内河航道整治护岸工程中砂枕护脚施工探讨

谢世军 湖南省常德航道管理局

我国内河航道整治护岸工程中大多采用水位以上反滤层+干砌石或抛石、水位以下抛石处理以及先沉排护底再抛枕镇脚的措施。前种处理措施加固效果显著，且耐久性好，使用寿命长，但是这种护岸形式在原材料供应、施工效率、经济效益和环境效益等方面均存在很大局限；后种处理方式在受水流顶冲的陡峭河岸中无法保证沉排护底施工质量和有效的护底范围，无法实现排布和岸坡紧密衔接，导致工后发生沉排和抛枕镇脚结构损毁。为此本文提出砂枕护脚整治方式，该方式能充分利用疏浚及切滩工程弃土，有利于资源节约利用，且抛填护岸施工工效高，经济效益和生态环境效益显著。

1.工程概况

某内河航道整治工程建设规模为100t级江海轮双向通航三级航道建设，所开拓航道水深＊底宽＊最小弯曲半径为4.0＊80＊480m，并达到98%的通航保证率。结合勘探资料，该内河航道整治段沉积物主要为淤泥、粉砂和淤泥质粘土，且泥沙颗粒在水平向由内向外分布，在垂直向由下至上分布，呈由粗变细的总体变动趋势。该整治河段河床大部分为砂质，疏浚及切滩工程弃土距离远，故其护岸工程决定采用疏浚、切滩挖方弃土，并配合使用反滤排水功能良好的土工织物袋加工成砂枕后护岸，既能有效解决石料紧张难题，又能回收利用疏浚、切滩挖方弃土，节约施工成本。

2.施工方案设计

根据该内河航道整治护岸工程砂枕护岸断面形式，应使用直径1.2m，长度3.0m和5.0m的砂枕，并配合使用单位质量130g/m2、长度根据抛填加固部位不同分为2.0m、5.0m和8.0m的丙纶编制土工布和设计宽度30mm的加筋带。其中土工布横纵向抗拉强度分别在1000N/50mm和1100N/50mm以上，横纵向延伸率均在25%以下；梯形撕裂强度应不小于300N，GRB顶破强度应不小于1800N，刺破强度至少为800N，垂直渗透参数应在0.001cm/s以上，等效孔径应不大于0.15mm。加筋带拉伸负荷应为1.0×104N，设计伸长率不超过25%，单位质量不小于30g/m。

所制成的砂枕袋直径均为1.2m，为增强砂枕袋结构强度，还应在袋布上沿其长度方向增设5.0cm宽的4根纵向加筋条，加筋条间距95cm；并沿其宽度方向按100cm间距增设横向加筋条。砂枕充填料主要选用含泥量＜10%、掺杂少量中砂的细砂料，且充填料特征粒径d85＞0.15mm，d15＜0.15mm，且d≤0.005mm的粘粒含量控制在10%以内。为避免发生充填过程中砂袋爆裂的情况，应将砂袋内压力严格控制在20～30kN/m2范围内，将充填度控制在砂袋实际容积量的80%以内，充填料干容重至少为15kN/m³。

3.施工过程控制

3.1 漂移距离确定

在抛枕船定位施工前，主要通过抛投法进行漂移距离的计算和测定，即选择试验断面，根据水深条件按要求选择相应长度的缆绳垂直悬挂在枕架上，将空枕袋置于枕架冲枕，结束后收紧系好缆绳，另一头绑系在抛枕船，绳结还应进行GPS定位处理；砂枕抛投入水后将缆绳收紧，拉至与河底垂直的状态后与抛投前位置进行对比，测算漂移距离。公式如下：

式中：Ld——砂枕水平落距（m）；Vt——水体表面流速值（m/s）；H——抛投处实际水深（m）；G——砂枕袋单位质量（g/m2），取130g/m2。

根据实测漂移距离值进行可能漂移距离的计算，将所得到的计算结果及实际水深、水流流速等参数值填入表格中进行分析参考。本内河航道整治护岸工程通过以上试验确定出抛投距离后还应进一步确定抛枕船定位方式、移位控制措施等。

3.2 施工准备

在施工准备节段主要进行吸砂泵、抛枕架等的安装以及砂枕袋充灌。本内河航道整治工程吸砂船由航驳船改装而成，并将电动吸砂泵安装在其两侧船舷处，并由航驳船自带发电机组供电。在改装好的航驳船两侧船舷处各安装两个枕架，并由保险卡环起到固定作用，待完成枕袋充灌后借助枕袋结构自重，保险卡环自动松开，枕架便向两侧翻动，此时砂枕便会跌落水中。

3.3 抛枕船定位

考虑到本内河航道整治护岸工程施工范围主要位于近岸50m区域内，结合港口工程护岸施工经验，纵向控制应借助陆上导向标实现，以保证施工精度符合规范要求，所以在抛枕船定位时，应借助陆上导向标与拉测绳配合的做法，具体见图1。按照规范要求并结合护岸设计断面线和相关坐标点进行护岸平台边线测放，并以此作为抛枕船定位基准线，抛枕船纵向移动控制主要通过纵向导向标完成，并按照10m间隔设置里程导向标。

（1）定位控制。抛枕船定位及横纵向移动控制均通过锚缆和绞车完成，为加强定位及位移准确度控制，必须在抛枕船头和船尾抛交叉锚。抛枕船定位过程中，先以陆上导向标为准绞动锚缆并沿河岸方向纵向定位，再以测绳距离为准绞动锚缆以完成横向定位。为加强砂枕沉放位置控制，必须调整抛枕船定位，即在抛枕船预定位后测量水深和水流流速，根据所测数据进行抛枕船位置调整范围的计算，并结合计算结果重新定位。

（2）移位控制。完成抛枕船定位后立即开始砂枕施工，主要采用从河心向河岸逐层抛投填筑的施工次序。考虑本护岸工程所采用的砂枕尺寸，在完成一排砂枕抛投后应按设计要求将抛枕船向岸坡略微移动，为保证移位精度，应通过绞车控制移位过程。具体而言，应在抛枕船头和船尾分别安装一部绞车，并通过两条尼龙缆绳和岸坡连接；在完成一排砂枕抛投填筑后，通过绞车绳缆使抛枕船向岸坡移位，并加强移位速度和距离的控制。

3.4 砂枕充填

因本内河航道整治工程所使用砂枕规格小，充填量控制存在一定难度，必须加强吸砂泵充填压力和充填速度控制，如果充填压力过大，会增大砂料流失量，降低充填质量，如果压力过小，则会影响充填效率。

本工程采用三叉分头+独立阀装置进行砂枕袋充填，以有效解决充填速度和充填质量之间的矛盾。具体操作程序如下：先开启1#阀，半开2#阀，关闭3#阀后进行1#和2#砂枕袋充填，待充填至60%容量后砂料流失量开始增加，此时调整独立阀装置，使1#阀半开，2#阀全开，3#阀仍关闭；待1#砂枕袋填充量达到80%容量后2#砂枕袋的容量仅为计算容积的60%，此时应关闭1#阀，将2#阀调整为半开状态，开启3#阀进行3#砂枕袋充填。按照以上过程循环充填，并根据各砂枕袋填料情况随时调节独立阀压力。根据对充填好的砂枕袋的检测结果，本内河航道整治工程砂枕袋充填效率可达14～16个/h，充填砂料利用率达75～80%，充填好的砂枕袋高度可达50～60cm，充填效率和施工质量有保证。

3.5 砂枕袋沉放

根据砂枕沉放设计工艺，在沉放施工开始后因个别砂枕袋存在充填不均等问题，导致沉放时砂枕袋歪斜、落水不平，此后通过调整和保证砂枕袋充填质量和均匀度后沉放效果显著提升。砂枕袋沉放工艺具体见图2。根据对试验段流速的测量，该内河航道水体表面流速在1.0m/s以下，根据砂枕袋平抛漂流距离及抛投处实际水深，可得出砂枕袋下落漂流距在1.0m左右，完全可控。

图2 砂枕沉放示意图

4.结论

根据对本内河航道整治护岸工程砂枕袋设计断面和实抛断面施工结果的比较可以看出，实抛断面施工结果符合设计要求，但是实际抛填厚度却高出设计高度，主要原因在于砂枕袋充填后实际形状改变，抛填后通过测量发现部分区域砂枕袋厚度不足设计填充高度，补抛一层后便导致砂枕袋抛填实际厚度超出设计值。施工结果还表明，针对当前工况，即内河航道实际水深15～16m，水体表面流速1.0～1.5m/s，岸坡坡度缓于1:2，本工程所制定的施工方案合理可行，抛枕船定位及移位、砂枕袋充填度、砂枕袋落点等参数的确定均科学合理，抛填后的断面也达到设计水平和规范要求，填筑施工效果良好。