砂被筑壩對(duì)汊道封堵工程的影響范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了砂被筑壩對(duì)汊道封堵工程的影響參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《人民長江雜志》2015年第S1期

摘要:

拋投中小型土工織物充砂體一般用于修筑潛壩或填槽，在長江大型汊道封堵工程中的運(yùn)用比較少見。大型汊道水流流速快、填筑工程量大，使壩體成型控制難度大、施工效率低，應(yīng)在工程中不斷優(yōu)化和改進(jìn)施工設(shè)計(jì)及工藝。通過加大土工織物袋體尺寸，采用邊充砂邊沉放的方法連續(xù)施工，形成了成熟的砂被筑壩技術(shù)。實(shí)踐證明，該技術(shù)的施工機(jī)械化程度高、程序簡(jiǎn)單、施工高效、壩體成型易于控制，且運(yùn)用該施工技術(shù)修筑而成的汊道封堵壩能起到預(yù)期的工程效果。

關(guān)鍵詞:

汊道封堵;砂被;充砂;連續(xù)沉放;施工技術(shù)

土工織物砂袋作為一種新型結(jié)構(gòu)形式，在長江河道整治工程、航道治理工程及圍堤吹填工程中應(yīng)用比較廣泛。長江河道整治工程中，部分堵汊、潛壩工程中的壩體由以往的沉梢壩、堆石壩逐步發(fā)展為砂枕壩、砂袋壩，如長江鎮(zhèn)揚(yáng)河段和暢洲汊道左汊口門控制的潛壩工程。在航道治理工程及圍堤吹填工程中，也有應(yīng)用砂袋成堤的實(shí)例，如長江口深水航道治理工程、羊山深水港區(qū)一期北圍堤工程及太倉港圍堤吹填工程。長江鎮(zhèn)揚(yáng)河段和暢洲汊道左汊口門控制的潛壩工程、羊山深水港區(qū)一期北圍堤工程及太倉港圍堤吹填工程中砂袋一般寬1．2～1．5m，長8．0～15．0m，采用有動(dòng)力或無動(dòng)力船機(jī)設(shè)備進(jìn)行拋投。因砂袋入水下落過程中，受不同入水姿態(tài)及水流沖擊力等因素的影響，落點(diǎn)位置有較大的隨機(jī)性，運(yùn)動(dòng)軌跡紊亂［1］，因此落點(diǎn)控制難度較大。若在流速較大的汊道中采用拋投中小型砂袋填筑大型封堵壩，則工作效率低、壩體成型控制難度大。長江口深水航道治理工程采用了大體積復(fù)合砂袋施工工藝，但工程位置水文特性與長江南京段新生洲新濟(jì)洲汊道有所不同。

1工程概況

長江南京新濟(jì)洲河段(見圖1)位于長江江蘇河段進(jìn)口段，全長25．0km，河段內(nèi)分布有新生洲、新濟(jì)洲、新潛洲、子母洲和新洲，為多洲多分汊型河道。新生洲與新濟(jì)洲上、下順列，兩洲間夾有一條長約2km，寬約230m的中汊。中汊一度淤淺萎縮，現(xiàn)又呈發(fā)展趨勢(shì)［2］。1959年，中汊口門開闊，加上新濟(jì)洲洲頭分水魚嘴有較強(qiáng)的導(dǎo)流作用，導(dǎo)入了新生洲左汊一部分水流。1959～1985年，新濟(jì)洲洲頭分水魚嘴沖失，新生洲、新濟(jì)洲總體均處于向下運(yùn)動(dòng)過程中，即呈頭部后退、尾部下延的趨勢(shì)。由于新生洲洲尾下移速度較大，中汊逐漸衰退，中汊中部一度又形成了還魂洲(該洲于1980年并入新生洲)，1985年，中汊斷流，新生洲、新濟(jì)洲合為一體。20世紀(jì)90年代以后，新生洲左汊由于分流減少，口門形成心灘并不斷下移。1998年，新洲下移至中汊口門，水流對(duì)中汊口門造成擠壓，導(dǎo)致口門上下游岸線崩退，口門擴(kuò)大，中汊進(jìn)流條件改善。同時(shí)，隨著左汊分流減少，河道淤淺、萎縮，1998年大洪水后，左、右汊河床高差達(dá)6m以上，左汊河道阻力的增加壅高了左汊水位，導(dǎo)致左右汊之間水位產(chǎn)生橫比降。由于以上因素的綜合作用，近年中汊呈發(fā)展趨勢(shì):1998年中汊0m槽貫通;2001年中汊－5m槽貫通;2007年中汊－7m槽貫通，其內(nèi)最深點(diǎn)高程達(dá)－16．1m;2008年8月，中汊分流比達(dá)3．45%，新濟(jì)洲河段有形成多汊分流的跡象。根據(jù)2008～2013年河道演變分析成果，中汊0m、－2m、－5m等高線以下河道容積分別擴(kuò)大了26%，45%和105%，發(fā)展趨勢(shì)非常明顯。

2河道存在的問題及中汊封堵的必要性

歷史上，中汊分流比曾接近20%，這一時(shí)期，口門寬約2km。目前，中汊口門以下的新濟(jì)洲左緣水下岸坡坡腳大幅刷深，岸坡向陡峻方向發(fā)展，一旦岸坡失穩(wěn)，中汊將口門大開，分流比大幅增加。由于中汊出流直指右岸牧龍河一帶，該股水流將對(duì)牧龍河以下的岸線將造成強(qiáng)大的沖擊，再加上牧龍河以下的右岸岸線未實(shí)施護(hù)岸工程，岸坡在水流的沖刷下有可能發(fā)生崩岸險(xiǎn)情，將嚴(yán)重威脅到防洪安全。同時(shí)，中汊水流匯入右汊后，七壩段的頂沖壓力也將大大增加。近年來，七壩下段(原二期工程護(hù)岸終點(diǎn)上游約1．7km)護(hù)岸工程發(fā)生大面積損毀，水下岸坡坡腳最大刷深超過10m。七壩作為控制下游下三山以下河段的重要節(jié)點(diǎn)，一旦對(duì)河勢(shì)的控制作用減弱，下游河段的河勢(shì)穩(wěn)定性將難以保證，因此有必要對(duì)中汊進(jìn)行封堵。

3工程設(shè)計(jì)

中汊封堵工程(見圖2)設(shè)計(jì)采用土工織物填砂體筑壩，壩頂高程(1985高程)為8．0m，壩身邊坡為1∶3，壩身在2．5m高程處設(shè)4．0m寬二級(jí)平臺(tái)。二級(jí)平臺(tái)以上邊坡及壩頂防護(hù)采用格賓石籠，二級(jí)平臺(tái)以下及坡腳采用拋石防護(hù)。

3．1填筑材料填筑材料為江砂，砂源位于中汊口門外新洲右緣。

3．2砂被材質(zhì)砂被由聚丙烯編織布制作而成，編織布等效孔徑需滿足保砂透水要求［3］。根據(jù)《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》，對(duì)有動(dòng)力作用和往復(fù)水流的情況，不論保護(hù)何種土類。

3．3砂被結(jié)構(gòu)尺寸土工織物填砂體尺寸大小與施工工藝及運(yùn)行期壩體所需強(qiáng)度相關(guān)。原設(shè)計(jì)采用不同規(guī)格尺寸的中小型砂袋，通過U型支架拋投入水著床筑壩。綜合考慮壩體抗滑穩(wěn)定要求、成型控制、施工強(qiáng)度及施工效率等因素，遂采用大型砂被，邊充砂邊沉放筑壩。砂被(見圖3)長60．0～80．0m，寬25．0m。每條砂被沿寬度方向縫制4～6個(gè)直徑為30．0cm、長50．0cm的袖口，袖口排距5．0m，作為江砂的充填口。砂被縱橫方向一定間距內(nèi)，均縫制加強(qiáng)筋，保證施工和運(yùn)行期強(qiáng)度。

4砂被充填施工

4．1施工條件

4．1．1水文條件工程施工期處于枯水季節(jié)，可作業(yè)最大水深17m左右，最大流速1．5m/s。

4．1．2主要施工設(shè)備工程投入的主要施工設(shè)備包括:砂被鋪設(shè)船1艘、采砂船1艘、吹砂船21艘、運(yùn)輸船1艘以及交通船1艘。

4．2施工方法及步驟施工采用“定位平鋪充填”工藝，即將成型的空砂被充分展開，卷于鋪設(shè)船滾筒之上，施工船定位后，將砂被首部展開，平置于鋪設(shè)船前方的滑板上，經(jīng)袖口逐排充砂排水，下放滑板，砂被首部憑自重下沉鋪放。隨后逐排充填砂、逐步后移船位、逐漸鋪放、逐漸放松卷筒。施工流程及方法分別如圖4，5所示。

4．3施工要點(diǎn)

4．3．1鋪設(shè)船定位及漂距確定砂被入水后，受水流流速、滾鋪方向、砂被大小、施工區(qū)水深、船只定位條件等因素影響，砂被入水點(diǎn)至著床點(diǎn)之間存在水平距離，稱為漂距。此漂距作為施工定位的提前量，需在施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，該工程鋪設(shè)船定位提前量為5m。

4．3．2鋪設(shè)船定位將GPS定位儀固定于鋪設(shè)船上，依據(jù)漂距值和擬作業(yè)分區(qū)位置坐標(biāo)，利用特定軟件顯示動(dòng)態(tài)偏位，進(jìn)行快速測(cè)定放樣。施工過程中可在陸上設(shè)置標(biāo)桿，以作定位參照。施工鋪設(shè)船依靠其裝備的6個(gè)定位錨，參照GPS偏位值和岸上定位標(biāo)桿實(shí)施移位、定位。

4．3．3砂被首部入水著床和尾部鋪放砂被首部先在平置的滑板上充填江砂，隨滑板傾斜和砂被自重緩慢入水，通過隨后的逐排充填，卷筒放松，使排首逐漸落床固定。砂被尾部鋪沉則是在卷筒上預(yù)設(shè)一定長度的排體，其端部與砂被尾部活扣相連。待砂被尾部鋪放著床后，解開活扣，收回預(yù)設(shè)的排體，即完成施工。砂被迎水側(cè)的位置漂移控制是砂被鋪放過程中的重要環(huán)節(jié)。施工過程中采取了兩種措施，以避免砂被首部迎水側(cè)受水頂沖漂移位或破壞。一是砂被首部下水時(shí)，將砂被首部上游設(shè)置預(yù)拉繩索，進(jìn)行預(yù)拉定位;二是在砂被首部增加壓載，如加系砂肋袋負(fù)重等。

4．3．4鋪設(shè)船移位的均衡控制滾鋪施工時(shí)需要多項(xiàng)操作分步進(jìn)行，充填砂、放卷筒、移船位等，操作協(xié)調(diào)控制非常關(guān)鍵。因操作和控制不當(dāng)，極易造成砂被撕裂，滾鋪施工失敗。需實(shí)時(shí)測(cè)量定位，同時(shí)應(yīng)挑選經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)熟練的人員專司船機(jī)設(shè)備操作。

4．3．5砂被袖口的設(shè)置與處理該工程砂被結(jié)構(gòu)尺寸大，采取分步充填、分步滾鋪工藝，通過多次試驗(yàn)施工，逐步確定了袖口在砂被上的縱橫間距。施工過程中，應(yīng)在每排袖口充填完成后即行扎緊，但充砂結(jié)束后立即綁扎袖口，不利于砂被內(nèi)的水體及時(shí)排出。遂進(jìn)行不綁扎袖口的嘗試，同時(shí)適當(dāng)減小袖口直徑，提高了施工效率。

5工程效果

5．1壩體成型符合設(shè)計(jì)要求中汊封堵工程壩體填筑于2015年2月完成。經(jīng)過一段時(shí)間沉降后，2015年6月對(duì)壩體高程進(jìn)行復(fù)測(cè)，結(jié)果顯示壩頂平均高程8．81m，符合設(shè)計(jì)要求。

5．2整治效果初顯中汊封堵后，新濟(jì)洲河段轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的雙分汊河道。中汊封堵后相關(guān)模型試驗(yàn)結(jié)果表明:接灘流量條件下(Q=40900m3/s)，中汊封堵前新濟(jì)洲左汊分流比為36．4%，中汊封堵后分流比為38．29%，增幅為1．95%，因此，新濟(jì)洲左汊分流比因中汊封堵而增加［3］。新生洲左汊部分水流因中汊封堵后未匯入新濟(jì)洲右汊，右岸牧龍河以下的岸線受水流的沖擊減輕，防洪得到保障。同時(shí)，七壩段的頂沖壓力相應(yīng)減小。

6結(jié)語

砂被連續(xù)筑壩技術(shù)，融合了軟體沉排、砂袋護(hù)岸的優(yōu)點(diǎn)，克服了離散大、定位難、施工效率低、一次性填筑量大等難點(diǎn)。同時(shí)，該技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、取材方便、施工快捷、環(huán)境友好、造價(jià)低廉的優(yōu)勢(shì)，為堵汊及水下筑壩等類似河道整治工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn):

［1］應(yīng)強(qiáng)，張幸農(nóng)，張思和，等．砂袋護(hù)坡試驗(yàn)研究［C］∥第十五屆中國海洋(岸)工程學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集(中)．北京:海洋出版社，2011．

［2］仲志余，張子龍．長江南京新濟(jì)洲河段河道整治工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告(審定稿)［R］．武漢:長江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司．南京:南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，2013．

［3］朱立俊，王建中．長江南京新濟(jì)洲河段河道整治工程物理模型試驗(yàn)研究報(bào)告［R］．南京:南京水利科學(xué)研究院，2015．

作者：陳輝 李銘華 陳磊 李濤章 鄭佐永 單位：南京市長江河道管理處