充砂管袋软体排技术的应用

充砂管袋软体排技术的应用

1重点河道、泥沙、槽冲、条崩长江下游支流的安徽段从宿松县段瑶开始，与湖北省接壤，止于马鞍山慈武山和江苏省接壤，全长416公里。我省将境内长江干流按山矶节点共分为13个河段,其中鹅头型复式分汊型河段4个,弯曲分汊型河段6个,顺直微弯型河段3个。河段的平面形态,水流特性,演变特点及两岸边界、地质条件各异。左岸多为广阔冲积平原,河岸抗冲性较弱,右岸多山丘阶地,河岸抗冲性比左岸强。在1990年国务院批准的《长江流域综合利用规划报告》中,划定了14个重点整治河段,安庆、铜陵、芜湖和马鞍山4个河段均被列在其中。地质条件差、土质疏松是崩岸的内因,主流顶冲、弯道环流、高水位骤降等水流条件是引起崩岸的外因。长江干流由于水流流量大、流速急,河漫滩抗冲能力低,河床主流摆动,滩、槽冲淤变化,洲滩消、长、并、靠频繁,河道演变极其复杂,两岸经常发生突发性的窝崩和条崩。安徽省境内长江岸线总长约727km,崩岸段岸线长约300km,占总岸线的41%,崩岸的发生严重威胁河势稳定、江堤防洪安全、航运安全及重要建筑物安全。2东凉山投影及大坝设计2.1东梁两段抛石护岸工程东梁山试验工程位于长江马鞍山河段入口处左岸,长江在流经东、西梁山卡口时,由于两山对峙,河道窄深,水下最深处达-65m,河宽仅950m,尤其东梁山伸出江边达数十米,由此在东梁山下形成强烈的回流,加之近十几年来,进口段主流的右偏,导致江岸连续发生几处严重窝崩及长约2.4km的条崩,且以30m/年的崩岸速度逼近芜当江堤,自1997年以来此处上段虽经初步治理,但由于岸线较长,岸滩多为抗冲性较差的二元结构,该段水流特别复杂,流态紊乱。考虑传统抛石护岸虽有优点,但抛投不易均匀,且岸脚块石易流失;平顺护岸工程有散粒体结构的抛石护岸与整体结构形式的各种排体护岸。如果抛石前先铺设土工布反滤垫层,则抛石护岸工程的效果就能大大提高。为此采用充砂管袋软体排护岸新技术对该崩岸区进行治理。2.2常见的定量抛石软体沉排作为一种实用、有效的护脚措施,随着土工合成材料新产品不断涌现、质量不断提高、价格逐步下降,具有很好的适用性。沉排护脚有两类:一类是有压载的,如软体排抛石压重,需先完成铺排再在排上进行定位定量抛石;另一类是无压载的,如充砂模袋软体排、模袋混凝土排或模袋固化砂浆排等。东梁山崩岸治理试验工程,护岸长873m,对应芜当江堤桩号为24+277~25+150之间,布设防冲护岸构筑物,分为水上护坎和水下护岸,设计水上护坎型式为带锚桩的钢筋砼框架梁内铺土工布砼锁块护坎,水下护岸为复合土工布充砂管袋软体排,抛石压重护岸,工程立面布置图见图1。2.3有两组增加横向充砂管袋的结构充砂管袋排布采用410g/cm2的高强机织丙纶长丝土工布,模袋设计成框格型,纵向宽(顺水流方向)13m,横向长(垂直水流方向)65~85m。沿横向布置3条充砂管袋,每管袋直径0.4m、长65~85m,深水排头处有两节增加横向充砂管袋为5条,结构示意图见图2。两边各用宽8cm的双层加筋带缝在复合排布上,即沿横向有6条加筋带,顺纵向每隔5m布置1条充砂管袋,每条管袋直径0.4m、长13m,也是两边缝在复合排布上。以排体横向长80m为例,可布置16条充砂管袋及加筋带,均长13m。在每个充砂管袋的一头均留有长30cm、直径20cm的充砂口,当管袋充满泥沙后需绳子将充砂口捆紧。在垂直于水流方向每间隔1m左右布设宽7cm的双层加筋带,加筋带头尾均有拉环,带尾拉环与水上框架梁底梁锚钩栓接。带头拉环与拖排船上的排架连接,加筋带的作用主要是传递拉力。该工程实施时因水位上涨,工期紧,软体排原设计为整块变更为上部11.2m短排和下部53.8~73.8m长排,一次铺拖变二次铺拖。3流急条件下的铺排本工程除拖排施工外,其他施工内容在我省多有涉及,本文不作介绍,重点介绍拖排施工情况。在水深流急的条件下铺设软体排有相当难度,因此,铺排是这项护岸措施能否得以成功的技术关键。铺排的方法有多种,根据不同的施工条件可采用不同的铺排方法。本工程区域水上岸坡有较宽裕的放排场地,水下岸坡也少有乱石,因此考虑在水下进行拖拉铺排,即在岸坡上充灌管袋,再用单船向水下拖拉铺排的施工方法。3.1水下清障工程护岸软体排充砂铺设投入700t工程驳1艘,辅助船舶4艘,充砂设备2台套,潜水装备2台套,及各工种施工人员50名,历时53d,累计完成水下清障58000m2,水下充砂管袋由专业厂家加工成长度不等的管袋块,每块宽13m,长度从65~85m不等,每块搭接宽1.0m,沿岸线铺长750m。铺拖软体短排64块、长排69块共计65312m2,充砂量3850m3。3.2水下拖排的施工工艺为保证铺设完的排体是顺水流搭接,拖排时从下游向上游铺设。水下拖排的主要工序:排布定位分节迭好、拖排船定位→布置留排、充砂系统→排头上排架→拖排船排架测量定位→分节充砂→分节拖排→割拉环、拔销子→排尾固定。3.3拉环装复定位拖排前,先将工程驳船尾抛“八”字锚,中间抛一只主锚,船头往岸上系“八”字缆定位。在已定位的前提下,拖排船移至近岸,岸上排布定位叠好,排尾拉环接挂到框架底梁拉钩上,每个拉环用丙纶带缠绕,拖排船排架用φ50钢销子,卸扣跟深水排头10个拉环连接,销子末端用φ12钢丝绳系到船上,然后将排架吊起,再用经纬仪定位,定位时要保证上、下排体的搭接宽度。拖排时,将排架缓慢放下,并开始充砂,充完水面线以上一节或两节管袋后开始启动拖排,边充边拖,岸上与船上协调作业,排体拖到位后,留排钢丝绳要固定好,让排体先稳定一段时间后,割除排头或拔去销子,潜水员检查排体搭接情况,并将上、下游排体用带子绑好,即完成一块排体水下拖排工序,具体铺排施工情况见图3。3.4充砂管线无砂混凝土管充砂系统由运沙船、充砂设备和输沙管道三部分组成。充砂系统布置及充砂工艺的成熟是拖排速度及管袋充盈率的保证。充砂船布置在拖船下游,距拖排船距离控制在20~30m,充砂管布置应尽量平直,减少高差,拐弯,充砂管线在充砂船与岸坡段应硬性支托,不能悬空,否则该处最易堵管,充砂软管从排布下游上排布,逐格充砂。充砂设备用一台17kW,生产能力50m3/h的泥浆泵吊放至沙舱中,用两支水枪向泵四周射水,使水沙混合,形成锅底,再开启泥浆泵,通过与泵连接的充砂软管向管袋中充砂,沙水中的含沙量应控制在70~85%,浓度过大,管线易堵;浓度小,管袋内需二次,甚至三次充砂,才能达到设计要求85%。充砂时泥浆泵一般不停,边充边拖,或充一节拖一节,每节管袋充砂一般需60秒,如果拖排暂停,可以打清水,将管内沙清洗掉,否则再次开泥浆泵时管线易堵,管袋充满后应立即将充砂口绑扎牢固。3.5留排地锚、留排体的安装留排系统包括地锚、钢丝绳、留放装置,留排系统布置主要根据所在工程区的岸坡长短、相应排体履盖段的河床地形进行布设。留排地锚的位置应根据水下地形岸坡长短来定,若拖排位置水下地形变化大,上游高下游低,排体拖拉时易向下游滑,下游留排地锚距排布应近一点,上游留排地锚距排布应远一点,形成侧向拉力,避免排体向下游滑,可以控制排体的上下游搭接宽度,反之则相反布置,若水下河床平顺就等距布置。留排用钢丝绳,后面跟地锚连接固定并留放,前面跟排布连接,排布上下游各布置三根钢丝绳,其中上下游各两根作交替留排,另两根固定留排尾两角,排布拖到最后两节时,下游移一根钢丝绳到排尾中间留排。留排钢丝绳应始终拉紧,以控制排体的前进速度,如速度过快,排体惯性大,要边留边松,不能一次性留死,否则易造成钢丝绳拉断,地锚位移,排布拉裂,进而造成排体滑脱,或空排滑入水中。3.6冲砂饱满度检查(1)对厂家的每批供货,严格检验其出厂合格证书,并对其软体排布进行抽检。(2)排布摊铺冲砂前,现场量测模袋布规格尺寸是否符合要求、冲砂过程中检查冲砂饱满度是否达85%,如未达要求,必须二次补冲,直到达标。(3)每块排体拖铺后即派水下潜水员下水检查,发现问题按设计要求及时进行修补,直到满足设计要求。4采用新技术治理的工程效果分析东梁山崩岸治理试验完工后,即在2002年汛期发挥了工程效益,有效保障了该段江岸稳定。汛后经现场观看,试验工程段江岸未发生崩塌现象,岸线稳定,而工程区以上100m处,由于该段岸头未做护坎工程,汛后明显发生较大面积崩退。对比显示,试验工程结构牢固安全,护岸效果显著。为进一步分析工程效果,委托勘测单位进行水下测量,通过测图分析,施工区850m范围近岸100~150m区域,2002年10月较2001年10月普遍淤积2~6m,近岸水下原有一较长深槽全部淤平。经过多年的运行表明该段崩岸采用新技术治理的工程效果十分显著。作为一项新技术,软体排在设计和施工上也有许多要完善的方面,如在设计上可考虑减少压重的抛石量,针对水下地形复杂设计异形排的问题,施工时考虑施排方法的多样化,充分利用好长江