朱燕萍

(南昌市水利電力建設公司，南昌 330000)

1 工程概況

信豐縣嘉定鎮(zhèn)西河出口段防洪工程位于信豐縣嘉定鎮(zhèn)境內(nèi)，屬信豐縣桃江一級支流西河下游河段，河道治理范圍為西河嚴家壩至河口段，工程所在河道蜿蜒曲折，行洪斷面較窄，洪水陡漲陡落，河岸土體抗沖刷能力弱，岸坡防洪標準低，沿岸及河槽內(nèi)雜草叢生，局部河段淤積嚴重，行洪不暢，洪水災害頻發(fā)，對于當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和居民生產(chǎn)生活、生命安全存在嚴重威脅。本工程綜合治理河道長6.15km，包括新建土堤1.34km，新建護岸8.78km，河道疏浚2.64km，防洪工程設計級別為4級，防洪標準20a一遇，排水標準10a一遇。

該河道防洪工程所在流域砂源豐富，通過水下充填砂袋所形成的砂枕填筑水下壩體，可就地取材，節(jié)省砂料，降低工程造價，取得較好的工程效果。

2 工藝原理

2.1 砂枕制作工藝

水下砂枕外部的土工織物主要采用質量輕、強度高，抗腐蝕、抗酸堿、滲透及整體連續(xù)性較好的聚丙烯材料，可以制成軟體排、加筋土工布、大型沖灌袋等形式，還能同時摻加抗老化母料，提升材料性能壽命。該河道防洪治理工程主要利用土工織物砂袋約束砂料，制成形狀規(guī)則、尺寸一致的砂枕，按照設計要求將砂枕疊放后形成堤壩壩身。借助定位鋼管樁將砂袋四角定位下沉后，通過砂漿泵從砂袋上預留的袖口處充填砂料，袖口位置及間距可根據(jù)砂漿泵功率和砂料粒徑調整，以確保砂袋中均勻充填砂料。

2.2 砂枕受力及穩(wěn)定性分析

就功能和工程效應而言，砂枕堤壩和拋石堤壩并無較大差異，水下砂枕施工技術對于水深在5.0m以下、水流流速不超出1.5m/s，且現(xiàn)場砂源豐富的河道整治工程較為適用。為保證施工質量，必須加強單個砂枕穩(wěn)定性分析，確保其不出現(xiàn)翻轉和平移[1]。

為進行砂枕平移穩(wěn)定分析，取兩個寬度均為1.0m的水下重疊砂袋，分別用1、2表示，圖1中△Z為水位差，△H為水深差，H為設計水深，h為砂枕高度，r為水流流速。當河道水深4.0m，砂枕高度0.8m，水位差0.1m時，砂枕作用力及計算結果具體見表1。表中γ0為水體容重，取1.0t/m3；b為砂枕面寬，取3.3m；?為砂枕間緊密度系數(shù)；v為動水流速，取1.2m/s；γs為砂枕質量密度，取1.6t/m3。

圖1 水下重疊砂枕示意圖

表1 砂枕受力計算結果

此外，以圖1中A點為轉動矩心，順時針矩為負值，為避免砂枕翻轉，必須使∑MA>0，將相關參數(shù)值代入后求得∑MA=2.56t/m，存在較大的安全富裕，也說明砂枕不會隨水流沖擊而出現(xiàn)翻轉。

3 施工要點

3.1 砂袋定位下沉

根據(jù)該河道疏浚治理工程堤壩設計斷面確定砂袋尺寸，送交工程所在地生產(chǎn)廠家加工制作。通過四根鋼管樁將準備好的砂袋定位，同時在全站儀的指揮下進行鋼管樁定位，通過人工方式將鋼管樁打入土中，鋼管直徑及打設深度應能確保砂袋定位下沉時鋼管樁的穩(wěn)定性。在水流流速湍急且鋼管樁打設深度有限的情況下，還應通過錨固在上游的鐵錨將上游兩根定位鋼管樁拉接固定。在砂袋四角處綁扎繩套，與四根定位鋼管樁套結，并將砂袋展開，借助竹竿和塊石將其壓沉就位。預先將表面光滑、長度3-6m的硬質塑料套管接進砂袋袖口并借助浮筒浮出水面，本工程砂袋袖口設計直徑為20cm，硬質套管上端固定在砂漿泵輸砂管上。

3.2 砂袋充灌砂料

待砂袋下沉至設計位置后通過砂漿泵向砂袋內(nèi)充灌砂料。為節(jié)省施工成本和充灌時間，應事先了解砂源具體位置及砂料質量，盡可能選擇與施工點接近的砂源，且抽砂過程不能影響河岸穩(wěn)定；砂袋充填砂料應選擇含泥量不超過5%的中細砂。如果砂源與施工點的距離超出200m，則必須配備抽砂船和運砂船，在砂源點抽砂后運輸值施工點，再進行砂袋充灌。為防止砂袋發(fā)生平移、翻轉及起堆，必須由施工人員手持硬質套管，從遠及近、從四周至中間、從上游向下游均勻充灌，砂袋充填量達到85%即可；每個砂枕充灌結束后均應進行形狀、充填量、重量等的檢測，如果存在明顯凹槽必須及時填補。

4 施工質量控制及效果

4.1 原材料質量控制及檢驗

該河道疏浚工程所用土工織物在使用前應按照1次/10000m2的頻次抽檢，除進行常規(guī)性抽檢外，還必須對土工織物進行抗拉拔試驗。試驗采用DJs多功能剪力儀及0.43mm厚，密度為28根×28根/5cm，質量87.5g/m2，孔徑0.23mm的編織布材料，在填土為黏性土和砂料兩種情況下進行抗拉拔試驗。砂料和黏性土情況下土工織物抗拉拔力T和拉應變ε的關系曲線具體見圖2和圖3。兩者之間的相關關系可以分成3個階段：第一階段為土工織物拉應變ε較小的情況下，抗拉拔力隨著拉應變的增大而小幅度上升；第二階段為土工織物拉應變ε在2-10%之間時，抗拉拔力隨著拉應變的增大而大幅上升，具體的關系曲線可用冪函數(shù)近似擬合；第三階段為破壞段，即土工織物抗拉拔力已經(jīng)達到極限，隨著法向應力的增大，土工織物終將因強度不足而發(fā)生斷裂。以上試驗充分表明，土工織物的抗拉拔性能主要與所接觸材料即充填料有關，且選擇砂料充填時土工織物抗拉拔力相對較大，斷裂出現(xiàn)時所對應的拉應變ε和拉應力N均明顯>黏性土充填的情況。故該河道疏浚治理工程選擇砂料為充填料完全合理。

此外，根據(jù)試驗，填土含水量也對土工織物抗拉拔力有較大影響，當填土越接近最佳含水量，壓實越容易，也越能更好地和土工織物咬合，提升其抗拉拔力。為此，還必須加強該河道疏浚治理工程水下砂枕充灌砂料含水量控制。

圖2 砂料雙面拉拔T-ε關系曲線

圖3 含水率22%的黏土雙面拉拔T-ε關系曲線

4.2 砂袋定位及充填度控制

水下砂枕充灌施工開始前必須嚴格根據(jù)設計圖進行壩體軸線以及上下游邊線導標的施放，并根據(jù)砂枕標高和壩體坡比適時調整上下游邊線導標。根據(jù)導標初定位鋼管樁后，再結合全站儀精準定位。砂袋應從河床最低處開始逐層向上錯縫平鋪，每層鋪設的砂袋和前層完工砂袋之間保持0.2-0.3m的搭接寬度，避免因砂料收縮后砂袋間孔隙過大而造成砂枕墻傾覆。

砂袋充灌砂料的飽滿度應控制在75%-85%之間，如果充灌過飽，土工織物必然會承受較大張力，增大砂枕在不均勻沉降過程中發(fā)生折斷、脹裂的可能性；如果砂料充灌量不足，則在沉降期間很容易受到水流沖擊后出現(xiàn)移位、翻轉、偏斜，無法準確就位。最頂層砂袋只需充灌至60%即可，便于施工人員在砂袋上踩踏，使砂袋中砂料分布均勻，也使各層砂枕緊密疊合。

4.3 施工效果

該河道疏浚治理段水下砂枕施工時間共為55d，總共充灌砂枕82個，其中長×寬為17.6m×5.2m、17.6m×3.4m、15.6m×5.2m、15.6m×3.4m、13.6m×5.2m、11.6m×5.2m、11.6m×3.4m的砂袋分別為17個、2個、12個、6個、5個、34個、6個，平均充灌效率為1.5個/d，共耗費砂料5941.45m3。工程結束后，測量人員對該治理河段進行了為期1a的水深、流速測量及沉降觀測，結果表明，在砂枕堤壩成型后堤壩壩身段沉降均值為0.04m，比正常拋石護岸小；壩頭因水流流速快，沖刷嚴重，故沉降最大達0.21m，但對壩頭結構完整性并無不利影響。流量變動幅度為376-4880m3/s，且砂枕堤壩段主河槽沖深達到2.14m，壩址處水位相應抬升0.22m，河道寬深均明顯增大，基本達到了疏浚治理的工程目的。

5 結 論

文章分析結果表明，水下砂枕施工技術對于河道疏浚、防洪治理、護岸加固、吹填造地等工程普遍適用，并能與丁壩、潛壩、鎖壩等既有構筑物有機結合，且能充分利用河道砂料，就地取材，造價節(jié)省。根據(jù)施工效果檢測結果，水下砂枕施工因全過程可控，能夠取得比拋石護岸更好的加固效果，施工質量有保證，在當前各地采石場逐步關停的背景下，石料來源日益緊張，該施工技術更能體現(xiàn)出廣闊的應用前景。