檢測點增厚和斷面增厚進行統計分析。

2數據分析

2.1統計結果

本文對單元工程6組斷面的質量評價結論進行統計（見表1），并對單元工程質量評價的一致性進行分等級統計（見表2）。以單元工程質量評價一致性達100%，80%和50%作為統計的節點，一致性達100%說明工程質量評價結論一致，高于80%說明工程質量評價結論相符性較好，低于80%說明工程質量評價結論相符性較差。

由表2可見，80%的單元工程質量評價的一致性都比較高，這說明斷面檢測分析法基本可以滿足水下工程質量評價的要求。對于斷面隨機性影響比較大的剩下20%的單元工程則需要進一步分析。

2.2結果分析

為了更好地分析檢測斷面的隨機性是如何影響拋石效果評價，本文利用GIS空間分析技術[15]生成單元工程欠拋率（拋石增厚小于70%的區域占總面積的百分比）與評價一致性的統計表（見表3）以及研究區拋石增厚率（拋石增厚占設計拋厚的百分比）空間分布圖（見圖4）作為分析參考依據。

由表1可知，質量評價一致性達100%的單元工程有DQ1、DQ5、DQ6、DQ7和DQ10。由圖4和表3可知，位于工程區上游的DQ1和DQ10欠拋率分別為80.5%和68.8%，且工程起始處有大面積的沖刷，拋石增厚效果差。位于工程區下游的DQ5欠拋率為54.4%，且欠拋區連接成片順流分布，導致單元工程整體不合格。所以不同的斷面對DQ1、DQ5和DQ10的質量評價無影響，6組斷面單元工程質量評價均為不合格。位于近岸的DQ6和DQ7拋石增厚效果較好，欠拋率分別為17.8%和21.9%，6組斷面單元工程質量評價均為合格。質量評價一致性位于80%～100%的單元工程有DQ4、DQ8和DQ9，欠拋率分別為32.0%，28.7%和28.5%，從圖4可以看出：DQ4欠拋區面積雖然不大，但欠拋區連接成片且順流分布，對大部分斷面都有影響，故不合格評價一致性較高。DQ8和DQ9欠拋區面積接近30%，但因為欠拋區不聚集且分布分散，小部分區域相對集中，但是是垂直岸線分布，所以它對斷面的影響較小，合格評價一致性較高。質量評價一致性低于80%的單元工程有DQ2和DQ3，

欠拋率分別為25.7%和42.8%，從圖4還可以看出，DQ2欠拋區的面積雖然較小，但因為欠拋區相對集中，尤其A處欠拋區順流分布，影響的斷面比較多。DQ3欠拋區面積更大，區域集中且順流分布，相對DQ2拋石效果較差，不合格評價一致性更高。

綜上可知，拋石增厚效果好、欠拋率≤25%的區域，或者拋石增厚效果差、欠拋率≥50%的區域，斷面抽取的隨機性對區域的質量評價幾乎沒有影響。對于有明顯拋石增厚、欠拋率介于25%～50%的區域，其質量評價受欠拋區聚集與分布情況的影響。圖5展示了欠拋率介于25%～50%的區域欠拋區空間分布情況。

由圖5可以看出：DQ2、DQ3和DQ4欠拋區相對集中，連接成片且順流分布，區域不合格評價的一致性高;而DQ8和DQ9欠拋區分散，垂直岸線分布，區域合格評價的一致性高。

3結論及建議

（1） 工程檢測斷面抽取的隨機性對工程質量評價的影響由工程欠拋面積的大小、欠拋區聚集與分布情況決定。

（2） 當區域欠拋率≤25%或欠拋率≥50%時，檢測斷面抽取的隨機性并未對其質量評價結論產生影響。

（3） 當區域欠拋率介于25%～50%時，欠拋區越集中且順水流分布，工程不合格評價的一致性越高;相反，欠拋區越分散且垂直岸線分布，工程合格評價的一致性越高。

（4） 為減少斷面選取的隨機性對工程質量評價的影響，建議提高施工工藝水平，增加工程拋石增厚的均勻度檢測指標，提升工程質量檢測分析的準確性。

參考文獻：

[1]趙鋼，徐毅，石銀濤，等.點云幾何特征在堤防拋石護岸工程中的應用研究[J].江蘇水利，2020（6）：1-5，10.

[2]李榮，趙鳴偉.長江護岸工程南京河段的技術設計與施工實踐[J].水利水電技術，2010，41（1）：40-42，53.

[3]陶亦壽，譚界雄，董建軍，等.拋石法/中國地方工程施工叢書3[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[4]欒華龍，劉同宦，高華峰，等.新水沙情勢下長江中下游干流岸線保護研究：以揚中市2017年江堤崩岸治理為例[J].人民長江，2019，50（8）：14-19.

[5]陶理志.水下拋石施工組織與質量控制[J].人民長江，2003，34（3）：15-16，20.

[6]呂正權.堤防加固中的拋石護腳施工[J].人民長江，2003，34（9）：44-45.

[7]ABT S R，THORNTON C I，SCHOLL B A，et al.Evaluation of overtoppin griprap design relationships[J].Journal of the American Water Resources Association，2013，49（4）：923-937.

[8]王造根，夏細禾，王小波.長江重要堤防隱蔽工程護岸工程建設[J].人民長江，2002，33（8）：11-14.

[9]中華人民共和國水利部.水利工程施工質量檢驗與評定規范：DB32/T 2334.2-2013[S].南京：江蘇人民出版社，2013.

[10]中華人民共和國交通部.水運工程質量檢驗標準：JTS 257-2008[S].北京：人民交通出版社，2008.

[11]李明益.GIS技術在長江揚中河段護岸拋石效果分析中的應用[J].水運工程，2016（6）：7-11.

[12]長江科學院.長江鎮揚河段河道治理規劃報告[R].武漢：長江科學院，2008.

[13]呂麗君，廖小永，黃衛東.長江鎮揚河段河道演變及治理措施探討[J].人民長江，2009，40（21）：9-11.

[14]劉娟，劉宏，張岱峰.長江鎮揚河段近期河床演變趨勢分析[J].長江科學院院報，2003，20（4）：18-20.

[15]湯國安，楊昕.ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程[M].2版.北京：科學出版社，2012.

（編輯：胡旭東）

Abstract：The main method for the quality detection of riprap revetment engineering is extracting the detection section，then analyzing whether the thickening of the measuring points and the sections meet the design requirements.But the randomness of cross-section extraction will affect the overall evaluation conclusion of underwater riprap effect.In this paper，the riprap revetment project in the development zone of Liuwei bend in Zhenjiang-Yangzhou reach of Changjiang River was selected as the research object.By comparing the statistical results of different groups of sections，the GIS spatial analysis technology was used to analyze how the detection sections of different groups affect the quality evaluation of riprap.The results showed that different detection sections in the same area would produce different evaluation conclusions.The consistency of regional evaluation conclusions was high when the riprap deficient rate less than 25% or greater than 50 %.While the riprap deficient rate was located in the area of 25%～50%，the engineering quality evaluation was easily affected by the aggregation and distribution of the riprap deficient area.The more concentrated the riprap deficient area and the distribution along the flow direction，the higher the consistency of the regional unqualified evaluation was.On the contrary，the more dispersed the riprap deficient area and the vertical shoreline distribution，the higher the consistency was .In order to ensure the evaluation accuracy，it was recommended to improve the riprap process，try to achieve accurate and uniform riprap，and increase the uniformity detection index of the thickening of the riprap.

Key words：riprap revetment project;rubble effect evaluation;GIS spatial analysis;riprap deficient rate;consistency;Zhenjiang-Yangzhou reach of Changjiang River