管袋固化砂漿軟體排拋石壓重在崩岸處理中的應用

1險段治理及未來治理象山西區(qū)的海岸帶，白香蕉水庫周圍位于磨刀門水道右岸和雞門水道（楊樹河）的左岸。它由東海、西海和東海組成。全長48.49公里，是二級海。白蕉段堤圍險段多分布于磨刀門水道右岸東堤上,與磨刀門水道回流,流態(tài)的演變與河勢走向有關,大多由于主流頂沖,旋切造成。這種由主流河勢頂沖造成的險段,特點是:范圍寬、來勢猛、作用時間長、險情惡劣、治理難、代價大。險段有新八傾險段、燈籠險段、西堤浪損險段等。燈籠險段全長0.8km,由于長年圍墾,堤圍已向水道外側推進80m~100m,使磨刀門過水斷面縮窄流速加大,造成對堤基的沖刷而形成險段,具有險情惡劣、難治理、代價大的特點,需對險段水下護坡進行有效的處理。險段治理必須兼顧未來,既要解決目前的險情又不能給將來河道及口門整治留下麻煩。如采用丁壩挑流則容易引起河勢變化,因此整治方案以平順護岸措施為好。2管袋生態(tài)加固砂漿加固體的技術目前應用較為廣泛的水下護坡處理措施有常規(guī)拋石、水下模袋混凝土、混凝土塊鉸鏈排和管袋軟體排拋石壓重等,各項技術的優(yōu)缺點及造價見表1。近年來,管袋固化砂漿軟體排拋石壓重技術以其適應能力強、防護效果好、造價低等優(yōu)點在工程中得到推廣應用。利用此項新技術可有效解決坡腳被淘空的問題,降低了造價,很好處理險段水下護坡。2.1縱向加筋帶為了滿足軟體排具有反濾與強度的雙重要求,將排布設計成上層為280g機織土工布、下層為200g無紡土工布的480g雙層復合土工布排布。設計成橫向(順水流方向)10m寬,縱向(垂直水流方向)48m長(由排體穩(wěn)定計算而得)。排體上布置3條縱向充砂漿管袋,每條管袋直徑0.32m、長50m。兩邊各用8cm寬的雙層加筋帶縫在復合排布上,即縱向有6條加筋帶。順縱向每隔5m布置1條橫向充砂漿管袋,每條管袋直徑0.32m、長10m,用7cm寬的雙層加筋帶單邊(上水邊)縫在復合排布上。在每個充砂漿管袋的一頭要縫一個直徑20cm、長30cm的袖口,為灌沙口。上游排搭在下游排上并栓牢,兩塊排體搭接量為1m。2.1.1水體排上拋石厚度拋石粒徑的選擇,應考慮抗沖、動水落距、多層拋護、良好級配及石源條件等因素,拋石粒徑為20cm~40cm。軟體排上拋石厚度也與水深及床面位置有關,隨著水深的加大,拋石厚度也相應有些增加。設計深水區(qū)拋石厚度為80cm,縱向寬10m。其它近岸水淺處至深水的排體上拋石厚度均為50cm。上、下游端50m過渡段拋石量厚度由淺至深為40cm~70cm。2.1.2水泥、粉煤灰配比為了使充砂漿管袋內的砂子有一點固結能力,可在砂中摻入一定比例的水泥及粉煤灰等,配比關系為:水泥200kg/m3,粉煤灰300kg/m3,砂1200kg/m3,外加劑2.5kg/m3。2.2軟組織負荷的確定2.2.1b深度及平均流速水流平行于岸坡產生的沖刷按下式計算:式中,Δhm———局部沖刷深度(m),從水面起算;Hp———沖刷處的水深(m),以近似設計最大水深代替;vcp———平均流速(m/s);v允———河床面上允許不沖流速(m/s);n———防護岸坡形狀系數(shù)。2.2.2安排人體地板軟體排延長鋪設長度按下式計算:式中,α———坡前穩(wěn)定坡度1:2.5。深槽前河床的最大長度為40m,故軟體排鋪設長度為48m。2.3軟滿語方案的計算2.3.1靜水穩(wěn)定性驗算在靜水條件,靜水下坡面上排體抗浮穩(wěn)定按下式計算:式中,Δh———排體上下水頭差,計算中取按充砂漿管袋體積計算的平均值0.044m;γ'p———排面壓載單位面積浮重4.5kN/m2,包括管袋中砂和上拋石的浮容重;γw———水容重9.8kN/m3;把γ'pγwα代入上式右項計算得Δh=0.43m,大于排體上下水頭差,因此排體在靜水條件下滿足抗漂浮穩(wěn)定要求。在風浪作用條件下,排體穩(wěn)定性由穩(wěn)定系數(shù)SN判別,按下式計算:式中,H———浪高,取1.0m;δm———護坡厚度,取0.56m;γα———護坡材料的容重,取15.7kN/m3。由此可得排體在風浪作用下滿足抗漂浮穩(wěn)定要求。2.3.2海洋流體的壓重當水下流速不大于臨界流速Vcr時,排體是穩(wěn)定的。臨界流速按下式計算:式中,θ——系數(shù),當排體型式為獨立塊體壓載時取值為2。該險段在汛期觀測到最大流速為2.5m/s,小于臨界流速,因此排體是穩(wěn)定的。排體上要求的壓重與當?shù)厮髁鲬B(tài)與流速有關,《水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范》中提出,當流速不大于3m/s時,水下軟體沉排面上的壓載可采用1kPa,即可保證軟體排的穩(wěn)定。本工程中的壓重為4.5kPa,滿足要求。3硬件設備3.1施工準備3.1.1水下地形測量由于險工段的水下地形變化很大,施工期間的實際地形可能與設計資料有較大出入,因此在施工前應測量水下地形,并繪制平面圖和斷面圖。3.1.2傾斜處理為使排體與地面有較好的接觸面,應使之盡量平整。特別是在有陡砍或過大的坑洼時,可采取拋填土袋或不帶尖刺的碎石。3.1.3停工率大,影響沉排質量對于沉排施工,充分備料至關重要,否則由此造成停工將大大影響沉排質量。特別在深水條件下進行大面積施工,排體停留時間過長將產生過大變形,甚至塌落。3.1.4安裝機械工程不同的沉排形式和施工方法,所需的機械設備和數(shù)量不同。因此,應根據(jù)具體情況確定施工安排,準備所需的設備。3.2充填固結工程施工工藝流程為:排布制作→排布定位、拖排船定位→充砂系統(tǒng)布置→留排布置→排頭上排架→拖排船排架測量定位→分節(jié)充填固化砂漿→分節(jié)拖排→割拉環(huán)→排尾固定。(1)排布制作:采用機編布和無紡布,由專業(yè)廠家按設計標準進行制作。(2)充砂系統(tǒng)布置及充砂工藝:充砂船距拖排船距離20m~30m,充砂管布置應盡量平直。減少高差、拐彎;充砂管線在充砂船與岸坡段應硬性支托。不能懸空,否則該處最易堵管。充砂軟管從下游向上排布,逐格充填固化砂漿。充砂設備用17kW、生產能力50m3/h的泥漿泵,將泥漿泵吊放至砂艙中,再開啟泥漿泵,通過與泵連接的充砂軟管向管袋中充填固化砂漿。(3)留排系統(tǒng)布置及實施:留排用鋼絲繩,前面和排布連接,后面和地錨連接固定并留放,排布上中下游各布置三根鋼絲繩。下游留排地錨距排布應近一點,上游留排地錨距排布遠一點,形成側向拉力,避免排體向下游滑,這樣可以控制排體的上下游搭接寬度,反之則相反布置,若水下河床平順則等距布置。(4)水下拖拉鋪排施工:拖排前先將工程船尾拋“八”字錨,中間拋主錨,船頭往岸上系“八”字纜定位。拖排時將排架緩慢放下,并開始充砂,充完水面線以上一節(jié)或兩節(jié)管袋后開始啟動拖排,邊充邊拖,岸上與船上協(xié)調作業(yè)。排體拖到位后,留排鋼絲繩要固定好,讓排體先穩(wěn)定一段時間后割除排頭,潛水員檢查排體搭接情況,并將上、下游排體用帶子綁好,即完成一塊排體水下拖排工序。3.3壓載質量控制對采購的軟體排布要嚴格按質量控制標準進行檢驗,不合格的堅決拒絕使用,保證排布的質量滿足要求。對壓載用物體嚴格進行質量控制,保證壓載物體入水后的質量和數(shù)量,從而保證排體的壓載荷載。施工中除在岸上設立定位導標外。還用全站儀監(jiān)測沉排軌跡,發(fā)現(xiàn)偏離預定區(qū)域時,隨時絞船予以糾正,確保排體搭接無空漏。4