网架箱型河道护岸加固工程新技术开发应用

2017-12-05

水利水电快报 2017年11期

(1.湖北省引江济汉工程管理局，湖北武汉 430062；2.湖北省仙桃市水利水电建筑勘测设计院，湖北武汉 433000；3.长江科学院河流研究所，湖北武汉 430010)

网架箱型河道护岸加固工程新技术开发应用

周晓进1刘勇兵2何广水3

(1.湖北省引江济汉工程管理局，湖北武汉430062；2.湖北省仙桃市水利水电建筑勘测设计院，湖北武汉433000；3.长江科学院河流研究所，湖北武汉430010)

为了响应国家推进生态文明建设部署，在长江河道护岸工程建设中尽可能采用高效环保型的新材料、新工艺技术，提出了网架箱型河道护岸加固工程新技术，属高效环保型的河道护岸工程技术；该技术已在长江中游干流下荆江河段中的七弓岭地段、荆江门地段护岸加固工程中得以应用，从工程的应用效果来看，达到了设计目标要求；在同类型等功效的前提比较条件下，采用网架箱型河道护岸加固工程新技术经济优势明显，其推广应用具有一定的经济和社会效益。

河道护岸；护岸加固；网架箱益

1 研究背景

三峡水库蓄水运用以来，位于坝下游的长江中下游干流河段出现了明显的冲刷调整，冲刷的部位主要发生在枯水河床，尤其是弯道凹岸(中、下段)近岸河床。这类河床的较大幅度冲刷使得现有水下护岸工程出现明显的水毁现象，这一现象的持续累积，将逐步演变为河岸线的崩塌。坝下游河段的冲刷调整具有长期持久的特性，为确保长江中下游干流河段的防洪安全和岸线安全利用，应长期对现有的护岸工程进行加固。现有长江护岸水下工程的材料结构型式主要是抛石，约占护岸工程总长的95%，其余的护岸工程为钢筋混凝土铰链排等结构型式。

抛石护岸工程水毁破坏机理[1]：在水流作用下，抛石带板块区域的近岸河床冲刷甚微，而其他区域的近岸河床冲刷幅度较大。在抛石带板块区域的外边缘会形成一定高度的陡坡或吊坎，当陡坡(或吊坎)达到一定高度时，外边缘的块石失去稳定，沿外侧的河床向下游滚动或连滚带滑，在抛石带板块区域的外边缘形成新的空白档，随着近岸河床一波波冲刷，空白档将一波波逐渐向岸边方向移动，而块石逐渐向深泓方向移动，离开抛石带板块区域的块石失去或部分失去水下护岸的作用，从而形成水下抛石工程的水毁现象。

基于该机理，抛石护岸加固工程的材料结构型式适宜选用抛石、钢丝网石笼、网模卵石排、预制混凝土构件组合体等型式，而大量开山采石会对料源区生态环境造成明显的不利影响。地方政府为响应《中华人民共和国环境保护法》而颁布了相应的环境保护法规，这使得长江中下游干流河道两岸的沿江地区开山采石基本处于被禁状态，块石原材料来源问题直接影响以石料为主要建筑材料的护岸加固工程项目的建设。卵石主要来源自长江上游和洞庭湖水系的上、中游干流河道，卵石料运输成本费用问题对网模卵石排护岸技术的推广运用有一定程度的影响。针对河道护岸工程建设需要大量减少块石材料的技术要求，近几年来，水利科技人员对河道护岸工程的新材料、新工艺技术开展了大量研究，网架箱型河道护岸加固工程新技术便是其中的一项研究成果。

2 结构设计

网架箱是钢筋混凝土护底促淤网架箱的简称[2]，由预制钢筋混凝土构件连接成网(桁) 架、聚丙烯编织布制成的网架箱围布、树枝等组装而成，其轮廓形状为八边形台柱。以长120 cm构件为主要材料的120型单个网架箱，由161根预制钢筋混凝土连杆构件和117 m2的围布组装而成(见图1)。120型钢筋混凝土护底促淤网架箱实体的底边轮廓最大长度 5.8 m、最大宽度 4.0 m、底面积 22.05 m2，实体的顶面轮廓最大长度 4.75 m、最大宽度 3.4 m、顶面积 14.97 m2，平均厚度1.1 m，单个120型网架箱轮廓体积为 20.23 m3、重约 2.7 t。

图1 120型钢筋混凝土护底促淤网架实物

2.1 预制钢筋混凝土连杆

钢筋混凝土护底促淤网架箱连杆构件的截面为8 cm×8 cm，预制钢筋混凝土标号C20，连杆构件预埋圆钢直径10 mm，连接端圆环内直径5 cm，由圆钢冲压成型，闭合口处点焊接，连杆顶端钢筋到预制混凝面的距离为12.5 cm(见图2)。杆件预制凝固后，对出露混凝土的钢筋刷一层防锈漆。连杆的主要作用是构成网架体，支撑网架箱围布，形成构筑物。

图2 120型预制混凝土杆件

单个120型网架箱由161根连杆组成，其中： 120 cm长构件146根、138 cm长构件5根、172 cm长构件4根、185 cm长构件4根、208 cm长构件2根。连杆分布见图3。

图3 连杆布置

2.2 网架箱围布

网架箱围布由2层聚丙烯编织布(或称遮阳布)缝制而成。单层布质量规格：单位重量不小于50 g/m2，围布用料面积117.0 m2；5 cm宽加筋条39.04 m；3 cm宽、50 cm长系结条31根；围布收拢(口)拉绳长32 m，为直径6 mm的涤纶绳纤维绳。网架箱围布平展、加筋条和系结条布置见图4。网架箱围布的主要作用是与网架组成构筑物，网架箱围布分隔河床底流与床沙，使河床面处于被保护状态，避免冲刷下切，从而达到保护河岸线或洲滩稳定的目的。

图4 网架箱围布平展、加筋条和系结条布置(单位：cm)

2.3 网架箱安装与施工配件

用2根涤纶绳穿环完成杆件间的连接，单根涤纶绳抗拉断裂强度不小于135 kg。为防止涤纶绳磨损降低强度，用涤纶绳绑扎好网架后，在每个结点用2道直径 2.0 mm的镀锌铁丝进行补强，做到每个结点的多个钢筋环都有2根镀锌铁丝穿过。

面层网架杆件与围布用12根宽6 mm的尼龙扎带固定，每边均匀布置3根扎带。网架箱的起吊绳和控制沉放绳总长25 m，采用直径22 mm的丙纶绳。

3 施工工艺技术设计

3.1 施工准备

(1) 施工前测量工区地形，布置水位、流速观测点，并作日常记录。

(2) 预埋钢筋材料准备：将钢筋条卷材拉直，按设计长度裁断；在车床上将钢筋两端冲压绕环、点焊；两端15 cm的范围内刷一层防锈油漆。

(3) 成品围布的材料准备：按设计尺寸和材料规格要求，缝制网架箱围布。

(4) 将成品(两端弯环)钢筋和成品围布运抵施工区仓库待用。

3.2 钢筋混凝土连杆预制与养护

(1) 配制C20混凝土。

(2) 将钢制模具摆放在振捣台上，铺上脱模聚乙烯薄膜。

(3) 将两端弯环钢筋放在钢制模具的槽口部位，再向钢制模具填混凝土。

(4) 启动电源，振捣混凝土，补充混凝土以保证每根杆件混凝土足量。

(5) 停止振捣，将钢制模具(含混凝土杆件)抬出振捣台，在平地上翻转反扣，抬出模具，取走聚乙烯薄膜。

(6) 初凝后洒水养护3 d，归堆存放，再集中养护25 d。

3.3 钢筋混凝土网架箱的组装与运输

可在陆地上或船上完成对钢筋混凝土网架箱的组装：对于岸线场地比较便利的工区，可在陆地上组装，再通过吊车将网架箱转移到运输船上；对于岸线场地不大的工区，可在运输船上直接组装。

3.4 钢筋混凝土网架箱的沉放施工

(1) 施工船定位。根据施工网格的地形条件、施工当天的水位以及施工断面的流速条件，确定施工定位船的具体位置。施工定位船为500 t级的起重吊船。

(2) 采用牵引法进行网架箱沉放施工。将2根牵引绳穿过网架箱侧面的控制绳，船吊挂钩勾住2根起吊绳，经位于施工工船一侧的运输船，将网架箱吊运到另一侧，在水面上脱勾。通过2根牵引绳控制网架箱的着床位置。

4 技术经济优势分析

4.1 技术优势分析

(1) 护坡结构具有较好的耐久性、一定的整体性和较好的适应性。钢筋混凝土护底促淤网架箱护坡结构是目前护岸工程单体轮廓体积最大的型式，具有普通钢筋混凝土强度高、耐久性好的特点。该项技术汇集了钢筋混凝土铰链排、钢筋混凝土四面六边透水框架、软体排(聚丙烯编织布绑扎预制混凝土块)河道护岸技术的优点。

该技术已于2015年10月运用于长江中游下荆江最险要的七弓岭、荆江门地段护岸加固工程中。在施工期(枯水期)，这2个地段最大水深约35 m、近岸最大流速 2.1 m/s，从2016年汛后工程运行情况来看，工程已达到设计效果。

在长江中下游干流河道，比下荆江七弓岭、荆江门河段更复杂、更险要的河段较少，因此，钢筋混凝土护底促淤网架箱护岸加固技术可应用于长江中下游干流河段不同条件下的护岸加固工程。

(2) 护坡结构取材容易、建造方便。钢筋混凝土护底促淤网架箱结构所用的原材料为钢筋、水泥、砂、聚丙烯纤维编织布和编织布带等，均为普通工程材料。另外，其基本构件为微小型预制钢筋混凝土杆，施工工艺成熟。

4.2 单位工程成本分析

按照水利部水总[2014]429号文《水利工程设计概(估)算编制规定》和2015年第四季度工程所在地(湖南省岳阳市)的物价水平，根据钢筋混凝土护底促淤网架箱的材料结构型式和施工流程(钢筋混凝土杆间预制、网架箱拼装、网架箱沉放)，计算出钢筋混凝土护底促淤网架箱河道护岸加固工程的工程造价为2 674.93元/个(箱轮廓体积为20.23 m3)。钢筋混凝土护底促淤网架箱水下护岸工程技术由透水四面体框架护滩技术发展而来，而后者在长江航道整治工程中应用较多。在轮廓体积基本相等、工效基本相当的前提条件下，1个钢筋混凝土护底促淤网架箱相当于96个同杆件型号的透水四面体框架(单价65元)。在同一物价计量地区，这2种同类型的等效护岸工程造价分别为 2 674.93元和6 240元。

在同类型等功效的前提比较条件下，钢筋混凝土护底促淤网架箱水下护岸工程的单位工程造价仅为钢筋混凝土透水四面体框架单位工程造价的43%，具有明显的经济优势。