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《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，應在工程中不斷優化和改進施工設計及工藝。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施工，形成了成熟的砂被筑壩技術。實踐證明，該技術的施工機械化程度高、程序簡單、施工高效、壩體成型易于控制，且運用該施工技術修筑而成的汊道封堵壩能起到預期的工程效果。

關鍵詞:

汊道封堵;砂被;充砂;連續沉放;施工技術

土工織物砂袋作為一種新型結構形式，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、堆石壩逐步發展為砂枕壩、砂袋壩，如長江鎮揚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，也有應用砂袋成堤的實例，如長江口深水航道治理工程、羊山深水港區一期北圍堤工程及太倉港圍堤吹填工程。長江鎮揚河段和暢洲汊道左汊口門控制的潛壩工程、羊山深水港區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，采用有動力或無動力船機設備進行拋投。因砂袋入水下落過程中，受不同入水姿態及水流沖擊力等因素的影響，落點位置有較大的隨機性，運動軌跡紊亂［1］，因此落點控制難度較大。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洲汊道有所不同。

1工程概況

長江南京新濟洲河段(見圖1)位于長江江蘇河段進口段，全長25．0km，河段內分布有新生洲、新濟洲、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，現又呈發展趨勢［2］。1959年，中汊口門開闊，加上新濟洲洲頭分水魚嘴有較強的導流作用，導入了新生洲左汊一部分水流。1959～1985年，新濟洲洲頭分水魚嘴沖失，新生洲、新濟洲總體均處于向下運動過程中，即呈頭部后退、尾部下延的趨勢。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、新濟洲合為一體。20世紀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，水流對中汊口門造成擠壓，導致口門上下游岸線崩退，口門擴大，中汊進流條件改善。同時，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6m以上，左汊河道阻力的增加壅高了左汊水位，導致左右汊之間水位產生橫比降。由于以上因素的綜合作用，近年中汊呈發展趨勢:1998年中汊0m槽貫通;2001年中汊－5m槽貫通;2007年中汊－7m槽貫通，其內最深點高程達－16．1m;2008年8月，中汊分流比達3．45%，新濟洲河段有形成多汊分流的跡象。根據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大了26%，45%和105%，發展趨勢非常明顯。

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%，這一時期，口門寬約2km。目前，中汊口門以下的新濟洲左緣水下岸坡坡腳大幅刷深，岸坡向陡峻方向發展，一旦岸坡失穩，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，該股水流將對牧龍河以下的岸線將造成強大的沖擊，再加上牧龍河以下的右岸岸線未實施護岸工程，岸坡在水流的沖刷下有可能發生崩岸險情，將嚴重威脅到防洪安全。同時，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(原二期工程護岸終點上游約1．7km)護岸工程發生大面積損毀，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點，一旦對河勢的控制作用減弱，下游河段的河勢穩定性將難以保證，因此有必要對中汊進行封堵。

3工程設計

中汊封堵工程(見圖2)設計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4．0m寬二級平臺。二級平臺以上邊坡及壩頂防護采用格賓石籠，二級平臺以下及坡腳采用拋石防護。

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《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》，對有動力作用和往復水流的情況，不論保護何種土類。

3．3砂被結構尺寸土工織物填砂體尺寸大小與施工工藝及運行期壩體所需強度相關。原設計采用不同規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定要求、成型控制、施工強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，均縫制加強筋，保證施工和運行期強度。

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，可作業最大水深17m左右，最大流速1．5m/s。

4．1．2主要施工設備工程投入的主要施工設備包括:砂被鋪設船1艘、采砂船1艘、吹砂船21艘、運輸船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，卷于鋪設船滾筒之上，施工船定位后，將砂被首部展開，平置于鋪設船前方的滑板上，經袖口逐排充砂排水，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

4．3．1鋪設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、施工區水深、船只定位條件等因素影響，砂被入水點至著床點之間存在水平距離，稱為漂距。此漂距作為施工定位的提前量，需在施工現場試驗確定。經試驗測定，該工程鋪設船定位提前量為5m。

4．3．2鋪設船定位將GPS定位儀固定于鋪設船上，依據漂距值和擬作業分區位置坐標，利用特定軟件顯示動態偏位，進行快速測定放樣。施工過程中可在陸上設置標桿，以作定位參照。施工鋪設船依靠其裝備的6個定位錨，參照GPS偏位值和岸上定位標桿實施移位、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設一定長度的排體，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，收回預設的排體，即完成施工。砂被迎水側的位置漂移控制是砂被鋪放過程中的重要環節。施工過程中采取了兩種措施，以避免砂被首部迎水側受水頂沖漂移位或破壞。一是砂被首部下水時，將砂被首部上游設置預拉繩索，進行預拉定位;二是在砂被首部增加壓載，如加系砂肋袋負重等。

4．3．4鋪設船移位的均衡控制滾鋪施工時需要多項操作分步進行，充填砂、放卷筒、移船位等，操作協調控制非常關鍵。因操作和控制不當，極易造成砂被撕裂，滾鋪施工失敗。需實時測量定位，同時應挑選經驗豐富、技術熟練的人員專司船機設備操作。

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

5工程效果

5．1壩體成型符合設計要求中汊封堵工程壩體填筑于2015年2月完成。經過一段時間沉降后，2015年6月對壩體高程進行復測，結果顯示壩頂平均高程8．81m，符合設計要求。

5．2整治效果初顯中汊封堵后，新濟洲河段轉化為穩定的雙分汊河道。中汊封堵后相關模型試驗結果表明:接灘流量條件下(Q=40900m3/s)，中汊封堵前新濟洲左汊分流比為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，七壩段的頂沖壓力相應減小。

6結語

砂被連續筑壩技術，融合了軟體沉排、砂袋護岸的優點，克服了離散大、定位難、施工效率低、一次性填筑量大等難點。同時，該技術具有結構簡單、取材方便、施工快捷、環境友好、造價低廉的優勢，為堵汊及水下筑壩等類似河道整治工程積累了經驗。

參考文獻:

［1］應強，張幸農，張思和，等．砂袋護坡試驗研究［C］∥第十五屆中國海洋(岸)工程學術討論會論文集(中)．北京:海洋出版社，2011．

［2］仲志余，張子龍．長江南京新濟洲河段河道整治工程初步設計報告(審定稿)［R］．武漢:長江勘測規劃設計研究有限責任公司．南京:南京市水利規劃設計院有限責任公司，2013．

［3］朱立俊，王建中．長江南京新濟洲河段河道整治工程物理模型試驗研究報告［R］．南京:南京水利科學研究院，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