何沛山

（昆明龍慧工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，云南昆明650021）

混凝土鉸鏈排沉排技術(shù)在南汀河河堤維護(hù)中的應(yīng)用

何沛山

（昆明龍慧工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，云南昆明650021）

結(jié)合南汀河孟定城區(qū)段河道治理工程實(shí)踐，分析了工程采用混凝土鉸鏈排沉排技術(shù)的必要性和有利條件，重點(diǎn)介紹了鉸鏈排護(hù)岸結(jié)構(gòu)、施工設(shè)備、施工工藝和施工質(zhì)量控制，該技術(shù)應(yīng)用為沿江兩岸人民擁有一個(gè)安全堤、生命堤提供了重要保障。

混凝土；鉸鏈排；沉排技術(shù)；河堤維護(hù)；應(yīng)用

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.031

1 工程概述

臨滄市南汀河孟定城區(qū)段河道治理工程位于云南省臨滄市孟定鎮(zhèn)。結(jié)合近遠(yuǎn)期城市總體開(kāi)發(fā)建設(shè)需要，工程實(shí)施按照“安全第一，先易后難；先消除隱患，后提高升級(jí)完善”原則分兩期實(shí)施。一期為南汀河干流孟定城區(qū)段河道治理；二期為2條支流整治和2個(gè)人工湖建設(shè)。本次南汀河孟定城區(qū)段河道治理工程為孟定城市河網(wǎng)水系綜合治理工程的一期工程。工程范圍為南汀河的南底河交匯口至南襪河交匯口，河道總長(zhǎng)為7370m。工程內(nèi)容主要包括兩岸新建堤防、疏浚河道、兩岸綠化及生態(tài)修復(fù)工程。工程位置及范圍如圖1所示。

圖1 工程位置及范圍圖

許多護(hù)岸技術(shù)從20世紀(jì)80年代投入試用，90年代后開(kāi)始被大量應(yīng)用于工程實(shí)踐。在這一過(guò)程中，新型預(yù)制混凝土板鉸鏈沉排技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)集中凸顯出來(lái)。作為一種新型柔性的平順護(hù)岸形式，它的基本原理是將預(yù)制混凝土板用鉸鏈連接成排體與其下的土工布共同抗沖反濾，其最明顯的特性是取材容易、施工快捷、便于維護(hù)，比較經(jīng)濟(jì)且功效好。

從已應(yīng)用的工程看，通過(guò)對(duì)新型預(yù)制混凝土板鉸鏈沉排的應(yīng)用，除了能夠在改善護(hù)岸整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面發(fā)揮其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)以外，還能夠提高整個(gè)護(hù)岸結(jié)構(gòu)的抗淘刷能力，與河床的變形相互適應(yīng)。同時(shí)，新型預(yù)制混凝土板鉸鏈沉排施工期間的操作比較簡(jiǎn)單，工藝技術(shù)比較成熟，成本開(kāi)支較少。雖然同平順拋石一類的護(hù)岸方法相比，其每延米造價(jià)略高，但能夠一次性達(dá)成防護(hù)目的，相對(duì)工作量得到了有效的控制，因此，該技術(shù)可在堤岸維護(hù)整治工作中全面推廣。

2 采用混凝土鉸鏈排沉排技術(shù)的必要性和有利條件

2.1 工程地質(zhì)

河堤左岸和右岸基礎(chǔ)表層0～10m深度范圍內(nèi)地層巖性特征為第四系人工填土建筑垃圾，分布于賀海橋左岸，厚度4m。第四系沖積淤泥質(zhì)粉細(xì)砂土，厚度2～6m，局部9m，分布于河床中下游左右岸表層；沖積含卵石礫砂土，厚度3～6m，分布于河道治理段河床及兩岸；沖積含卵石泥質(zhì)礫砂土，埋深5～10m，分布于河道治理段左右岸。

第一、二層承載力低，不能做基礎(chǔ)持力層。第三層含卵石礫砂土和第四層含卵石泥質(zhì)礫砂土，顆粒較粗，承載力較高，不易液化，能滿足河堤基礎(chǔ)要求。

根據(jù)水文資料、水工推算和近2年運(yùn)行觀測(cè)，河床有下切現(xiàn)象，治理段上游河床下切1m多，中下游轉(zhuǎn)彎段最大沖刷深度4m，平均下切深度約2.5m。近幾年隨著掁清公路完工，河床每年淤積0.05m。

根據(jù)滲透管涌破壞臨界水力坡降與土粒比重、孔隙度之間的關(guān)系，確定臨界水力坡降，經(jīng)計(jì)算判斷，該段河堤基礎(chǔ)不會(huì)受管涌破壞，基礎(chǔ)穩(wěn)定。

工程區(qū)地下水位較高，左右岸均高于河水位，地下水類型為第四系孔隙水和基巖裂隙水，靠大氣降水補(bǔ)給，由四周山體向盆地徑流，補(bǔ)給河水，排泄于南汀河中。

2.2 地形地貌

南汀河流域處于云貴高原西部的邊緣，橫斷山脈南延段，整個(gè)流域地勢(shì)呈北東向西南方向斜。流域內(nèi)的最高點(diǎn)為北面的永德大雪山，海拔為3504m，最低點(diǎn)為干流出境處的清水河，海拔為450m，高差達(dá)3054m。流域內(nèi)具有多種地貌類型，中上游的左半?yún)^(qū)及南捧河的上游區(qū)為淺切割構(gòu)造剝蝕低中山殘丘地形，多分布表層風(fēng)化剝蝕破碎嚴(yán)重的花崗巖及灰?guī)r。山勢(shì)較平緩，一般河淺谷寬，中小沖積盆地點(diǎn)綴其中，如博尚、臨滄、螞蟻堆、勐永、勐捧、勐堆壩等。南汀河干流中游和南捧河中游多為高度切割構(gòu)造剝蝕、溶蝕高中山陡坡地勢(shì)地貌，河谷下切侵蝕強(qiáng)烈，多呈“V”字型，峰谷高差達(dá)千余米。下游區(qū)一般山高谷寬，多為深切割的高山峽谷地形，而干流經(jīng)過(guò)處則是斷陷沖積盆地勐簡(jiǎn)軍賽和孟定兩大壩子，干流比降急劇減緩，河道寬淺蜿蜒曲折，水流平緩，河床逐年淤高，洪災(zāi)頻繁。

2.3 氣象特性

南汀河流域海拔在450～3504m之間，地形平面形態(tài)極為復(fù)雜，變化梯度大，氣候具有較為分明的海拔地帶性。流域分水線一帶及海拔較高的永德大雪山脈，氣溫較低，寒冬積雪夏天溫涼；而低海拔的河谷區(qū)和盆地壩區(qū)，氣候較為炎熱。從總體而言，南汀河流域?qū)僦猩降貐^(qū)典型的亞熱帶濕潤(rùn)立體氣候類型，其特點(diǎn)是干濕季節(jié)分明。多年平均氣溫為17℃～22℃，日照時(shí)數(shù)為1900～2200h，多年平均蒸發(fā)量為1500～2000m m（20c m蒸發(fā)皿）。南汀河流域多年平均降水量1600m m，且降水受地形的影響，汛期（5～11月）降水量占全年降水量的90%，降水年內(nèi)時(shí)空分布極不均勻，年際變化較小。

年降水在流域內(nèi)分布狀況是由西南向東北遞減，各區(qū)域隨高程遞增而增大，多年平均降水量在1100～2700m m之間。孟定鎮(zhèn)地處北回歸線附近，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，日照長(zhǎng)、四季如夏、終年無(wú)霜、年均氣溫21.7℃。南汀河流域的徑流補(bǔ)給來(lái)源，主要是來(lái)自于印度洋的孟加拉灣的西南暖濕氣流為水汽補(bǔ)給源的大氣降水。南汀河流域內(nèi)洪水主要由暴雨產(chǎn)生，干流下游段洪水主要來(lái)自右岸的南捧河和左岸的小黑河；孟定壩以上的洪水主要源于干流左岸各支流，部分來(lái)自上游的頭道水河及干流上游的洪水。據(jù)流域內(nèi)水文站點(diǎn)資料分析，洪水多發(fā)生在6～11月份，其中：干流洪水發(fā)生在7～8月份的頻率為72.3%，南捧河洪水發(fā)生在7～8月份的頻率為80%，上游和勐捧河多發(fā)生在6～9月，其它支流也多發(fā)生在6～9月份。由于發(fā)生全流域大面積暴雨的機(jī)率很小，相應(yīng)洪峰模數(shù)不大。

以上地質(zhì)地貌和氣象特征為在南汀河河堤維護(hù)中應(yīng)用混凝土鉸鏈排沉排技術(shù)提供了有利條件。

3 工程施工

3.1 施工條件

3.1.1 通航條件

在對(duì)沉排施工方式進(jìn)行綜合比選的過(guò)程中，需要充分考慮施工條件，以及設(shè)計(jì)所依據(jù)的這2個(gè)方面因素的影響。具體來(lái)說(shuō)，主要影響因素有施工現(xiàn)場(chǎng)的水域?qū)挾?，水域水流速度，河流流?chǎng)分布特點(diǎn)，通航的條件以及要求，岸線的條件等等。由于具體的工程實(shí)踐中，沉排施工會(huì)受到施工區(qū)位因素的影響，因此能夠支持沉排作業(yè)完成的時(shí)間是比較有限的。為了能夠在較為緊湊的施工進(jìn)度安排下，達(dá)到理想的施工效果，需要使用專業(yè)的沉排船舶，配合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員完成機(jī)械化施工，以達(dá)到加快施工速度的目的。

3.1.2 自然條件

工程區(qū)地下水位較高，左右岸均高于河水位，地下水類型為第四系孔隙水和基巖裂隙水，靠大氣降水補(bǔ)給，由四周山體向盆地徑流，補(bǔ)給河水，排泄于南汀河中。這種自然條件對(duì)于混凝土鉸鏈排沉排技術(shù)的應(yīng)用是十分有利的，該工程灘群整治條件十分復(fù)雜，不僅要考慮相鄰灘的影響，同時(shí)還要考慮到弩灘中段、下段的形成和發(fā)展。在整治過(guò)程中，灘頭降水應(yīng)進(jìn)行控制，同時(shí)對(duì)急流段的河流進(jìn)行調(diào)整與收縮。工程實(shí)施開(kāi)始之后，應(yīng)該結(jié)合河流自然的狀態(tài)對(duì)本灘進(jìn)行整治。混凝土鉸鏈排沉排技術(shù)在這種自然條件下使用，護(hù)岸整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面的優(yōu)勢(shì)得到了充分的發(fā)揮，可以一次性達(dá)成防護(hù)的目的。

3.2 沉排施工工藝

在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，工程施工現(xiàn)場(chǎng)比較常見(jiàn)的鉸鏈排沉排施工工藝有以下3種類型。第1種是基于桁架式吊車的分條平移排體模式，典型的工程項(xiàng)目代表為美國(guó)的密西西比河整治工程；第2種是旋轉(zhuǎn)式起重船的分單元垂直吊排模式，典型的工程項(xiàng)目代表為長(zhǎng)江鉸鏈排試驗(yàn)；第3種是基于水上的連續(xù)水平拉排模式，典型的工程項(xiàng)目代表為南京的水利建筑工程。與前面所提到的基于桁架式吊車的分條平移排體模式以及旋轉(zhuǎn)式起重船的分單元垂直吊排模式相比，基于水上的連續(xù)水平拉排模式綜合優(yōu)勢(shì)更加的確切，表現(xiàn)在具有更快的施工速度，更有效的質(zhì)量控制，更高的機(jī)械作業(yè)效率，更流暢的施工程序，更加可靠的施工質(zhì)量，更加可靠的安全性等特點(diǎn)。因此，在對(duì)該工程沉排施工工藝進(jìn)行綜合比選的過(guò)程中，最終確定采取基于水上的連續(xù)水平拉排模式作為最終施工模式。具體施工布置如圖2所示。

圖2 鉸鏈混凝土板沉排施工布置圖

3.3 施工程序

首先是系排梁澆筑的養(yǎng)護(hù)、沉排土工布的加工以及卷制、土板的預(yù)制堆放環(huán)節(jié)以及連接環(huán)螺栓的制作、水位變幅區(qū)的鋪筑等等；其次是沉排工作船的拋錨以及定位工作、地壟的埋設(shè)、對(duì)排體單元的拼裝并完成水運(yùn)；再次是沉排以及土工布同步沉放流程；最后是在水下作業(yè)面中完成對(duì)相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)工作，并根據(jù)工程建設(shè)實(shí)際要求，對(duì)沉排船所處位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與處理，期間與沉排工作船相關(guān)的具體設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 有關(guān)沉排工作船的具體設(shè)備配置

3.4 沉排試驗(yàn)施工

岸坡?tīng)顩r、流速流向等一系列因素對(duì)施工有較大影響，并且進(jìn)行了《沉排施工試驗(yàn)大綱》的編寫(xiě)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試及施工中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)了《沉排試驗(yàn)施工總結(jié)》。在保證施工質(zhì)量和達(dá)到設(shè)計(jì)要求的前提下，施工單位提出了沉排施工技術(shù)的具體措施，其工藝指標(biāo)與預(yù)期目標(biāo)是基本一致的。

主要技術(shù)指標(biāo)（1套沉排船舶機(jī)械）：

（1）排首上岸6～15m，40～60m i n；排尾下沉15～25m，30～50m i n；沉排操作30～80m，50～90m i n；移船定位30～50m i n。合計(jì)時(shí)間3～5h。

（2）卷?yè)P(yáng)機(jī)8～15t的6臺(tái)，5～10t的6臺(tái)，發(fā)電機(jī)90kW的2臺(tái)。

（3）牽引梁共配置4套，分別將其設(shè)置于倒拉排首位置、拉排位置、止排位置、以及排尾下沉位置；同時(shí)確保與牽引梁所對(duì)應(yīng)的纜繩以及轉(zhuǎn)向裝置對(duì)應(yīng)就位。

（4）根據(jù)沉排區(qū)流速取值對(duì)沉排船施工安排進(jìn)行合理控制：在測(cè)定沉排區(qū)流速低于1.0m/s的情況下，可以使沉排船保持正常施工狀態(tài)，在測(cè)定沉排區(qū)流速高于1.0m/s的情況下，需要在沉排區(qū)上游設(shè)定排船，同時(shí)固定排位以確保沉排施工的整體質(zhì)量。

（5）施工速度：將沉排量控制在2500～3500m2/d區(qū)間內(nèi)，其中，排首上岸時(shí)間、排尾下沉?xí)r間、以及移船定位時(shí)間基本固定，將其比例控制為5∶4∶5。

3.5 施工質(zhì)量控制與檢驗(yàn)

（1）系排梁。用于對(duì)其頂面高程、平面位置，預(yù)埋拉排鋼筋環(huán)布置等施工質(zhì)量的控制。

（2）預(yù)制塊。用于對(duì)混凝土強(qiáng)度、混凝土板制作質(zhì)量、模板強(qiáng)度、尺寸誤差，受力筋規(guī)格等的控制。

（3）排體沉放。主要將其作用于排體混凝土板間鉸鏈，使該區(qū)域內(nèi)的鉸鏈連接更加的穩(wěn)定與牢固，同時(shí)可以通過(guò)排體沉放的方式對(duì)其搭接寬度進(jìn)行合理控制，在沉排操作過(guò)程當(dāng)中遵循自下而上的基本原則，使排體下沉更加的緩慢、舒展，提高布排連接的可靠性，確保排體定位的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語(yǔ)

在河堤技術(shù)中，除了混凝土鉸鏈排沉技術(shù)可以用來(lái)維護(hù)該工程河堤以外，還有許多其他的技術(shù)被廣泛運(yùn)用，無(wú)論是哪一種型式，都要根據(jù)水文條件，抗洪要求，以及地質(zhì)情況，周邊環(huán)境等因素進(jìn)行綜合選擇，在做好河堤維護(hù)的同時(shí)保持生態(tài)平衡和環(huán)境保護(hù)。

［1］高志偉.立式混凝土預(yù)制板施工工藝推介［J］.農(nóng)業(yè)科技與信息，2008（18）.

［2］陳肅利，曾令木.鎮(zhèn)揚(yáng)河段人民灘鉸鏈排護(hù)岸［J］.水利水電快報(bào)，1999（04）.

［3］賈玉愛(ài).生態(tài)水利設(shè)計(jì)理念在城市河道治理美化工程中的應(yīng)用［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2012，20（05）：60_62.

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何沛山（1979年—），男，工程師。