长江南京以下12.5米深水航道主动式钩连应用研究

王效远　赵凯

摘要：主动式钩连体作为一种新型的消能护滩结构，在长江深水航道一期工程中进行了首次应用。经过试验研究确定了PP作为基材，增强、增重剂等作为添加料的配方体系；根据不同的施工要求，提出了船机抛投和人工抛投的技术要求；现场观测结果表明，该结构守护范围内泥沙淤积明显，并对其周边范围有一定的掩护作用。

关键词：主动式钩连体；船机抛投；人工抛投；现场监测

中图分类号：U617.6 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）07-0053-02

在以往的航道整治工程中，消能护滩结构被广泛应用，实现守护洲滩，稳定航槽的功能。其中应用较为广泛的为系结砼连锁块软体排和四面六边透水框架，这些结果形式护滩效果明显，但也存在结构边缘易冲刷，勾连性不足等特点。针对现行护滩结构存在的不足，在长江深水航道一期项目中，研究人员从设计理念出发，突破传统的被动守护思想，提出了利用构件抛投形成主动勾连、整体性良好的护滩结构创新设计理念。研发了一种消减水流能量明显、护滩促淤效果良好的新型消能护滩结构——主动式钩连体。

作为一种新型消能护滩结构，南京水利科学研究院对结构孔隙率进行了较为深入的研究，中交上海航道局有限公司对结构施工工艺进行了研究。

为了验证主动式钩连体的应用效果，在长江南京以下12.5米深水航道一期工程白茆沙整治工程中进行了典型应用。通过对工程方案设计、抛投技术要求确定了新型构件的工程实施原则，工程完工以后进行了实时监测。试验及监测结果表明结构内部及掩护区能够形成普遍淤积，促淤效果明显。

1 主动式钩连体结构形式

主动式钩连体产品的结构设计是基于钩连体的实际使用工况要求、钩连体批量生产时制造的可行性以及钩连体的整体成本控制等方面。经过试验研究确定了PP作为基材，增强、增重剂等作为添加料的配方体系，最终确定材料主要性能为：密度1.9g/cm³；拉伸强度47MPa；断裂伸长率4.2%；弯曲强度72MPa；弯曲模量6800MPa；悬臂梁缺口冲击强度13kJ/m²；根据模型试验研究，结构尺寸为60cm组装机，见图1。

2 工程方案设计及技术要求

2.1 设计条件

在长江南京以下12.5m深水航道一期工程白茆沙整治工程中首次应用了主动式钩连体，作为岸滩防护结构（图2）。应用区设计高水位为2.56m，设计低水位为-0.75m（85国家高程基准）；涨潮最大流速约1.02m/s，落潮最大流速约0.86m/s；50年一遇有效波高为1.25m。

2.2 方案设计

应用区位于北潜堤内侧，滩面高程为0.0-0.4m。抛投区内边缘距堤轴线50m，长200m，宽40m，与堤身排的搭接宽度为5m，在抛投区边缘铺设规格为480mm×480mm×160mm的连锁块软体排，铺设长度为200m，宽度为2m；在抛投区内部垂直堤轴线方向，每隔20m铺设480mm×480mm×160mm的连锁块软体排，铺设长度为从抛投区内侧到抛投区边缘，宽度为1m。软体排底部不需要铺设土工布。抛投区划分为5m×10m的小抛投区，每个抛投区抛投个数控制在400个左右，见图3。

本次选择的典型应用区段为高滩段，低潮露滩时人可以行走，钩连体作为一种轻型构件，既具备现场低潮露滩时人工抛投、绑扎以及整理的条件，也具备高潮期水深足够船机施工时船机抛投的条件。

2.3 船机抛投技术要求

施工前在铺排船翻板及甲板上满铺土工格栅，作为主动式钩连体的沿翻板下滑至水下时的支撑。随后由人工组装钩连体并叠放，将钩连体相互间及与格栅间进行绑扎，要求每平米抛投数量不小于7.6个，绑扎个数不少于3个。待绑扎完成后按照铺排流程下放格栅并移船，依次循环直至施工完成。

2.4 人工抛投技术要求

船机未抛投区及船机抛投区边缘需要进行人工抛投。在陆上或船上将钩连体组装完成并绑扎成捆，高潮时通过运输船将其抛投至指定区域，等低潮时再进行人工定位抛投。为控制抛投质量，保证抛投高度，将抛投区划分为5m×10m的小抛投区，每个抛投区抛投钩连体的个数控制在380-400个。

3 监测分析

为了检测应用效果，抛投完成后的一个水文年内，对典型应用段进行了观测。观测分为工程实施前观测和实施后观测两个阶段，观测频次为4次，分别为抛投施工前测次、抛投施工后测次、抛投施工后洪季测次和抛投施工后枯季测次。

3.1 护滩效果观测分析

主动式钩连体抛投施工完成后的枯季水文条件作用期间（2014年1月～4月），抛投区内总体表现为平均淤高0.14m，但局部呈西侧淤积、东侧微冲的趋势。其西侧淤积幅度平均为0.34m，东侧冲刷幅度平均为0.05m，且其南北向冲淤变化的差异较小。

与抛投施工后摸底测次测量结果比较，经历一次枯季水文条件和一次洪季水文条件作用后，抛投区内平均淤高了0.48m，且受抛投施工期间抛投区内初始地形影响，抛投区内的淤积幅度南北向差异不明显，但东西向差异较大，其中西侧淤积幅度明显大于东侧，见图4。

3.2 抛投区周边淤积情况

从试验段现场情况可以看出，主动式钩连体守护效果良好，防冲促淤效果显著，促淤后，钩连体由于其相互勾连形成了类似植物庞大根系的骨架型结构能起到较好的固滩作用。在抛投初期，主动式钩连体内部出现迅速淤积，泥沙在抛投区边缘形成一个自然的边坡，坡度约为1：3，高差在30em左右。钩连体抛投初期迅速出现淤积的情况对钩连体的稳定起到很好的保护作用。在主动式钩连体抛投区外侧，普遍呈现淤积态势，普遍淤涨0.2-0.3m，说明钩连体对掩护区也具有良好的防冲促淤效果。

4 结论

经过应用区现场试验证明，以PP作为基材，增强、增重剂等作为添加料材料的主动式钩连体能够满足工程功能要求。

在主动式钩连体的方案设计中，采用分区抛投的方式是安全合理的。船机抛投和人工抛投根据不同的施工特点采取不同的施工工艺，可以达到相同的工程效果。

本次现场试验所得历经一次枯季水文过程、一次洪季水文过程后，抛投区内发生了全面淤积，平均淤高0.48m以上。从淤积后地形角度看，主动式钩连体内部淤积后高程较高，东、西两侧较低，说明钩连体内部促淤效果较周围显著。根据现场观测钩连体对掩护区具有一定的掩护作用。