新型裝配式護岸在中小河流中的應用研究

李愛民

（鄆城縣蘇閣引黃灌區(qū)服務中心，山東菏澤 274700）

1 引言

中小河流的水利工程治理不到位，導致生態(tài)破壞和水污染問題始終存在，而人們往往過于重視防洪與安全，忽略了對河流兩岸生態(tài)環(huán)境的保護。裝配化技術在河流中的應用，給傳統(tǒng)護岸工程建設帶來了技術上的革新。

2 工程概況

該河流屬淮河流域，位于鄆城縣南側，是當?shù)刂饕姥纯购岛拥乐?，總長度為37.35 km，2018 年按照3 年一遇排澇標準，對河流進行清淤疏浚。該流域屬黃河沖積平原，為華北平原新沉降盆地的一部分，為第四系沉積物所覆蓋。全縣地形西南高，東北低，高程在47.5～38.5 m，高差9 m，地面坡降1/5 000～1/10 000。

流域屬溫帶季風性大陸氣候，有著十分明顯的季風氣候特征，年平均溫度在13.5 ℃左右，1 月份氣溫最低可達-1.8 ℃，全年日照總時數(shù)為2 401 h，相對濕度普遍保持在60%。流域范圍內(nèi)降雨年紀變化比較大，年分配不均勻，年降水量為594.3 mm，最大年降雨量和最小年降雨量分別為1 272.7 mm和304.5 mm。工程水文地質(zhì)方面，地下水屬于第四系孔隙潛水，含水層主要包含砂壤土和粉砂，補給來源氛圍大氣降水與地表水徑流兩部分，排泄方式為垂直蒸發(fā)、地下徑流以及農(nóng)業(yè)開采，本次施工勘察發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)水位標高在41.44 m 左右。經(jīng)過對水質(zhì)的分析，得知地表水會對混凝土材料具有較強的腐蝕性，對鋼筋和鋼結構有著中等腐蝕性。地下水對混凝土有著強腐蝕性，對鋼筋和鋼結構有著中等腐蝕性。

工程充分考慮裝配式護岸施工工藝的經(jīng)濟性、安全性以及生態(tài)性等影響因素，采取整體箱式裝配護岸，每段長度為12.04 m，其中包含4 個標準節(jié)段連續(xù)布置，單個箱體的長度為3 m、寬度為2.5 m、高為3.5 m，質(zhì)量達12.45 t[1]。

3 新型裝配式護岸在中小河流中的應用分析

3.1 材料選擇

本項目中，裝配式植草混凝土的構成主要包含水泥材料、粗細骨料、礦物摻合料、水等部分，此外還包含適當?shù)幕瘜W添加劑。選擇水泥材料時，首選普通硅酸鹽水泥，材料密度3.09 g/cm3，初凝時間為195 min，終凝時間為235 min，28 d 抗壓強度可以達到49.9 MPa。選擇粗骨料時，建議選擇粒徑在15 mm 左右的連續(xù)級配碎石骨料，粒徑最大應不超過30 mm，要求骨料堆積密度保持在1 500 kg/m3，含沙量應不超過0.8%。選擇細骨料時，骨料來源主要是天然河砂，堆積密度為1525kg/m3，含泥量需要控制在2.8%左右。為了更好地抑制植草混凝土內(nèi)發(fā)生堿反應，避免材料的酸堿度過大，建議使用一部分硅粉來代替硅酸鹽水泥，并在混凝土材料內(nèi)加入以碳酸鈣為主要成分的SR-4 添加劑，以此適當降低混凝土pH，為河流兩岸植物的生長營造更好的環(huán)境[2]。

3.2 配合比設計

配合比設計方面，參考以往工作經(jīng)驗，生態(tài)植草混凝土配合比大致如下：液固比為0.25，碎石在1 480 kg/m3，水泥220 kg/m3，砂200 kg/m3，水100 L/m3，雖然這樣的配合設計方式可以滿足中小規(guī)模河流工程治理的強度、孔隙率以及抗沖刷等性能要求，但用到的骨料粒徑比較大，部分骨料粒徑已經(jīng)接近40 mm，這對本工程使用到的裝配式護岸結構產(chǎn)生不利。裝配式結構有著許多邊角，容易導致接觸點較少，影響預制箱體整體強度，進而引發(fā)裝配式箱體斷裂。所以，有必要對以往的配合比進行調(diào)整，具體情況如表1 所示，在這樣的配合比設計方式下，河流治理工程裝配式混凝土28 d 時的抗壓強度可以達到8.8 MPa，孔隙率達到25%以上，能夠滿足裝配式護岸的結構設計與性能要求，可用于中小河流中[3]。

表1 中小河流裝配式植草混凝土配合比設計

3.3 結構設計

依據(jù)上文提到的材料配合比設計，可設計出不同結構的預制塊，如圖1 和圖2 所示，圖1 為嵌固式通孔正六邊形的護岸形狀，邊長可以達到16 cm，厚度10 cm/8 cm，10 cm 厚度的預制塊可預留7.5 cm 四邊形通孔，以此達到種植香根草的作用；8 cm 厚度的預制塊不會預留通孔，將兩個厚度的預制塊相互間隔拼接之后，就會形成2 cm 左右高差的消浪坎，從而達到消能減速的效果。圖2 結構中，嵌固式凹槽六邊形的邊長是16 cm，厚度和圖1 一樣，有10 cm 與8 cm 兩種，其中8 cm 厚度的預制塊預留通孔，10 cm 預制塊在中間位置預留8 cm×3 cm 凹槽，將兩種不同厚度的預制塊拼接起來即可。

圖1 嵌固式通孔正六邊形

圖2 嵌固式凹槽正六邊形

不同結構的裝配式護岸會對河道流速產(chǎn)生一定的影響，河道流速會存在差值，這與裝配式護岸的設計結構與形式有關。表面凹凸不平會使水流的流程增加，并對水流產(chǎn)生阻力作用，通過造成水力沿程與局部損失，降低近岸水流流速。當水位相同的情況下，水流的流速越大，流速差也會越大，這說明高速水流在裝配式護岸結構下消耗的能量更多，預制塊抗沖刷性能下降。流速相同的情況下，水位越高，流速差也會越大，水位在較高的時候，裝配式護坡結構對水流有著較強的消能效果。水位與流速相同的情況下，圖1 中的嵌固式通孔正六邊形流速差比較大，消能效果最佳。

3.4 關鍵工序

3.4.1 空箱預制

使用C60 混凝土進行空箱預制，明確模板尺寸精度和平整度等方面的數(shù)據(jù)，做好空箱在施工現(xiàn)場內(nèi)的養(yǎng)護工作。使用厚度為6 mm 的船用鋼板，組合拼接為預制模板平臺，再使用紅外測距儀進行現(xiàn)場測量，多次應用之后，模板的尺寸偏差只有2mm，可保障模板強度與剛度需求，提升箱體尺寸精度。對模板材料進行驗收，合格之后可以進行混凝土的澆筑，再使用高壓蒸汽進行箱體養(yǎng)護。

3.4.2 底板施工

預制箱體的同時還要進行底板部分的施工，中小河流水利工程裝配式護岸對于空箱的安裝位置有著較高的要求，特別是底板頂面的平整度，這將直接對護岸的安裝效果產(chǎn)生影響。采用大剛度特制槽鋼為底板空箱安裝處的頂模和趾坎側模，以此提升底板的平整度，保證趾坎的線性，盡可能提高裝配式護岸的精度。安裝空箱之前，依據(jù)底部尺寸1∶1 比例進行樣架的制作，檢驗空箱安裝處的平整情況，解決以往平整度控制難度大的問題。

3.4.3 箱體吊裝

依據(jù)工程具體施工特點，采取加裝3 根定位樁的40 t 全回轉浮吊船展開吊裝作業(yè)。

首先，箱體試吊裝。在正式吊裝之前需要提前試吊裝，其中包含兩部分工作：（1）空載試吊，將起重吊鉤3 次起落，查看限位器的靈敏度，再將吊臂在最大與最小工作幅度上運動3 次以上，檢測限位器的精密度，然后向左和向右的方向回轉吊臂，根據(jù)實際情況判斷回轉機構各部件是否運轉良好。（2）載荷試吊，將預制空箱作為試吊的構件，使用4 根鋼絲繩，將其與預制空箱四角吊環(huán)連接，收緊鋼絲繩吊起空箱，經(jīng)過吊鉤起升、變幅以及回轉運動后，查看設備制動性能，是否出現(xiàn)松動的情況，試驗完成后需要對力矩限制器進行恢復。天氣晴朗且風力低于5 級的情況下可以試吊，提前安排人員分工，一旦出現(xiàn)異常應立即停止吊裝，同時做好工作記錄。

其次，正式吊裝，大致需要經(jīng)歷以下工作流程：（1）了解吊裝期間的注意事項。吊裝之前要求現(xiàn)場所有人員必須做好安全技術交底，安排專業(yè)人員負責指揮，做好浮吊船傾斜角度的有效觀測，保證其穩(wěn)定性。（2）回轉吊臂到擬吊裝的空箱上方，放下吊鉤到可操作的高度。（3）使用卡環(huán)將鋼絲繩扣在箱體吊環(huán)，另一端與吊鉤相連，將鋼絲繩的水平夾角控制在60°左右。（4）將箱體吊起20 cm 查看各項裝置，吊至預計高度，確認其可以通過圍堰，緩慢回轉吊臂至底板上方制動，讓箱體與安裝位置保持垂直，緩慢下降吊鉤，空箱在底板高程上方10 cm 左右的位置即可，調(diào)整回轉角度，讓箱體四角和底板安裝位置線可以保持一致，達到要求之后放下空箱。（5）裝配式護岸箱體經(jīng)過預埋吊環(huán)與設備連接位置后，在人工配合下完成箱體落位的調(diào)整，使用千斤頂精細調(diào)節(jié)，預制箱體安裝到3 段時可對其封底處理，再完成灌漿和土方回填等操作。

最后，掌握預制構件連接技術的應用要點，以受力明確和傳力可靠作為裝配式護岸結構穩(wěn)定的關鍵控制點。常見的構件連接方法主要有濕法和干法連接兩種。其中，濕法連接就是將構件在現(xiàn)場澆筑混凝土進行連接，其結構性能類似于現(xiàn)澆混凝土。干法連接方式就是構件通過焊接或螺栓等方法，將節(jié)點和接縫進行有效連接。裝配式護岸結構在中小河流中一般采取干法連接方式，構件之間可以通過凹槽連接，如圖3 所示。

圖3 上下層裝配式箱體構件連接斷面

4 結語

總而言之，為了實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)與機械化施工，常見的裝配式護岸在結構形式方面主要有預制L 形和扶壁式等幾種，采用干法連接方法，將立板和底板進行構件水平連接，再經(jīng)過試吊裝和正式吊裝，使裝配式護岸可以更好地用于中小河流水利工程中。