复杂水流形态下的充砂枕袋封堵河槽工法措施研究

陈明明

（安徽水利开发有限公司，安徽 蚌埠 233010）

近年来，在长江施工时经常遇到深水复杂水流形态，部分江段洲头分叉入口处水流流速大、流态紊乱[1]，水深超过40 m，河床冲刷严重，部分坑槽深度达8 m，感潮段受潮水周期性影响，水位、流速、流态均不断变化。长江航道因其船舶通行量大，难以封闭河道施工，导致有效施工面狭小且安全风险大[2]。鉴于此，本文针对深水复杂水流形态充砂土工枕袋封堵深槽施工，开展了专项研究，形成了一套先进的施工方法及装备，通过工程实际验证，取得了良好的经济、社会效益，现就该工法做简单的介绍。

该工法的原理：根据实测的复杂水流条件，对枕袋进行二次深化设计，优化枕袋及袋体加工；
根据多波束测量仪确定水下地形[3]，划分抛投网格；
运用六通吹灌装置充填枕袋，泌水后将其充入水面飘落着床，并进行实时跟踪测量，及时补抛。

该工法的特点主要包括三个方面：

1）枕袋二次深化设计，满足深水复杂水流条件。根据水流条件，对枕袋进行二次深化设计，优化规格尺寸、加筋数量和孔隙率，并使其强度和泌水性满足施工要求，从而提高工效。

2）精确抛投。根据实测水下地形，运用GPS 和RTK 系统联动[4]，精确抛投枕袋，并进行实时跟踪测量。

3）快速充填、成型率高。同时使用多台泥浆泵及管道，提高充填效率，并及时调整水枪姿态，控制充填过程中的含水量，提高成型率。根据该工法的特点，确定该工法主要适用于水深小于40 m，流速小于2 m/s 的河槽、浅海滩涂、海槽等利用砂枕袋封堵施工的区域。

2.1 工法流程

该工法的施工流程见图1 所示。

图1 施工流程图

2.2 操作要点

1）施工准备：根据设计图纸编制施工方案；
根据设计要求，进行材料招标、厂家考察；
对施工管理人员及操作人员进行安全、技术交底；
优化充砂土工枕袋生产参数；
编报通航安全专项方案，办理水上作业许可，按方案设置施工警戒区域；
编报航标设置专项方案，办理通航安全许可，发布航行公告，调整航标，设置警戒及巡查。

2）袋体优化设计及加工：充砂土工枕袋上的袖口长度为0.3 m，直径为0.2 m；
枕袋的纵横向进行加筋处理，沿袋长纵向封闭加筋，每个袋子均匀地加筋2 圈，纵向间距1 m 加箍筋；
纵筋单位长度重不小于46 g/m，宽为0.05 m；
充砂土工枕袋封口用的系带条每根单位长度重不小于8 g/m。袋体优化后的尺寸如图2 所示。

图2 袋体优化设计后尺寸

3）水下地形测量：水下测量采用专门测量船，采用GPS 定位系统配合多波束测量仪器，测量数据由采集软件自动采集。

4）抛投网格划分：对抛投前测绘的地形进行网格划分，并统一编号，根据网格中所需方量确定枕袋的数量。

5）吸砂船、抛枕船定位泊锚：抛枕船按照预先测放好的横断面定位线现场驻位，抛枕船船身平行于水流方向，采用“四锚法”固定。抛枕船定位如图3 所示。

图3 抛枕船定位示意图

6）运砂船靠泊、接通吹灌装置：运砂船应严格按照《采砂施工期通航安全保障方案》中指定的路线进行运输，严禁逆行；
运砂船应在接到准确的号令后方可靠泊；
运砂船靠泊后，应根据水位变化及时调节系缆的长度；
充填前将充填设备管路连接好，进行试吸砂，检验设备能否正常运转。

7）吹灌充填枕袋：在输砂总管两侧各加工3 个钢管接头，并安装闸阀及软管构成六通吹灌阀，启动吸砂泵，使水砂源源不断地被送入枕袋中。

8）泌水、抛投：砂袋装好后，沙袋要两次排水，第一次是人工排水，第二次是高压水枪排水，其中高压水枪的功率要足。

9）质量检测：抛投结束后，采用多波束测量仪器进行水下测量，对未到达设计高程和漏抛区域进行补抛，直至达到设计要求；
抛投船定位一次，可覆盖周围50 m 范围内的区域。

3.1 工法的质量要求

1）土工枕袋的规格、质量、拼接缝形式和缝合强度满足设计要求。

2）不同时段，不同位置进行水深测量、流速测量，漂距实验，实时动态调整。

3）抛投后及时测量成型效果，对比分析。

4）充砂填料的级配及含泥量应满足设计要求，小于10%。

5）所用土工织物按每5 000 m2抽检1 次，每批次不足时按1 次抽检，取样检查，并检查出厂质量合格证明和检验报告。

6）砂料按每1 000 m3进行1 组抽样检验，优先选用中细砂类土，含泥量不应超过10%，直径为0.05 mm的砂粒含量宜大于50%，本工程采用含泥量小于10%的中细砂。

7）充填水力造成的泥浆浓度宜为20%～45%，袋体内填充的充盈度应控制在75%～85%之间，本工程选用80%。

3.2 工法的控制措施

3.2.1 质量控制措施

1）施工前根据设计图纸及水下地形测量成果，准确绘制挡位图。

2）选择具备资质条件的厂家生产枕袋。

3）加强对施工作业层的技术、安全交底。施工前按施工方案对施工人员进行书面技术交底。

4）加强充砂过程的控制，流速、水深量测的控制，及时进行漂距实验，抛投质量进行扫测。

5）充填至80%时，安排施工工人以踩踏的方式进行人工排水。

3.2.2 安全控制措施

1）施工前，按照《施工期专用航标设置方案》航标布置要求，提前联系航道部门调整航标位置。

2）在施工区域上下游设置警戒船，施工期间派专人值班，并要求值班人员每隔半小时利用航道公共“6频道”向过往船只喊话，提醒过往船只注意安全。

3）根据编制的专项施工方案做好安全施工技术交底及安全教育工作，针对每个工序施工的特点和安全管理隐患点，做好安全防范工作。

4）安全防范重点：严防水上作业落水事故。

5）抛枕船、采砂船等施工船舶安装视频监控设备、导航系统，实时监控。

6）施工船舶必须持有有效的《船舶检验证书薄》、船舶营运证书（或许可证）、船员任职证书，三证齐全，否则严禁租用。

7）机动船舶均需配备GPS、AIS、VHF 和雷达[5]，船舶锚系设备的形式、数量和强度必须适应本航区的作业安全要求，所有施工船舶配备完善的通讯设备，便于接受准入指令，否则禁止在本项目使用。

8）现场安全员随时注意观察工程附近船舶交通流的情况及通航环境的变化，及时提醒并引导施工船选择合适的时机安全进出作业区。

3.2.3 环保控制措施

1）根据《中华人民共和国防治船舶污染内河水域环境管理规定》等相关内河环境保护法规的要求，将防治船舶污染水域环境列入重要的环节来实施。

2）在施工期间，对产生的主要污染源和污染物采取防治水域污染的作业方案和有效的安全及防污染措施，并取得海事管理机构的批准。

3）向作业船舶宣传贯彻关于防治船舶污染内河水域的有关规定，施工作业时，安排专人负责现场管理，加强监督，发现问题及时制止。

4）船舶含油污水、生活污水，含有毒液体物质污水排放应符合国家和地方有关水污染物排放控制标准及要求，不符合排放标准及要求的，委托有资质的污染物接收单位接收处理。

5）船舶按相关规定的操作程序对所产生的垃圾进行分类、收集、存放，禁止向内河水域排放船舶垃圾。

6）船舶根据自身的职责权限，按照内河环境保护法规等相关规定，对从业人员进行防污技能培训。

4.1 长江马鞍山河段二期整治工程施工标（七标段）

长江马鞍山河段二期整治工程施工标（七标段）：主要建设内容为小黄洲左汊口门护底工程、护底与左、右岸侧连接护岸工程及小黄洲左右缘加固护岸工程。小黄洲左汊口门护底工程位于小黄洲左汊口门上段，护底顺水流长度约900 m，垂直水流宽度为（330～420）m。护底左岸侧连接加固护岸工程长900 m（小黄洲头及左缘段）。小黄洲头及左右缘加固护岸工程长2 600 m，本标段充砂土工枕填槽（垫坡）工程主要包括充砂土工枕填槽及充砂土工枕垫坡等，工程量约25.62 万m3。

采用此项施工工法的技术要求：枕袋采用聚丙烯编织布制作，袋体纵、横加箍筋，提高袋体强度减小破袋率；
网格化精确抛投，减少返工；
采用吸砂船辅助交叉充填，充填过程中不断调整高压水枪姿态，控制浆液含水率，提高施工用砂利用率[6]。该方法施工速度快，节约工期，抛投效果质量高，为后续软体排施工节点目标的实现提供有力保证。

4.2 安徽省长江崩岸应急治理工程第三批Ⅳ标段项目

安徽省长江崩岸应急治理工程第三批Ⅳ标段：该项目是国家172 项重大水利项目中长江中下游干流河道治理的子项，工程实施对维护河势稳定、提高抵御崩岸灾害能力、保障防洪及人民生命财产安全、沿江经济发展等方面具有重要作用。本标段为位于池州市东至县境内幸福洲区域，崩岸治理区域长度为1 500 m，对应桩号0-300～1+200。主要建设内容为水下抛石护脚（0-300～1+200）、水上散抛石护坡（0-300～0+200）和水上混凝土块护坡（0+200～1+200）、充砂土工枕垫坡、素混凝土软体排等施工内容。

项目采用该工法，总体工程按合同工期完成，未发生任何质量、安全事故，工程进度、质量及安全均满足合同要求。工程完工后，经水下多波束测量，施工区域范围、厚度及均匀性均满足设计及规范要求；
经过多年的运行，工程稳定可靠，岸坡崩塌得到有效抑制，工程效果显著。

简单介绍了复杂水流形态下充砂枕袋封堵河槽工法，主要包括该工法的特点、适用范围、工作流程、操作要点及质量要求和控制措施，并进行了相关案例分析。复杂流态下充砂枕袋封堵河槽工法能够极大程度地保证施工质量、节约施工成本、缩短工期，还能够带来良好的社会效益和经济效益。

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