袋装砂护岸技术在汉江鄢湾段抢险中的应用

刘明忠

摘要：汉江鄢湾险段地质条件复杂，岸坡崩塌严重，多次出现险情，亟需整治。依据当地自然资源条件及抢险时间的要求，采用袋装砂护岸除险技术。根据当地的施工条件和袋装砂护岸除险技术的工艺原理，研究了袋装砂护岸除险技术的施工方法和流程，详细阐述了施工过程。次年汛期后观测结果的变化值均在正常范围内，未出现滑塌、裂缝现象，鄢湾段险情得以控制。运用该方法施工具有独特性强、施工机械化程度高、施工质量好、工艺先进等特点，可在湖泊平原地区推广应用。

关键词：袋装砂护岸;施工方法;流程;鄢湾险段;汉江

中图法分类号：TV861

文献标志码：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.07.008

1 概述

鄢湾险段位于长江最大支流汉江右岸，桩号123+470-124+840处，地处江汉平原腹地仙桃市长墙口鄢湾村，全长1370m。此段堤防堤顶高程34.7m，堤顶宽度在6.5～ 8.0 m之间。堤身与岸坡均由松散一稍密的砂性土层和黏性土层构成，岩性以粉质壤土、壤土为主，局部有砂壤土、粉细砂;该段堤身填土成分复杂，黏性较差，密实度低，抗渗性较弱，堤身工程状况较差，属Ⅲ类堤防。

鄢湾段为汉江迎流顶冲的历史险段，1986年、1998年、2012年均先后发生过险情，并多次进行治理。该段堤防堤内地势较平坦，地面高程26.5～27.5 m。堤内坑塘较少，堤外无外滩，常年深泓逼岸，岸坡崩塌严重。同时由于该堤段工程地质条件差，水下坡度1：1.3～1：1.5，堤基壤土抗冲能力差，在水流的多年冲刷下，险情时有发生，是汉江下游干堤重点险段之一。

2 袋装砂护岸除险技术及应用

2.1 技术的工艺原理与施工流程

2.1.1 工艺原理

装袋砂设备由装料抓斗、上料斗和下料斗3个部分组成，上料斗用型钢和钢板焊制，用液压装置控制料斗的开启;下料斗用卷扬机和滑轮控制卸料。工作时驳船用自带的起重抓斗，将砂料装载到铺有编织袋的进料斗内，并通过液压装置控制斗门;装袋完成后，通过卷扬机打开下料斗翻板，将砂袋抛掷至险情整治处，减缓水流对岸滩的冲刷，再抛投块石保护抛压，达到护岸除险的效果。

2.1.2 施工流程

袋装砂护岸除险技术工艺流程见图1。

（1）水下地形图测绘。水下地形测量采用中海达HD-310超声波全数字测深仪，结合GPS系统进行。水下地形测量的测点位置，严格控制在断面线上;陡坡、转折或水下地形变化较大处，测点加密布设;断面线的布设，垂直于堤身轴线的方向，断面线的间距按4～5m控制。

（2）抛投网格划分。根据船型尺寸、抛区厚度、抛投方法等具体划分，主要是将单元工程中每个网格的抛投量作为检测点之一，每个单元工程中检测点的总数（即网格数）20个，其合格点数及合格率即反映出抛投的均匀情况。

（3）驳船取砂。驳船具有锚泊、定位、充灌、吊装及储存等功能的专用施工船舶，并配备交通船、GPS、北斗定位等设备和软件，施工过程中能实时显示船舶的平面位置。袋装砂充填料选用附近河滩砂性土，粒径（d> 0.075 mm）颗粒含量大于60%，黏粒（d< 0.005 mm）含量小于10%。

（4）GPS定位抛锚。用超声波测深仪或测杆、重锤测量水深，用流速仪测量流速，用4m3砂袋试抛投，测量漂移距离和水流方向，调整驳船抛投的位置，并用公式（1）验算，掌握砂袋在水中的运动规律，作为施工船定位的依据（见图2）。

L=0.8 VH/W1/6（1）式中，L为砂袋水平漂移距离，m;V为施工时抛石部位水面流速，m/s;H为试验时的水深，m;W为单个砂袋的重量，kg。

（5）抛掷砂袋。装砂袋采用聚丙烯编织布制作，单个袋体尺寸按5 mx5 m缝制。驳船抓斗吊抓取砂料投入料斗中，每个砂袋装80%，用力拉紧口绳，系紧袋口。按计算抛距和试验抛距综合确定，并按网格进行抛投。

该河段采用顺水流定位方式，定位船在抛投区域抛锚后，用全站仪进行测量，采用先粗定位再精确定位的方式，以及参照抛投区域外边线标记，将定位船驶到该抛投网格的上游处抛锚。用5根锚索进行固定，在船首用一个领水锚固定…，船体前半部和后半部的两侧分别用锚索固定，如图3所示。岸边设置锚桩，锚和船体之间采用钢丝绳连接，定位船靠船前后两个绞盘绞动5根钢丝绳来使其上、下游及横向移动[2]。

（6）抛掷砂袋后的检测。以网格抛投量为依据，检查并记录砂袋规格和质量是否符合要求，施工船舶及充砂设备运转是否正常，施工方法是否与批准的施工方案一致，袋装砂平均厚度是否符合要求。各参建方现场人员签字确认砂袋规格、单个砂袋方量、抛填砂袋个数、抛填方量以及水下地形测量等。

（7）抛石船抛石压重。根据抛投尺寸和石料运输船实际装石的平均长度，按照20 mx20 m的断面尺寸，由内向外分組排列，每组分为4个档位，将各组的抛石量平均分布在4个档位上按量抛石。水下抛石按照“由上游到下游、先深槽后浅水”的原则分区抛石压重[3]。

（8）抛石后的检测。每单元长度抛投完成后，先进行自检，不合格部位加以补抛，待全部自检合格后，监理工程师复测。抛石后断面的测量方法与水下地形测量方法相同。

2.2 汉江鄢湾险段的技术应用

2.2.1 险情概况

2017年11月23日及2018年1月9日，在进行汛后退水期检查及日常巡查过程中，发现汉右桩号123+800-124+200段分别有两处枯水平台出现崩锉现象。崩锉各长60 m，崩宽5～8m，崩锉块石全部塌落至护坡脚槽处，且呈发展趋势。管理部门当即组织有关单位的相关人员实地测量，发现该水下已形成长230 m、宽58 m、深约8-12 m（最深约21 m）的深坑。

2.2.2 险情分析

（1）该段位于凹岸的下游，主泓常年贴岸冲刷，现场表现为水面旋涡翻滚，水下暗流涌动，主流翻滚贴岸淘刷。原镇脚抛石位置高程已较设计降低Im，失去了对抛石层的嵌挡作用，水下坡比较陡，为1：1.2～1：1.4。由于河床冲深，水下边坡变陡导致崩岸。

（2）2017年9月下旬以来，汉江流域上、中游多次出现强降水过程，导致汉江秋汛突发。此次秋汛“来势猛、落差大、流速快”，加之堤防高、水位浸泡时间长，含水趋近饱和，且该段外滩土质局部有砂壤土、粉细砂，土体含水饱和，抗剪切性明显削弱，加剧了崩岸形成。

（3）险段上游有航道部门整治工程丁坝群，丁坝群稳定了现有河势并对所处洲滩有所淤积，造成鄢湾险段顶冲点一直稳定不变，对岸坡稳定影响较大。

（4）如不及时对险情进行整治，将影响混凝土护坡及汉江干堤的安危。长江水利委员会水文局将鄢湾段确定为崩岸I级预警级别。鄢湾险段位置见图4。

2.2.3 险情整治

（1）整治方案。鄢湾险情出现后，管理单位立即组织专班紧急抢护。由于附近均为平原，加之环境保护的需要，禁止石料开采，因而块石需要从150km外的地方水运，一般需要约2d，不能满足抢险需要。经组织专家论证后，拟采用抛投砂袋稳定险情，阻止其继续恶化[4]，再抛投块石压重。

（2）抛投砂袋。驳船从险情段上游河流转弯处的对岸江段取砂，装载于货舱区;通过事先计算的漂距，用GPS定位航行于整治工程作业处的定位船抛锚，将砂袋抛掷于需要加固的堤脚及冲坑。

砂袋垂直于险情段轴线方向，相邻砂袋之间紧靠、挤密，上下层袋体不得出现通缝;砂袋水下边坡按1：3控制，砂袋厚度60 cm，抛投约500 m3后随即进行水下测量，并校正砂袋位置或补抛，确保抛投的砂袋稳定可靠;险情抛投长度200 m，平均宽度3m，层数2-8层。

砂袋袋体采用防老化聚丙稀编织土工布缝制，重量200 g/m2，断纱、豁边、破损、稀路、杂物等缺陷每100 m2不超过3个;缝制采用锦纶线，针脚间距12-13针/10 cm，不得出现跳针;拼缝处采用2道缝制线，线与线间距控制在5 mm左右。

（3）石笼护脚。崩岸区在水流冲刷作用下，部分区域形成较深冲坑。对高程6m以下采用铅丝石笼护脚，护脚宽度为4m，厚度不小于2.5 m，崩塌最严重的深泓采用Im厚石笼抛护至平缓坡处。

具体施工采用定位船定位，配合石驳船和施工吊车进行施工;定位船选用300 t的甲板驳船，并配置绞盘下锚定位;2艘70～ 200 t型号的石驳船，配合抛石;铅丝石笼在定位船上由人工组装，配合小型机械填装块石料，块石料粒径15～ 45 cm，大块石做骨架，小石填缝，孑L隙率不大于20%，装满后封口绑扎;施工吊车用以吊装石笼，将施工区段划分为10 m（垂直水流方向）x20 m（顺水流方向）的标准网格，各网格再分为上、下两个半区进行作业。根据设计图纸每个区域的厚度以及施工前水下地形测量成果，计算出每个网格应吊装石笼的数量，编制施工档位图[5]。

定位船将石笼块石料运至需定位的吊装区段，采用施工吊车进行石笼的抛填。具体方法为：①吊运设备起吊石笼，确保机械牢固;②根据流速、水深等参数计算冲距;③吊车准确定位，确保石笼落人指定位置;④吊车互相错开，确保石笼码放均匀;⑤吊装完成后，进行水下地形复测，并与吊装前地形对比，对接缝不严处抛填块石填缝。

（4）水下抛石。抛石厚度不小于Im。抛石施工采用定位船定位，配合抛石船和长臂抓斗进行施工。施工工序为：实测流速、计算漂距，并试抛→修正抛投参数→计算网格抛石方量→抛投前断面测量→定位船定位→石驳船抛石→抛投后断面测量→抛石厚度不符合设计要求时进行补抛→定位船横向往岸边移位一按前面的顺序抛石完成，再横向移位直到抛满整个横断面→水下地形测量→定位船向下游移一个断面，再重复上述步骤。对局部较浅处则采用小型驳船或配合人工施工。 第一处险情抛投砂袋1 432个，抛砂10 450.48 m3，抛石9 878.86 m3。第二处险情拋投砂袋2 581个，抛砂18 843.39 m3，抛石181 66.73 m3。两处险情合计抛投砂袋4 013个，抛砂29 293.87 m3，抛石28 045.59 m3。全部完成后初步缓解了险情。

2.3 整治效果

（1）施工工艺评价。鄢湾险段袋装砂护岸技术构思独特，施工工艺先进，机械化程度高，施工质量好，施工快速、经济、安全，并成功实践于汉江下游鄢湾等3个险段工地施工。

（2）险情整治后的效果。险情整治后，组织专门人员进行日常的巡视检查与观测。结果表明，除正常沉降量外，未出现滑塌、裂缝现象。2018年汛期后的巡视与观测结果的变化值均在正常范围内，鄢湾段险情得以控制。

2.4 技术优势与效益分析

（1）安全稳定性较好。平均每个砂袋重约7.3 t，一次可同时灌装及抛投4个砂袋。由于砂袋具有一定的柔软性，堆积后的砂袋间空隙小，可减轻江底暗流对堤脚的冲刷影响。有关资料表明，砂袋沉人江底后寿命一般为30a，不易腐烂、变形[6]，且体积大，沉人江底不会被水流冲走。

（2）施工期短。在石料缺乏的情况下，先抛砂袋稳定险情，同时抛砂袋、石笼或抛石施工同步开展，多个作业面同时施工，以提高抢险进度。

（3）就地取材，砂料供应较有保障[7]。砂料来自上游转弯处对岸的江滩，也可从允许挖砂的江段采砂，距离仅约800 m，砂料供应充足。

（4）机械化施工程度高。河道采砂、运输、定位、灌装砂袋、抛投等全部工序都用机械作业，所需人工量极少，可减小成本、提高工作效率与施工安全性[8]。

（5）节约投资。依据险情整治的预算与工程结算情况分析，机械抛投袋装砂与其他整治方法单价比较见表1。从表1可知，人工抛投袋装砂、抛投块石、抛投石笼的单价分别是机械抛投袋装砂的1.9，3.2，4.5倍，投资优势较为明显。鄢湾段险情整治设计水下抛石2.83万m3，铅丝石笼1.23万m3，抛石预算为646.04万元;与实际投入相比较，节省资金117.82万元。最重要的是阻止了险情进一步恶化，为进一步的抢险争取到了宝贵时间。

（6）袋装砂护岸技术与抛投块石、石笼等除险护岸技术相比较，具有以下优势：材料筹集容易，运输距离短;价格低廉;施工工艺简单、施工速度快;施工安全系数高;施工整体性好，抛投成功率高，能较好地适应河床的变形。但与抛投块石、石笼等除险护岸技术相比，抗冲能力与使用寿命明显不足。因此，将两者技术结合，取其所长，优势互补，是一种较好的组合结构方案。

3 结语

在江、河、湖、海的岸滩，由于河床主泓经常发生改变而引起崩岸、滑移、冲坑等现象，危及江、河、湖、海的岸滩及堤防安全。一般会采取抛投石料或石笼等，这些应急方法需要大量的块石，但目前由于石料禁采以及运输距离等问题，难以及时采购到位。而袋装砂护岸抢险施工方法可弥补石料的不足，具有机械化程度高、施工质量好、速度快、人工用量少、施工安全且投资少等优点。此外，该法工艺先进，在湖泊平原地区尤其值得推广应用。

参考文献：

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