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赛克格宾沉箱新工艺在长江崩岸整治工程中的应用

作者:未知

  摘要:在长江南京段崩岸应急治理中,需要采用新工艺进行护岸加固,以避免崩岸发生。经比较分析,选用赛克格宾沉箱抛石新工艺进行应急治理。重点比较了赛克格宾沉箱抛石新工艺与其他抛投工艺的优势,并从方案设计、抛前试验、数据分析及应用情况等方面进行了分析。结果表明,该工艺效果明显,推广应用价值较好,可为其他类似工程治理提供应用参考。
  关键词:沉箱抛石;崩岸整治;赛克格宾;南京段
  中图法分类号:TV861文献标志码:A DOI:10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.05.009
  1研究背景
  长江干流江苏段南京河段全长97km,是《长江流域综合规划》确定的重点治理河段之一。经过多年治理,长江南京段河势得到一定程度的控制,但局部河势仍在调整,不时产生新的崩岸险工。如新济洲右缘中下段岸坡崩退、7坝段顶冲上提,危及7坝人工节点的稳定汊道段。三峡清水下泄,河床冲刷加剧,导致长江南京段河道主流平面摆动,水流顶冲点上提下挫,产生新的崩岸险工(如新济洲汊道七坝至陈顶山段)。河道分流比调整产生新的崩岸险工(如新生洲右汊进口两岸)。局部河道窄深发生崩岸险情(如下关浦口缩窄段)。
  通过分析观测资料可知,三峡水库蓄水后,大通站年输沙量由4.27亿t(1951-2002年)锐减至蓄水后的1.45亿t(2003~2015年),长江中下游干流河道将自上而下呈现长时期、长距离的冲刷态势。1991年1月至2014年12月,长江南京段0m线以下河槽冲刷泥沙约1.8亿m3,河床平均冲刷1m,主要位于-5~15m高程问,其次是-20m深槽区域。长江南京段冲刷态势、河槽刷深,危及堤防安全、河势稳定,还影响沿线经济建设布局和港口码头、引排水口等基础设施及航运的正常运行。
  长江南京段部分河势变化较大,亟待进行应急治理以消除安全隐患。其中,长江南京某段崩岸应急治理工程拟采用赛克格宾沉箱抛石工艺。本文着重阐述赛克格宾沉箱抛石工艺设计及抛前试验、应用情况。
  2工程概况
  长江南京段崩岸应急治理工程总投资4.96亿元,总长度40.83km,共分7段进行整治。其中,因长江南京某段崩岸基本没有护岸边滩,江岸存在左冲右淤的状况,且近期不会改变。该段岸坡承受长江主流直接冲刷,地质结构属上软下砂,抗冲能力差,虽然前期人工护岸起到了一定保护作用,但江水淘蚀强烈,容易携带走岸坡泥沙,导致崩岸发生,需采取护岸加固措施。经技术经济对比分析,拟采用江苏省水利厅推广的新工艺——赛克格宾沉箱抛石新工艺进行应急治理,主要抛石工程量为114008m3。具体工程位置详见图1。
  3崩岸应急治理方案设计
  河岸的抗冲条件约束水流并制约着崩岸的发生。因此,在河道平面形态符合河势控制总体要求、无需改变水动条件的前提下,通过实施平顺护岸,提高近岸河床抗冲能力,以制止崩岸发生,特别是城镇段、码头港区、河口区域以及外部狭窄的重要堤段。多年实践表明其未对河势及防洪造成不利影响,效果较好。
  3.1方案比选
  水下护脚工程位于设计枯水位以下,在受水流冲击作用较强的近岸河床区域,工程实施后可增强河床对水流的抗冲能力,从而保障岸坡的安全稳定。水下护脚工程需协调与岸线利用的关系,力求平顺,避免对上下游、左右岸造成不利影响。根据工程区域地形、水流条件、周边环境,对分别采用抛石、赛克格宾、钢筋混凝土铰链排、四面六棱透水框架和主动式钩连体5种型式进行比较,详见表l。结合某段工况(历史上崩岸较剧烈,虽经过大量的抛石守护,崩岸时有发生),最终选定整体性和抗冲性较强的赛克格宾沉箱工艺。
  3.2方案设计
  3.2.1总体设计
  该工程长度3080m,采用赛克格宾防护型式。其中,断面桩号XNWO7~XNW10约长280m岸段坡面整体冲刷后退,故采取水下全断面分两区加固,护宽分别为65~120m和20m,厚度分别为0.5m和1.5m;断面桩号XNW10-XNW38约2 800m岸段为加抛防崩层,护宽20m,厚度1.5m。合计抛护面积10.3万m2,赛克格宾面积114008m2。
  3.2.2赛克格宾设计
  赛克格宾设计尺寸为4mx2 mx0.5m(长×宽×高,下同),内装石料进行定点抛投。其中,在厚1.5m的区域采用4mx2 mx0.5m的尺寸3层叠加抛投。
  3.2.3原材料设计
  (1)赛克格宾钢丝采用六边形双绞合钢丝网并进行镀高尔凡防腐处理,网面钢丝直径为2.4mm,最小镀层量230g/m2;边端钢丝直径为3.0mm,最小镀层量255/m2;绑扎钢丝直径为2.2 mm,最小镀层量230g/m2。钢丝的抗张强度350-550N/m2,编织前钢丝延伸率不小于8%;网孔规格D为100mm,网面抗拉强度不小于24kN/m,网面翻边强度不小于23kN/m。
  (2)块石要求石质坚硬,遇水不易破碎或水解,湿抗压强度大于30MPa,软化系数大于0.7,密度不小于2.40t/m3。块石粒径为10-30cm,填充空隙率不得超过30%。块石粒径应良好级配,不宜过大或过小,不符合设计要求粒徑的石料不超过5%~10%。
  4赛克格宾沉箱抛前试验
  4.1抛前试验方案设计
  根据设计要求,拟在施工前进行抛投试验。主要分以下3种情况。
  (1)3层试验段:采用0.5m厚格宾网箱抛3层,厚1.5m,长50m,宽20m,每小区格尺寸4mx10m。
  (2)2层试验段:采用0.75m厚格宾网箱抛2层。   (3)1层试验段:采用0.5m厚格宾网箱抛1层,厚0.5m,长50m,宽20m。试验单元具体分区详见图2。
  4.2设备及人员配置
  该设备配有1艘浮吊定位船、1艘沉箱船、3艘深舱石驳船、1艘起锚艇和1台挖掘机。此外,配有管理人员4人、船员6人和绑扎工6人。
  4.3试验流程
  4.3.1施工定位
  在定位船上采用GPS水上工程软件对定位船及定位沉箱进行船型设计。试验采用的沉箱尺寸与划分的抛石小区格尺寸一致,均为4mx10m。利用GPS控制定位船的移动,当船型设置的沉箱与拟抛投小区格线型重合即表示一次定位准确完成,可进行下道施工工序。施工过程中,受水流、风向等因素影响,定位船如发生偏移,根据GPS显示的定位船的实时位置及时进行校正,保证定位准确。施工定位示意详见图3。
  4.3.2抛前、抛后水下地形测量控制
  本次试验段的抛前、抛后水下地形测量委托第三方测量,采用多波束测深仪检测校验,检测完成后对抛前、抛后试验段数据进行整理分析。
  4.3.3赛克格宾网箱制作
  间隔网与网身应成90°相交,经绑扎形成长方形网箱。采用配套的、与网面同质量的绑扎钢丝进行封口闭合操作,按照间隔10-15cm“单圈一双圈一单圈”间隔绞合,以确保绞合处的强度。
  4.3.4赛克格宾网箱装填控制
  赛克格宾网箱装填控制采用深舱石料船整平后挖机在舱内进行网箱装填作业的方式。深舱石驳抵达现场后,用吊机将挖机吊入深舱石驳舱内,挖机对石料进行整平,再将两个装箱箱体(以下简称“箱体”)吊人石驳舱内,以长边并排摆放。深舱船舱内宽约9m,为不影响工人绑扎加工,两个箱体距深舱外沿各1.5m,箱体间距离2 m。赛克格宾网箱抛石装填示意见图4。填料施工中,控制每层投料厚度在30cm以下,一般0.50m高网箱分2层投料,0.75m高网箱分3层投料,每层采用挖机进行粗整平。
  4.3.5赛克格宾网箱吊运及入舱
  入舱时,在下放赛克格宾网箱至沉箱船舱底1m的横板处打开网箱箱体底门,使网箱平顺落入沉箱船舱内,以减小网箱形变。赛克格宾网箱吊和入沉箱船舱见图5~6。
  4.3.6沉箱下放深度控制
  根据抛前测定的水深情况,计算下放深度。其深度应控制在河床上部3-5m处。
  在下放钢丝绳上,每10m采用红色油漆进行标注,每5m采用黄色油漆标注,每1m采用白色油漆标注。
  根据每次抛投前测算的深度下放沉箱,待钢丝绳长度根据读数达到要求时,对下放限位钢丝绳的绞关进行刹车。刹车完成后,继续下放沉箱底舱门控制钢丝绳完成舱门打开作业。赛克格宾沉箱沉放示意详见图7。
  4.4试验次序
  试验段选取了20m×100m的1.5m厚抛区及20m×50m的0.5m厚抛区,按照从“上游向下游、远岸向近岸、深泓向浅滩”的顺序抛投。
  首先在1.5m厚抛区4m×2 m×0.5m尺寸赛克格宾网箱在1~25区域抛投,然后在1.5m厚抛区4m×2 m×0.75m尺寸赛克格宾网箱26-50区域抛投,最后进行4m×2 m×0.5m尺寸赛克格宾网箱在选定0.5m抛区抛投。即先进行3层试验段,后进行2层试验段,最后进行1层试验段。
  4.5试验数据对比分析
  4.5.1赛克格宾沉箱工程充填量分析
  试验段共有3艘深舱石驳提供石料,根据试验性抛投方案的量方及双控方式进行石料控制。具体數据为:3艘深舱石驳量方量为3689.11m3,实际抛投网箱共计方量3520m3。经校核分析,以网箱个数计量较准确,且赛克格宾网箱充填量可以达到预先设定值(0.5m厚单个网箱装填4m3,0.75m厚单个网箱装填6m3),确保试验范围内足量抛投。
  4.5.2沉箱抛石覆盖范围分析
  根据第三方多波束测图显示,沉箱抛石工艺在试验区域内能全面且均匀覆盖,达到试验效果,满足设计及规范要求。
  4.5.3断面测量的定点增厚值及增厚率分析
  (1)第三方多波束测量数据及图形。由于试验段水深约40m,且增厚要求为0.5m及1.5m,测量精度要求较高,按比例多波束扫测平面图上有很明显的体现:试验段抛后较抛前区域有呈规律性的块状凸起,且基本覆盖整个试验区域。抛后地形多波束测量见图8,抛后三维立体成像见图9。
  (2)3层、2层及1层试验段第三方多波束测量数据分析测点增厚值、断面增厚值数据见表2及图10~12。
  由表2及图10-12分析可知:①采用沉箱式水下抛石新工艺效果较好,增厚率均达到DB32/T2334.2-2013《水利工程施工质量检验与评定规范》、DB32/T 2947-2016《长江水下平顺抛石护岸施工规范》标准要求;②15m厚赛克格宾两层抛投较3层抛投施工效果更好、效率更高。
  3.5.4抛投工效分析
  根据试验期间每船单层抛投施工时问统计发现:采用0.5m厚网箱装填的单层抛投时间在20-25min,1.5m厚抛区单位面积(4m×10m)3层抛投需用时60~75min;采用0.75m厚网箱装填的单层抛投时问在22-27min;1.5m厚抛区单位面积(4m×10m)2层抛投需用时44~54min。从施工效率上来说,2层抛投效率比3层抛投提高约30%。
  5结论
  (1)从“抛准、抛足、抛匀”等方面来看,沉箱式水下抛石新工艺较传统抛石工艺及网兜抛石工艺效果更好。通过对现场施工流程的严格控制,在抛投量、抛投厚度及抛投范围上达到了设计要求,且第三方多波束测量显示本次试验所选取的3层试验段与2层试验段抛投质量均能满足规范及设计要求。
  (2)从原材料控制、定位控制、计量控制、网箱施工控制、吊装及下沉控制等方面证实了沉箱式水下抛石新工艺方法可行、措施可靠,特别在增厚率、平整度、计量及定位方面较传统工艺更为准确,优势更为明显。
  (3)施工工艺较抛石工艺复杂,有待进一步优化改进,但实施后抗冲及变形能力较好,整体效果较佳,该新工艺在类似工程中推广应用前景较好,将为其他类似工程建设提供参考。
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