水下铰链模袋混凝土沉排在公安腊林州护岸工程中的应用

2018-02-01陈飞张艳霞李安定

水利建设与管理 2018年1期

陈飞张艳霞李安定

(1.荆州市长江河道管理局，湖北荆州 434000；2.湖北省河道堤防建设管理局，湖北武汉 430000；3.湖北华夏水电股份公司，湖北荆州 434000)

1 基本情况

腊林州护岸工程位于公安县埠河镇境内北闸安全区围堤下游长江右岸，地处荆南长江干堤桩号K695+330～K696+700堤外腊林洲围堤外侧。该段堤外平台宽30～60m，岸坡坡度20°～45°，水下坡度9°～39°，坡高20～24m。岸坡未处理，崩岸严重，崩岸形态呈台阶状，每级台阶高约2～3m，崩岸总高度约10m。该河段处于长江凹岸，在迎流顶冲作用下，深泓贴岸，水毁、崩岸现象严重，且崩岸呈快速发展趋势。

为保障堤防防洪安全需要，维持现有河势，抑制河势向不利方向发展，避免荆江河段河势产生大的调整，长江水利委员长江勘测规划设计研究院将腊林州新护工程纳入长江荆江河段河势控制应急工程。护岸范围为桩号K695+820～K696+700，护岸长度为880m。采用水上钢丝网石垫护坡，水下铰链模袋混凝土沉排护脚等型式加固堤坊。该工程于2015年9月10日开工，2016年4月15日完工。其中水下铰链模袋混凝土沉排护脚于2015年11月27日开工，2016年1月28日完工。

2 水下铰链模袋混凝土沉排设计

铰链模袋混凝土沉排护岸是将流动混凝土或砂浆用泵灌入由合成纤维制成的模袋内，形成混凝土护面层铺护在坡面上。

设计对腊林州护岸桩号K695+820～K696+700段进行模袋混凝土水下护脚，护脚坡长58m，总施工面积58036m2。模袋混凝土处于水下，最深处9m(以设计枯水位29.80m计算)。

为保证铰链模袋混凝土沉排在水下的抗冲强度，护岸选定C20混凝土作为铰链模袋混凝土沉排充填料。土工模袋采用涤纶高强机织模袋(双层)，单位重量大于500g/m2；抗拉强度大于2200N/m2；顶破强度大于500N；为防止在水位变幅区的模袋受日光照射老化断裂影响其整体稳定，对近岸10m范围内铰链模袋混凝土沉排袋体选用抗紫外线模袋。模袋混凝土厚0.25m，护脚宽58m，外缘接10m宽抛石。

铰链模袋混凝土沉排单元排体尺寸为12m×58m[长(顺流向)×宽(顺岸坡向)]，充灌25cm厚C20混凝土，充填后模袋形成单个块体平面尺寸为90cm×40cm，块间距10cm。每个块体垂直水流方向布设4个灌浆通道，分别与前、后排块体相连；顺水流方向布设2个灌浆通道，分别与上、下游排块体相连。通道在河床变形时能及时断裂，保证排体随河床变形下沉。每个块体内沿水流方向布设1根高强锦纶绳，垂直水流向布设2根高强锦纶绳，锦纶绳主要防止块体在水下产生脉动、悬挂及排体局部滑动。

为保证岸坡稳定，对水下边坡较陡地段还需进行土袋缓坡处理，坡度为1∶2。

3 水下铰链模袋混凝土沉排施工

3.1 设计施工方案

铰链模袋混凝土沉排分单元施工。根据现场施工条件，在陆上或工程船上布置混凝土搅拌输送系统(包括0.4m3混凝土搅拌机、混凝土泵、导管)，并在1艘150t的起重船上制作安装桁架滑道。150t起重船主要作为起吊滑道及停放搅拌机、配料机、输送泵的平台，起重船的移位由锚绳通过卷扬机控制。

采用混凝土泵输送混凝土，混凝土熟料出料后由输送管通向模袋灌口。混凝土的填充方向从水脚边自下而上填充陆上段混凝土，陆上段混凝土填充完毕，再由水脚边按顺序向江心方向填充滑道上铰链模袋混凝土沉排，填充一段，铺设一段。填充时，可在模袋上用脚踩踏，以保证模袋内混凝土密实。起重船沿模袋铺设中心线向江心缓慢移动，同时调节滑道坡度，使灌满混凝土的模袋沿滑道下滑，准确落在护坡上，直至该断面铰链模袋混凝土沉排铺设到位。然后重新移船定位，重复以上步骤，按先上游后下游的铺设顺序，完成全部铰链模袋混凝土沉排工程的铺设工作。

3.2 施工单位实际施工方案

按设计单位的施工组织实施方案，施工单位在落实铰链模袋施工船只过程中，了解到该施工设备原来只在航道部门工程中使用，且适用水下地形比较平缓的洲滩护岸。施工船舶属于特种船舶，数量较少，费用较高，难以落实。加上护岸工程受水位影响，时间紧，任务重。因此，在征求参建各方意见后，决定改变施工方案。原方案是在船上将混凝土灌入模袋，沉入水中。现方案是直接将模袋放入水中，由潜水员在水下将混凝土灌入模袋。

施工单位首先于2015年11月27—29日进行生产性试验，经核验施工机械的生产性能和生产能力满足技术要求和施工进度要求；水下模袋混凝土施工工艺和施工效果能满足设计要求。施工单位随后组织进行大面积水下模袋施工。该单项工程于2016年1月28日完工。主要施工方案如下：

a. 浇筑网格划分。设计单块模袋沿坡向长度为12m，垂直水流方向长度为58m。根据采取逐块浇筑的施工工艺要求，制定水下模袋混凝土施工网格为12m(顺水向)×58m(垂直水向)，自上游桩号K696+700向下游桩号695+820划分，每一网格重叠1m。

b. 控制模袋漂移措施。按设计线先浇筑坡上及浅水区域的模袋混凝土，再采用连接的3根48kg/m、12m长的重型钢轨将模袋固定在重轨上，按起点边线用钢丝绳将重轨放入水下控制位置，防止模袋产生漂移。

c. 模袋铺设定位。工程区域内水流深度较大，而且所有模袋铺设都在水中完成，首先应确保模袋布在加工缝制期间均按照设计尺寸要求缝制加工。

模袋布的铺设采用3条船进行，两条为定位船，一条为工作船。船只的布置如图1所示:

图1 船只布置

图中1号船为模袋顺水流方向定位船，起固定模袋，防止模袋顺水流向下游漂移的作用。单条模袋布宽58m，要求该船长度不小于45m。

图中2号船为模袋垂直水流向定位船，保证拉铺模袋至设计要求。该船长度不小于25m。

图中3号船为工作船，为便于下一块模袋拼接配置。该船长度不小于12m。

首先在岸上将模袋展开，并在岸线一端用钢管桩固定。然后人工将模袋另一端抬放至2号船上，由2号船向江中移动，逐步将模袋布伸平并沉放。在沉放铺展过程中，由1号船上操作人员用绳子(辅以槽钢)将模袋上游端扣住(扣绳中距约1～1.5m)并拉紧，调整定位。定位时考虑沉放漂移距离，在上游距设计桩号漂距处进行定位，漂距在沉放前试验确定。

模袋布长12m，平均分为3条，逐条浇筑。当完成2条(8m长度)冲灌成型后，由缝制人员在3号船上将下块模袋缝制拼接好，进行下一条顺序施工。

d. 混凝土充灌。混凝土所用材料为水泥、细碎石、黄沙。其中碎石的粒径为5～15mm，黄沙的细度模数为2.76～2.86。混凝土在拌和站集中拌制，输送至施工现场混凝土输送泵内，由输送泵入仓灌充。泵管主要为软管。

灌充前由潜水员在水上人员协助下将软管插入模袋灌口中，用专用绳子系住灌口，检查无误后听指挥员指令进行灌充。灌充过程中潜水员随时检查灌口情况确保灌充到位。

逐条由上至下灌充成型。该工程设计模袋两块间搭接宽度为1m，灌充顺序按图2进行。

图2 灌充顺序

灌充顺序：①→②→③→④→⑤。

其中④位于首块模袋上，在首块模袋灌充时暂不进行，折叠系在已灌充的模袋上；第2块模袋固定在首块已灌充好的模袋上，先灌充③，结束后，在潜水员协助下，由3号工作船上操作人员将折叠的④翻平叠压在已灌充好的③上并完成④的灌充。

灌充速度控制在8～12m3/h，连续灌充，灌充完成后撤管时将灌口扎紧。

3.3 水下模袋施工质量检测

由于施工单位改变设计施工方案，为检验施工成果，根据建设单位要求，在水下模袋施工完成后，进行水下模袋浇筑质量检测。

2016年4月，施工单位委托长江水利委员会长江科学院对水下模袋混凝土的浇筑质量进行检测。长江科学院采用水下机器人系统对施工区域进行水下视频检查，同时通过水声定位系统确定水下机器人的行走位置，判断铰链模袋混凝土沉排的铺放位置和铺放宽度。

该次水下检查共设置5个横向检查断面和1个纵向检查断面，检查结果表明：ⓐ铰接模袋混凝土沉排的铺设宽度满足设计要求；ⓑ铰接模袋内的混凝土填充较为饱满；ⓒ铰接模袋的搭接状况较好，基本没有出现未搭接的现象。

3.4 存在问题

a. 根据设计实施方案，水下模袋铰链混凝土沉排需要特制的专用船舶才能够施工。铰链模袋混凝土需在船舶上浇灌完成，填充密实后才沉入水底。专用船舶吨位较大，数量较少。由于水下模袋铰链混凝土沉排护底最先应用于航道整治工程，目前只有大型航道整治施工单位才拥有专用船舶。由于船舶稀少，价格高昂，难以租到。同时，护岸工程受水位变化影响较大，一旦错过枯水期，只有等下一个枯水位才能够继续实施。

b. 为保证工程顺利实施，施工单位将所有模袋都在水中铺设、固定，然后潜水员下潜将软管插入模袋灌口中，用专用绳子系住灌口，进行混凝土灌充。潜水员作业工作量大，且存在一定安全隐患。由于是水下浇灌混凝土，加上人为原因，难免存在漏灌现象，难以保证混凝土浇筑模袋饱满。因此水下施工，监理主要从以下几个方面进行监管：ⓐ见证混凝土的充灌压力；ⓑ见证混凝土的生产质量，如测量混凝土的坍落度、试块的抗压强度等；ⓒ检查水上部分模袋的充填质量、搭接宽度等；ⓓ见证每天的混凝土浇筑量，并与理论值做比较分析，以此保证混凝土的充填量。

c. 由于水下潜水员作业条件的局限性，工程实施过程中几度停工。根据相关规定，水流流速大于1.2m/s不宜进行水下作业，大于1.5m/s禁止水下作业。在施工过程中，长江水位曾经小幅上涨1m左右，潜水员难以水下作业。经测量，水面流速高达1.8m/s。潜水员继续作业将存在生命危险，工程只有停工。在水位下降、流速减小以后方可继续施工。

d. 腊林州岸段施工时，最大水深达10m。潜水员只有靠重力装备才能够下潜到水中作业。加上模袋上绳索较多，潜水员水下作业存在极大安全隐患。