河道整治工程水下边坡填补技术研究与应用

于学付，周 林，张雪娇

（中国电建集团港航建设有限公司，天津 300467）

引 言

示例河道整治工程位于孟加拉达卡市南约35 km处帕德玛河的Mawa渡口附近，整个工程分为南北两岸，其中北岸河道整治区域长1.5 km，南岸长 11.5 km。主要的施工内容有干挖、干填、疏浚、土工袋抛填、块石抛填、土工布铺设、预制块抛填和预制块摆放等。工程处于孟加拉国滨海-河流冲积平原上，地势平坦、开阔，海拔较低，平均海拔约0～11 m，区域地形以低洼泛洪平原为特征，覆盖层深厚，主要土质为细粉砂，非常不稳定。

图1 护岸典型设计断面示意

疏浚是本工程的第一道主要工序，绞吸船对原始地形进行开挖，形成满足设计要求的边坡，作为后续抛填施工的作业面。但由于上述土质原因，项目疏浚过程中多次出现滑坡，形成水下坑体，导致水下实际坡面低于设计坡面，缺方量巨大，最严重的一次滑坡导致水下缺方量接近10万m3。图2为多波束测量[1]数据在 Global Mapper中显示的三维地形，平面和断面示意见图3。

图2 水下滑坡三维地形

图3 水下滑坡地形平面及断面示意

1 方案选取

抛填施工必须在疏浚坡面满足设计要求之后才能够开始，鉴于技术规范坡面精度要求很高（±250 mm）且工期紧张，边坡坑体的回填必须具有精确、稳定性好的特点，必须避免回填超高导致绞吸船返工，且尽量利用项目现有的人员、材料、设备和软件以节省费用和时间。

1.1 材料选取

项目中曾用于回填的主要材料有土工砂袋、65 kg编织袋（装填疏浚沙）和疏浚沙。对比三种材料，项目确定使用65 kg编织袋（装填疏浚沙）进行水下边坡坑体抛填，其相对于抛填土工砂袋更为低廉，相对于直接回填疏浚沙形成的回填体更密实、稳定，回填精度更可控。

1.2 设备选取

项目包含有土工袋抛填施工，土工砂袋抛填方法主要有人工抛袋、网兜抛袋和翻板抛袋等[2-3]，但由于规范对该土工袋抛填施工的厚度和平整度要求很高，抛填入水的土工袋会发生漂移[4]，上述方法无法满足要求，为此，项目部开发改装了带有可调节导向架的土工袋抛填船舶。该船舶能够利用导向架良好解决土工袋入水后受到水流影响产生漂移的问题，沉落在指定位置[5]。对于水下边坡填补施工，该设备仍能发挥其优势，将65 kg编织袋良好抛填至指定位置。

1.3 软件选取

为了匹配调节导向架的土工袋抛填船且能够精准控制抛填量，所用的软件必须能够进行水下数据分析和批量进行填方量计算的功能。项目选用Global Mapper，该软件具有上述功能且易于操作，在项目水下施工数据分析和展示方面表现良好。

2 施工工艺

2.1 工艺流程

该工艺主要包括人材机进场、测量、抛填图表绘制和抛填船定位抛填几部分内容，具体施工工艺流程如图4所示。

图4 施工工艺流程

2.2 抛填船定位系统

项目的抛填船舶安装有“水上工程-自由行”软件和GPS设备，“水上工程-自由行”软件对GPS主机采集的数据进行综合处理，实时显示船舶位置，操作人员可通过对比船舶和抛填位置的实时关系，调整四个定位锚机，进行船舶精准定位。

2.3 抛填图表制作

使用Global Mapper软件展开抛填前测量数据，与设计坡面数据进行对比，利用软件的“地形图结合/比较”功能生成差分图，确定水下滑坡区域具体的回填边界，依照计划使用抛填船舶的抛填侧宽度对滑坡区进行区域划分。

图5 地形差分图及分区示意

使用“网格创建”功能菜单，根据导向架每个抛填单元的长度和宽度，创建网格；每个网格均有一个“xx_xx”格式的编号，其面积均为一个抛填单元的面积；选中所有网格，在图5地形差分图的基础上使用“计算填挖方”功能菜单批量计算网格对应区域的填方量。

将 Global Mapper创建的网格输出为“*.dxf”文件，使用CAD软件对该“*.dxf”文件进行适当调整，然后导入“水上自由行”软件中即可用于抛填船水上定位。

将方量计算结果导出为“*.csv”文件，使用excel软件对该“*.csv”文件进行编辑，形成一个和抛填网格完全对应的抛填表格。抛填表格中每个单元格对应一个抛填单元，每个单元格中为将方量进行换算得出的抛填个数。

2.4 抛填和测量

将“*.dxf”格式的抛填网格图导入“水上工程-自由行”软件中，施工人员通过船舶和抛填网格显示的实时位置关系，调整四个定位锚机，使抛填船的导向架对齐抛填网格图的对应位置；调整抛填导向架，使其底端尽量靠近坡面；沙船将疏浚沙运至抛填船侧，挖掘机卸沙至抛填船；人工进行编织袋砂料装填，铁丝绑扎封口；人工将编织袋推进抛填导向架，下落入水；完成抛填表格在该位置的指定数量后，通过四个锚机，移动船位至下一抛填位置，重复上述步骤。

单个分区抛填完成后，使用多波束进行水下测量，将多波束数据导入到Global Mapper中分析坡面抛填效果，重复算量和制表过程，再次抛填进行坡面修整。施工过程中应频繁进行局部多波束测量，监测水下情况，发现问题及时处理，保证坡面质量。

2.5 抛填效果分析

抛填结束后，使用多波束对整个水下边坡填补区域进行测量，将测量数据导入到 Global Mapper软件中分析抛填效果。由抛填后坡面三维地形图可知，水下坑体已近完成了填补，形成了设计坡面要求的形状；由抛填后坡面与设计面对比断面（图6）可知，抛填后的水下边坡断面线几乎与设计坡面断面线重合，抛填后的水下边坡良好满足设计要求。

图6 抛填后坡面与设计面对比断面示意

3 结 语

河道整治项目使用文中水下边坡填补的施工方法，完成了由于滑坡导致的水下边坡坑体填补，除此之外，该方法还被项目运用于疏浚超挖区域和水流冲刷区域的边坡填补，表现效果良好。由于该方法使用了项目自有的带有导向架的抛填船、更为低廉的编制袋、疏浚施工排放的疏浚沙和当地丰富的人力资源，所以大幅度降低了水下边坡的填补成本；又因为该方法的抛填定位精度高、抛填落点精确、抛填数量控制准确等特点，能够一次性形成满足设计要求的坡面，不会出现超高区域，避免了挖泥船返工进行修坡，节省了工期。