新型软体沉排结构在险工治理中的应用

2018-04-16杨小宸

东北水利水电 2018年11期

杨小宸

（辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司，辽宁沈阳110003）

1 概述

河道受到水流淘刷使堤岸坍塌，形成河道险工。河道险工护岸治理中，护脚稳定是护岸稳定的基础，护脚材料需要能够抵御水流冲刷，且应能适应河床的变形，还需要具有耐水浸泡的性能。传统的险工护脚型式主要有抛石、沉枕、绿滨垫、混凝土块体、柴排、无纺布或丙烯布软体排等。文中提出一种采用复合土工格栅为排体，铅丝石笼圆枕和压载石块作为压载体的新型软体沉排结构，具有适应河床变形、抗冲刷性好、整体性好、耐久性好的特点。

2 结构型式

新型软体沉排结构主要由排体和压载体两部分组成，其主要技术要点主要有以下几个方面：

1）排体。排体为复合土工格栅，由反滤层和加筋层通过热熔复合工艺加工而成，其中反滤层为无纺非织造土工布，加筋层为塑料双向拉伸土工格栅。这种采用反滤层和加筋层结合的型式增强了排体的强度且具有较好的柔性以适应河床变形。

2）压载体。压载体包括铅丝石笼圆枕和块石。排体边载采用铅丝石笼圆枕，为铅丝筒状网箱内部填充石笼块石并绑扎形成，根据排体长度可每隔一定距离布置一排铅丝石笼圆枕，排体上未采用铅丝石笼圆枕压载的位置采用块石压载。采用铅丝石笼圆枕和块石结合的压载方式，比传统的抛石压载相比更具整体性。

3）连接固定。排体之间需搭接0.2 m，并对搭接部分每隔1 m进行穿插连接；铅丝石笼圆枕之间及铅丝石笼圆枕与排体之间，均需要绑扎固定；排体起始端，即排体与护岸连接处，需将排体与岸上工程连接固定，在排体末端，需用排体包裹圆枕并绑扎固定。连接固定可采用8号铁丝。所采用的连接固定方式，能够使排体、压载体及护岸之间形成整体，具有更好的整体性和耐久性。

3 工程应用实例

3.1 工程概况

辽河是我国七大江河之一，也是辽宁省第一大河，防洪安全至关重要。辽河属于游荡型河流，河槽频繁摆动，弯段凹岸较多，部分河段深泓紧邻凹岸，在主流不断冲刷下，形成险工。据统计，截止2016年，辽河现有险工194处，总险长232.51 km。鞍山市台安县位处辽河下游，2010—2016年汛期，受多次强降雨的影响，辽河水位上涨迅速，致使台安县辽河干流部分险工段险情加重。铁匠炉险工位于台安县黄沙镇铁匠炉村附近，辽河干流左岸大断面L93～L95之间，险工段总长度2 500 m。险工形成多年，河道弯曲大，横向环流对河岸淘刷严重，距辽河管理最近处不足5 m，严重威胁堤防及管理路安全。2007年、2012年曾对铁匠炉险工中部和下游段进行过治理，这次治理范围为上游段，即前期治理段以上850 m，以期有效控制河势，减少洪水直冲管理路的危险。

3.2 工程总体布置

枯水位以上护岸工程根据岸坎特点，分别采用绿滨垫坡式护岸和直立式固滨笼挡墙的型式，枯水位以下护脚采用复合土工格栅排体与铅丝石笼圆枕、块石压载结合的新型软体沉排型式。枯水位以下岸坡陡于1∶2.5的利用编织袋装土抛填进行还坡，还坡至1∶2.5后，再采用软体沉排护脚。反滤复合土工格栅边载采用铅丝石笼圆枕，顺水流方向每隔20 m再设置一道铅丝石笼圆枕压载，由于桩号0+250～0+550段排长较长，在垂直水流方向再增设一道铅丝石笼圆枕压载，其余位置采用0.5 m厚块石压载。

3.3 护脚工程设计要点

1）结构材料。复合土工格栅反滤层采用400 g/m2短纤针刺非织造无纺布，加筋层采用15～15 kN/m塑料双向拉伸土工格栅。铅丝石笼圆枕网垫材质为低镀锌铁丝，规格为2 m（长）×0.5 m（直径），网孔尺寸为10 cm×12 cm。

2）冲刷深度计算。冲刷深度采用（GB50286-2013）《堤防工程设计规范》附录D中公式计算，经计算，平顺护岸产生的冲刷深度为5.46 m。

3）排长设计。排长设计根据（GB50707-2011）《河道整治设计规范》规定，护脚工程在深弘线逼近的河岸段，宜护至深弘线，并应满足河床最大冲刷深度的要求。在岸坡较缓、深弘线离岸较远的水流平顺段，可防护至坡度1∶3-1∶4的缓坡河岸处。因此设计排长为10～40.1 m。

4）排体压石设计。压石粒径根据（GB50707-2011）《河道整治设计规范》附录B中公式计算，并考虑水流对抛石影响，确定护脚块石保持稳定的折算粒径为25 cm。根据已有工程的经验，结合该地实际特点，压石设计厚度为50 cm。

3.4 护脚工程施工要点

鉴于冬季冰上施工定位准确、受气候变化影响小、节省投资等优势，本工程软体沉排采用冰上施工。施工工序为：冰面处理—铺设反滤复合土工格栅—排体压载—沉排。

1）冰面处理。冰上沉排施工前，首先要进行冰面处理，清除冰层表面积雪、冰块和尖刺物等不利于施工的条件，同时对冰层厚度和冰面条件进行全面检查。当冰层较薄时，应采取相应措施增加冰层厚度，提高承载力，常用的方法是抽水增冰和冰面加筋方法。

2）铺设反滤复合土工格栅。反滤复合土工格栅采用人工铺设，铺设前先进行场地平整，清除杂物。一般应平铺、拉直、不得卷曲、扭结，相邻两幅复合土工格栅需搭接0.2 m，上游排体压在下游排体之上，并对搭接部分每隔1 m用8号铁丝进行穿插连接。复合土工格栅应牢固锚固在岸坡固滨笼坡脚下，并用8号铁丝与固滨笼绑扎固定。复合土工格栅铺设需在专业厂家指导下施工。

3）排体压载。反滤复合土工格栅铺设完成后，铅丝石笼圆枕和块石利用胶轮车运至现场，人工进行压载。边载采用铅丝石笼圆枕，并用复合土工格栅末端包裹圆枕边载，同时用8号铁丝将排布与圆枕边载固定，保证排体整体性。在顺水流方向每隔20 m铺设一道铅丝石笼圆枕，对于0+250～0+550段垂直水流方向增设一道铅丝石笼圆枕，铅丝石笼圆枕与排布间采用8号铁丝固定。其余位置块石压载，平均厚度0.5 m。

4）排体沉放。采用强迫沉排法，排体制好后，在其上下游两侧开冰槽，排尾前端约0.5 m处沿宽度方向每隔2 m开冰眼。冰槽和冰眼均不得打穿，根据事先测得的当地冰层厚度，留10～15 cm。待所有冰槽和冰眼开好后，同时打穿，使排体均匀迅速下沉。

5）冰上施工安全措施。①为确保冰面施工安全，需事先观测冰面封冻厚度并做好冰厚测量记录和冰厚承载力试验；②冰面作业严禁载重较大车辆在冰面行驶，不准在冰面卸料，施工材料运至现场岸边，通过胶轮车或小推车运至冰面；③冰面施工，施工区设专职安全员，巡回检查，及时发现问题消除隐患；④冰面架设浮桥、移动浮梯等安全设施，再间隔20 m设一道安全绳，一端固定在岸上，一端放在沉排上，出现问题可以攀爬应急；⑤冰面下沉不会突然发生，一般均有预兆，如发现冰面块石上有水，一般6～10 h后会下沉，为确保安全，在沉排以外20 m处打一冰眼，设专人观察水位上涨情况；⑥下沉后的冰排10 m之内，设明显标志和标语，以免发生万一。