长江崩岸应急治理方案研究及应用

郭晓玲，姚玉扣

（仪征市水利工程总队，江苏 扬州 211400）

0 引言

长江经济带是我国经济发展的重要方向之一，是党中央“十四五”规划的重要决策之一，长江沿线整治已成为涉及省市的重点规划项目[1]。其整治工程主要为崩岸治理、环境提升、码头整治等方面。根据每年排查统计，长江中下游崩岸险情范围约占总沿线的60%，发生频率及范围也具有增长趋势，选用一种可靠的、生态的崩岸治理方案已得到相关部门的重视[2-3]。有学者[4]在崩岸监测技术方面提出应持续的、全面的搜集相关数据，建立全面的、科学的崩岸案例数据库。也有学者[5-6]在崩岸治理方面，结合当下块石资源短缺的现状，提出采用人工预制混凝土块作为替代的治理方案。也有学者[7-8]根据崩窝数量多、联动范围广、破坏性大等特点，从抛护体形状方面研究能适应长江岸堤强冲刷的抛投体，提出网格笼混凝土块及大面积格宾护垫的防护型式。也有学者[9-10]从抛投技术方面研究抛投体漂移轨迹，提高抛投体落定位置精度，使得抛投质量得到有效控制。但在现阶段研究成果中，鉴于长江岸堤的河势变化复杂多样，抛投数据搜集仍不全面，仍需大量抛投试验作为工程施工的前提条件。

本文提出一种抛石与钩连体配合的江堤抛护方案，总结该类工程的抛护重点注意事项及可能出现的安全隐患。经现场抛投试验，拟合抛投体漂移公式并论证抛投设计，为江堤崩岸治理工程提供可靠试验数据。在能够保证抛护质量的同时，优化抛投体数量，提高工程经济效益。

1 崩岸应急治理方案概述

长江岸堤崩岸因具有破坏范围较大、土层含沙量较高、江水潮汐涨落落差较大等特点。其崩岸治理方案应以整体性较好，能够大面积带水施工的防护措施为主。抛石护岸是一种最为有效且环保的措施，但随着近年来合适的石料越来越难采购，出现了一种预制混凝土材质的主动式钩连体防护型式（见图1）。两种抛投型式也可根据各自适用条件，划分区域配合实施。总结两者实施条件及注意事项详见表1。

图1 预制钩连体设计及成品示意图

表1 抛石与主动钩连体抛投实施对比特性表

2 抛投质量控制因素分析

2.1 安全隐患分析

不管是抛投块石还是钩连体，抛投的过程中仍会存在各种安全隐患，应事先做好预防及应急准备。安全施工的控制重点：浮吊船水上作业安全、运输航道通航安全、辅助船只通航安全、挖掘机操作安全、临时用电安全、吊机操作安全。抛投过程中可能造成水上船只碰撞或搁浅事故，严重情况下会出现人员落水或伤亡事故。应重点分析施工作业种类、危险源、可能出现危险情况，以及提出控制措施，详见表2。

2.2 抛投准备及试验控制

抛投工程的质量控制重点在抛护面的完整性、均匀性等方面，其中块石抛投应满足厚度设计限值，钩连体抛投应满足单位平方米内数量设计限值。抛投试验前期应做好水下地形探测，制定相应抛投施工方案。主要控制因素有定位、工具选用、抛锚顺序三大因素。

（1）定位船坐标的计算是整个抛投工作中最为重要的一个环节，定位的结果直接影响抛投体的防护效果，如图2 所示。指派专业人员进行现场协调，确保定位船就位后，还应采用专业探测技术进行复测，并通过定位船各方向固定锚索反复调整至设计位置。施工过程中，偏移量超过0.5 m 时，应进行调整或重新定位。抛投位置应考虑吊机工作不可避免的死角问题。

图2 定位船抛锚布置示意图

（2）定位船应配套满足水深及抗水流冲力的锚和缆绳。鉴于水流流速影响，一般上游锚选用较重的锚，约为下游的1.3～1.5 倍重。且连接锚的缆线应选用直径不小于21.5 mm 的钢缆，定投用钢缆规格可稍微小一些。

（3）为保证抛护船的稳定性，通常在船头和船尾各配备3 根钢缆固定。每根钢缆配备一个电动收放控制装置，便于调整船身方向。其中船头主缆承担水流带着船往下游飘的拉力，船尾尾缆控制涨潮时上下位移。抛锚时应严格按照先上游锚后下游锚顺序，兼顾先外锚后里锚的原则，最终以八字锚定位。

（4）抛投试验设计方案通常采用20 m 为一段，根据抛投区域情况确定划分单元的尺寸。抛投作业正式开始前，为防止出现搁浅或触碰障碍物等情况，抛投段水深应重点加密测量。比对水下地形图，在探测前后3 次均无较大变化时可开展抛投材料准备作业。抛投区域根据水下地形划分为若干方格区域，根据初步匡算的抛投量进行材料准备。同时在进行抛投前，应对船下位置实际水流流速进行测量，测速位置深度应在2/3 水深处。需采用具有一定强度和防腐性能的绳索绑好抛投体，记录抛投位置与水下落点位置坐标，通过坐标换算可得到相应漂距。最终根据试验数据拟合抛投轨迹方程，使得抛投作业的均匀、连续得到有效控制。

2.3 工艺流程控制

为确保钩连体能均匀的抛投至每个区格内，可采用吊装沉放或滚卸工艺对钩连体进行抛投作业。抛投时应根据抛投区实际地形进行抛投量及位置动态调整，以保证岸坡防护效果。抛投体为钩连体时，可采用平板船运输至浮吊船上拼装后抛投；抛投体为块石时，可采用网兜抛石工艺对水下护岸进行抛石施工，水下护岸部分还需用挖掘机进行平整。具体操作流程见图3。抛投顺序应严格按照先浅后深、先近后远、先上游后下游。在工程开工前，应组织监理、承包人和发包人对石料产地进行考察，并由监理单位代表对料场石料现场取样并送检有块石检测资质的机构进行块石检测,只有石料的硬度、湿抗压强度、软化系数、容重及有关指标满足设计要求，才能作为供料场。运输船的配备根据工程规模而定。石料运输船舶宜选择1000 t 货船，钩连体运输船宜选择400 t平板船进行钩连体运输，每艘抛投船上配有所需的GPS-RTK 测量定位系统，石料运输船的网兜也采用质量较好的网兜，保证在起吊及回旋过程中不发生破裂，以保证施工质量及安全。

图3 抛投体抛投施工工艺流程示意图

3 工程应用

3.1 工程概况

长江（江苏段）岸堤崩岸治理工程，主要分布在南京至南通约72 km 范围内。共排查出较大崩岸约20 处，其中仪征小河口处因地形特殊，存在近似直角的冲刷弯道。该段防冲要求较高，拟采用具有较高强度的钢筋混凝土钩连体进行抛护。小河口段新建护岸长度约1.1 km，拟沉放主动式钩连体方案为主，近岸采用散抛石防护，抛护宽度为65～90 m，划分3个区域进行综合抛护，见表3。

表3 长江岸坡（江苏段）抛投防护设计

3.2 现场抛投试验

（1）分单元抛投设计

区格的尺寸也是影响抛投质量的因素之一，其宽度影响抛投船单次抛投效率，长度直接影响抛投船的定位次数和施工进度。抛投过程中应特别注意，各小区格的抛量和数量应基本一致，区格抛量偏差应在设计抛量的±5%范围内。本工程钩连体与块石的抛投均采用起重机抛投，起重机吊臂回转半径12 m，拟将抛区划分成面积相等的标准区格，便于工程范围整体划分控制，进一步细分的小区格是为了便于抛投质量控制。垂直流向宽度为5 m，顺水流向长度为10 m，详见图4，局部特殊地形处采用不规则区格做衔接。石块抛投划分标准区格共约1700 个，不规则区格共约160 个；钩连体抛投1.0 m×1.0 m 小区格共计约8.1 万个，块石抛投2.5 m×2.5 m 小区格共计约0.2 万个。为了满足每单元工程不少于3 个检测断面的要求，拟沿工程区域纵向顺水流每隔约20 m设1 个检测断面。抛投过程中应定期进行水下抛投地形监测，预防漏抛，及时控制水下抛护情况。

图4 抛投标准区格及小区格示意图（单位：m）

（2）抛投轨迹方程

抛投体在水下的降落轨迹直接受水流流速和流向影响。由于工程段处于水流流速较大位置，水流以单向流为主，易出现近直角急转弯。因此抛投作业时水流流速应控制在小于2.5 m/s 范围内，枯水位为1.5 m。经过现场20 组抛石试验以及20 组钩连体抛投试验结果，抛投体水平漂距与抛护区域水位H、面层流速V 成正比关系；与石块自重W1成0.167 次方的反比关系；与钩连体自重W2成0.164 次方的反比关系。通过对实验数据拟合，得到抛石漂距S1与钩连体漂距S2的计算公式如下。

式中：S1为抛石漂距，m；S2为钩连体漂距，m；W1为石块自重，kg；W2为钩连体自重，kg；V 为面层流速，m/s；H 为抛护区域水位，m。

3.3 效果分析

结合工程受潮汐及汛期影响较大特点，考虑钩连体预制、养护及运输作业配合，将划分为8 个施工队相互配合施工。根据每日要求最低预制1000 个钩连体的施工任务量，每日需配备1000 套钢模板同时施工，每套模板需周转200 次。据统计，块石抛投量总计约1.2 万m3，钩连体约20 万个。根据施工过程中水下地形跟踪测量结果，抛护区域块石及钩连体总体分布均匀，达到设计要求。

4 小 结

（1）考虑到自拌混凝土对环境的污染较大，长江沿线工程可采用商品混凝土进行主动式钩连体的预制。商品混凝土由厂家拌和，由商品混凝土搅拌车运输至现场，满足环境保护要求。

（2）对于参与施工的船舶多，施工作业面积大的抛投工程，应重点关注水上安全，降低施工风险。

（3）抛投过程中应不断搜集抛投体飘落距离，及相应水深、流速等资料，应动态论证及更新相应漂距拟合公式。根据抛投现场条件的变化，重视定位船的抛锚效果，提高抛投作业参数精确度，保证抛投均匀性。