管袋固化砂浆软体排抛石压重在崩岸处理中的应用

管袋固化砂浆软体排抛石压重在崩岸处理中的应用

1险段治理及未来治理象山西区的海岸带，白香蕉水库周围位于磨刀门水道右岸和鸡门水道（杨树河）的左岸。它由东海、西海和东海组成。全长48.49公里，是二级海。白蕉段堤围险段多分布于磨刀门水道右岸东堤上,与磨刀门水道回流,流态的演变与河势走向有关,大多由于主流顶冲,旋切造成。这种由主流河势顶冲造成的险段,特点是:范围宽、来势猛、作用时间长、险情恶劣、治理难、代价大。险段有新八倾险段、灯笼险段、西堤浪损险段等。灯笼险段全长0.8km,由于长年围垦,堤围已向水道外侧推进80m~100m,使磨刀门过水断面缩窄流速加大,造成对堤基的冲刷而形成险段,具有险情恶劣、难治理、代价大的特点,需对险段水下护坡进行有效的处理。险段治理必须兼顾未来,既要解决目前的险情又不能给将来河道及口门整治留下麻烦。如采用丁坝挑流则容易引起河势变化,因此整治方案以平顺护岸措施为好。2管袋生态加固砂浆加固体的技术目前应用较为广泛的水下护坡处理措施有常规抛石、水下模袋混凝土、混凝土块铰链排和管袋软体排抛石压重等,各项技术的优缺点及造价见表1。近年来,管袋固化砂浆软体排抛石压重技术以其适应能力强、防护效果好、造价低等优点在工程中得到推广应用。利用此项新技术可有效解决坡脚被淘空的问题,降低了造价,很好处理险段水下护坡。2.1纵向加筋带为了满足软体排具有反滤与强度的双重要求,将排布设计成上层为280g机织土工布、下层为200g无纺土工布的480g双层复合土工布排布。设计成横向(顺水流方向)10m宽,纵向(垂直水流方向)48m长(由排体稳定计算而得)。排体上布置3条纵向充砂浆管袋,每条管袋直径0.32m、长50m。两边各用8cm宽的双层加筋带缝在复合排布上,即纵向有6条加筋带。顺纵向每隔5m布置1条横向充砂浆管袋,每条管袋直径0.32m、长10m,用7cm宽的双层加筋带单边(上水边)缝在复合排布上。在每个充砂浆管袋的一头要缝一个直径20cm、长30cm的袖口,为灌沙口。上游排搭在下游排上并栓牢,两块排体搭接量为1m。2.1.1水体排上抛石厚度抛石粒径的选择,应考虑抗冲、动水落距、多层抛护、良好级配及石源条件等因素,抛石粒径为20cm~40cm。软体排上抛石厚度也与水深及床面位置有关,随着水深的加大,抛石厚度也相应有些增加。设计深水区抛石厚度为80cm,纵向宽10m。其它近岸水浅处至深水的排体上抛石厚度均为50cm。上、下游端50m过渡段抛石量厚度由浅至深为40cm~70cm。2.1.2水泥、粉煤灰配比为了使充砂浆管袋内的砂子有一点固结能力,可在砂中掺入一定比例的水泥及粉煤灰等,配比关系为:水泥200kg/m3,粉煤灰300kg/m3,砂1200kg/m3,外加剂2.5kg/m3。2.2软组织负荷的确定2.2.1b深度及平均流速水流平行于岸坡产生的冲刷按下式计算:式中,Δhm———局部冲刷深度(m),从水面起算;Hp———冲刷处的水深(m),以近似设计最大水深代替;vcp———平均流速(m/s);v允———河床面上允许不冲流速(m/s);n———防护岸坡形状系数。2.2.2安排人体地板软体排延长铺设长度按下式计算:式中,α———坡前稳定坡度1:2.5。深槽前河床的最大长度为40m,故软体排铺设长度为48m。2.3软满语方案的计算2.3.1静水稳定性验算在静水条件,静水下坡面上排体抗浮稳定按下式计算:式中,Δh———排体上下水头差,计算中取按充砂浆管袋体积计算的平均值0.044m;γ'p———排面压载单位面积浮重4.5kN/m2,包括管袋中砂和上抛石的浮容重;γw———水容重9.8kN/m3;把γ'pγwα代入上式右项计算得Δh=0.43m,大于排体上下水头差,因此排体在静水条件下满足抗漂浮稳定要求。在风浪作用条件下,排体稳定性由稳定系数SN判别,按下式计算:式中,H———浪高,取1.0m;δm———护坡厚度,取0.56m;γα———护坡材料的容重,取15.7kN/m3。由此可得排体在风浪作用下满足抗漂浮稳定要求。2.3.2海洋流体的压重当水下流速不大于临界流速Vcr时,排体是稳定的。临界流速按下式计算:式中,θ——系数,当排体型式为独立块体压载时取值为2。该险段在汛期观测到最大流速为2.5m/s,小于临界流速,因此排体是稳定的。排体上要求的压重与当地水流流态与流速有关,《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》中提出,当流速不大于3m/s时,水下软体沉排面上的压载可采用1kPa,即可保证软体排的稳定。本工程中的压重为4.5kPa,满足要求。3硬件设备3.1施工准备3.1.1水下地形测量由于险工段的水下地形变化很大,施工期间的实际地形可能与设计资料有较大出入,因此在施工前应测量水下地形,并绘制平面图和断面图。3.1.2倾斜处理为使排体与地面有较好的接触面,应使之尽量平整。特别是在有陡砍或过大的坑洼时,可采取抛填土袋或不带尖刺的碎石。3.1.3停工率大,影响沉排质量对于沉排施工,充分备料至关重要,否则由此造成停工将大大影响沉排质量。特别在深水条件下进行大面积施工,排体停留时间过长将产生过大变形,甚至塌落。3.1.4安装机械工程不同的沉排形式和施工方法,所需的机械设备和数量不同。因此,应根据具体情况确定施工安排,准备所需的设备。3.2充填固结工程施工工艺流程为:排布制作→排布定位、拖排船定位→充砂系统布置→留排布置→排头上排架→拖排船排架测量定位→分节充填固化砂浆→分节拖排→割拉环→排尾固定。(1)排布制作:采用机编布和无纺布,由专业厂家按设计标准进行制作。(2)充砂系统布置及充砂工艺:充砂船距拖排船距离20m~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。充砂软管从下游向上排布,逐格充填固化砂浆。充砂设备用17kW、生产能力50m3/h的泥浆泵,将泥浆泵吊放至砂舱中,再开启泥浆泵,通过与泵连接的充砂软管向管袋中充填固化砂浆。(3)留排系统布置及实施:留排用钢丝绳,前面和排布连接,后面和地锚连接固定并留放,排布上中下游各布置三根钢丝绳。下游留排地锚距排布应近一点,上游留排地锚距排布远一点,形成侧向拉力,避免排体向下游滑,这样可以控制排体的上下游搭接宽度,反之则相反布置,若水下河床平顺则等距布置。(4)水下拖拉铺排施工:拖排前先将工程船尾抛“八”字锚,中间抛主锚,船头往岸上系“八”字缆定位。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,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。3.3压载质量控制对采购的软体排布要严格按质量控制标准进行检验,不合格的坚决拒绝使用,保证排布的质量满足要求。对压载用物体严格进行质量控制,保证压载物体入水后的质量和数量,从而保证排体的压载荷载。施工中除在岸上设立定位导标外。还用全站仪监测沉排轨迹,发现偏离预定区域时,随时绞船予以纠正,确保排体搭接无空漏。4