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砂被筑坝对汊道封堵工程的影响范文

时间:2022-01-25 09:21:03

砂被筑坝对汊道封堵工程的影响

《人民长江杂志》2015年第S1期

摘要:

抛投中小型土工织物充砂体一般用于修筑潜坝或填槽,在长江大型汊道封堵工程中的运用比较少见。大型汊道水流流速快、填筑工程量大,使坝体成型控制难度大、施工效率低,应在工程中不断优化和改进施工设计及工艺。通过加大土工织物袋体尺寸,采用边充砂边沉放的方法连续施工,形成了成熟的砂被筑坝技术。实践证明,该技术的施工机械化程度高、程序简单、施工高效、坝体成型易于控制,且运用该施工技术修筑而成的汊道封堵坝能起到预期的工程效果。

关键词:

汊道封堵;砂被;充砂;连续沉放;施工技术

土工织物砂袋作为一种新型结构形式,在长江河道整治工程、航道治理工程及围堤吹填工程中应用比较广泛。长江河道整治工程中,部分堵汊、潜坝工程中的坝体由以往的沉梢坝、堆石坝逐步发展为砂枕坝、砂袋坝,如长江镇扬河段和畅洲汊道左汊口门控制的潜坝工程。在航道治理工程及围堤吹填工程中,也有应用砂袋成堤的实例,如长江口深水航道治理工程、羊山深水港区一期北围堤工程及太仓港围堤吹填工程。长江镇扬河段和畅洲汊道左汊口门控制的潜坝工程、羊山深水港区一期北围堤工程及太仓港围堤吹填工程中砂袋一般宽1.2~1.5m,长8.0~15.0m,采用有动力或无动力船机设备进行抛投。因砂袋入水下落过程中,受不同入水姿态及水流冲击力等因素的影响,落点位置有较大的随机性,运动轨迹紊乱[1],因此落点控制难度较大。若在流速较大的汊道中采用抛投中小型砂袋填筑大型封堵坝,则工作效率低、坝体成型控制难度大。长江口深水航道治理工程采用了大体积复合砂袋施工工艺,但工程位置水文特性与长江南京段新生洲新济洲汊道有所不同。

1工程概况

长江南京新济洲河段(见图1)位于长江江苏河段进口段,全长25.0km,河段内分布有新生洲、新济洲、新潜洲、子母洲和新洲,为多洲多分汊型河道。新生洲与新济洲上、下顺列,两洲间夹有一条长约2km,宽约230m的中汊。中汊一度淤浅萎缩,现又呈发展趋势[2]。1959年,中汊口门开阔,加上新济洲洲头分水鱼嘴有较强的导流作用,导入了新生洲左汊一部分水流。1959~1985年,新济洲洲头分水鱼嘴冲失,新生洲、新济洲总体均处于向下运动过程中,即呈头部后退、尾部下延的趋势。由于新生洲洲尾下移速度较大,中汊逐渐衰退,中汊中部一度又形成了还魂洲(该洲于1980年并入新生洲),1985年,中汊断流,新生洲、新济洲合为一体。20世纪90年代以后,新生洲左汊由于分流减少,口门形成心滩并不断下移。1998年,新洲下移至中汊口门,水流对中汊口门造成挤压,导致口门上下游岸线崩退,口门扩大,中汊进流条件改善。同时,随着左汊分流减少,河道淤浅、萎缩,1998年大洪水后,左、右汊河床高差达6m以上,左汊河道阻力的增加壅高了左汊水位,导致左右汊之间水位产生横比降。由于以上因素的综合作用,近年中汊呈发展趋势:1998年中汊0m槽贯通;2001年中汊-5m槽贯通;2007年中汊-7m槽贯通,其内最深点高程达-16.1m;2008年8月,中汊分流比达3.45%,新济洲河段有形成多汊分流的迹象。根据2008~2013年河道演变分析成果,中汊0m、-2m、-5m等高线以下河道容积分别扩大了26%,45%和105%,发展趋势非常明显。

2河道存在的问题及中汊封堵的必要性

历史上,中汊分流比曾接近20%,这一时期,口门宽约2km。目前,中汊口门以下的新济洲左缘水下岸坡坡脚大幅刷深,岸坡向陡峻方向发展,一旦岸坡失稳,中汊将口门大开,分流比大幅增加。由于中汊出流直指右岸牧龙河一带,该股水流将对牧龙河以下的岸线将造成强大的冲击,再加上牧龙河以下的右岸岸线未实施护岸工程,岸坡在水流的冲刷下有可能发生崩岸险情,将严重威胁到防洪安全。同时,中汊水流汇入右汊后,七坝段的顶冲压力也将大大增加。近年来,七坝下段(原二期工程护岸终点上游约1.7km)护岸工程发生大面积损毁,水下岸坡坡脚最大刷深超过10m。七坝作为控制下游下三山以下河段的重要节点,一旦对河势的控制作用减弱,下游河段的河势稳定性将难以保证,因此有必要对中汊进行封堵。

3工程设计

中汊封堵工程(见图2)设计采用土工织物填砂体筑坝,坝顶高程(1985高程)为8.0m,坝身边坡为1∶3,坝身在2.5m高程处设4.0m宽二级平台。二级平台以上边坡及坝顶防护采用格宾石笼,二级平台以下及坡脚采用抛石防护。

3.1填筑材料填筑材料为江砂,砂源位于中汊口门外新洲右缘。

3.2砂被材质砂被由聚丙烯编织布制作而成,编织布等效孔径需满足保砂透水要求[3]。根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》,对有动力作用和往复水流的情况,不论保护何种土类。

3.3砂被结构尺寸土工织物填砂体尺寸大小与施工工艺及运行期坝体所需强度相关。原设计采用不同规格尺寸的中小型砂袋,通过U型支架抛投入水着床筑坝。综合考虑坝体抗滑稳定要求、成型控制、施工强度及施工效率等因素,遂采用大型砂被,边充砂边沉放筑坝。砂被(见图3)长60.0~80.0m,宽25.0m。每条砂被沿宽度方向缝制4~6个直径为30.0cm、长50.0cm的袖口,袖口排距5.0m,作为江砂的充填口。砂被纵横方向一定间距内,均缝制加强筋,保证施工和运行期强度。

4砂被充填施工

4.1施工条件

4.1.1水文条件工程施工期处于枯水季节,可作业最大水深17m左右,最大流速1.5m/s。

4.1.2主要施工设备工程投入的主要施工设备包括:砂被铺设船1艘、采砂船1艘、吹砂船21艘、运输船1艘以及交通船1艘。

4.2施工方法及步骤施工采用“定位平铺充填”工艺,即将成型的空砂被充分展开,卷于铺设船滚筒之上,施工船定位后,将砂被首部展开,平置于铺设船前方的滑板上,经袖口逐排充砂排水,下放滑板,砂被首部凭自重下沉铺放。随后逐排充填砂、逐步后移船位、逐渐铺放、逐渐放松卷筒。施工流程及方法分别如图4,5所示。

4.3施工要点

4.3.1铺设船定位及漂距确定砂被入水后,受水流流速、滚铺方向、砂被大小、施工区水深、船只定位条件等因素影响,砂被入水点至着床点之间存在水平距离,称为漂距。此漂距作为施工定位的提前量,需在施工现场试验确定。经试验测定,该工程铺设船定位提前量为5m。

4.3.2铺设船定位将GPS定位仪固定于铺设船上,依据漂距值和拟作业分区位置坐标,利用特定软件显示动态偏位,进行快速测定放样。施工过程中可在陆上设置标杆,以作定位参照。施工铺设船依靠其装备的6个定位锚,参照GPS偏位值和岸上定位标杆实施移位、定位。

4.3.3砂被首部入水着床和尾部铺放砂被首部先在平置的滑板上充填江砂,随滑板倾斜和砂被自重缓慢入水,通过随后的逐排充填,卷筒放松,使排首逐渐落床固定。砂被尾部铺沉则是在卷筒上预设一定长度的排体,其端部与砂被尾部活扣相连。待砂被尾部铺放着床后,解开活扣,收回预设的排体,即完成施工。砂被迎水侧的位置漂移控制是砂被铺放过程中的重要环节。施工过程中采取了两种措施,以避免砂被首部迎水侧受水顶冲漂移位或破坏。一是砂被首部下水时,将砂被首部上游设置预拉绳索,进行预拉定位;二是在砂被首部增加压载,如加系砂肋袋负重等。

4.3.4铺设船移位的均衡控制滚铺施工时需要多项操作分步进行,充填砂、放卷筒、移船位等,操作协调控制非常关键。因操作和控制不当,极易造成砂被撕裂,滚铺施工失败。需实时测量定位,同时应挑选经验丰富、技术熟练的人员专司船机设备操作。

4.3.5砂被袖口的设置与处理该工程砂被结构尺寸大,采取分步充填、分步滚铺工艺,通过多次试验施工,逐步确定了袖口在砂被上的纵横间距。施工过程中,应在每排袖口充填完成后即行扎紧,但充砂结束后立即绑扎袖口,不利于砂被内的水体及时排出。遂进行不绑扎袖口的尝试,同时适当减小袖口直径,提高了施工效率。

5工程效果

5.1坝体成型符合设计要求中汊封堵工程坝体填筑于2015年2月完成。经过一段时间沉降后,2015年6月对坝体高程进行复测,结果显示坝顶平均高程8.81m,符合设计要求。

5.2整治效果初显中汊封堵后,新济洲河段转化为稳定的双分汊河道。中汊封堵后相关模型试验结果表明:接滩流量条件下(Q=40900m3/s),中汊封堵前新济洲左汊分流比为36.4%,中汊封堵后分流比为38.29%,增幅为1.95%,因此,新济洲左汊分流比因中汊封堵而增加[3]。新生洲左汊部分水流因中汊封堵后未汇入新济洲右汊,右岸牧龙河以下的岸线受水流的冲击减轻,防洪得到保障。同时,七坝段的顶冲压力相应减小。

6结语

砂被连续筑坝技术,融合了软体沉排、砂袋护岸的优点,克服了离散大、定位难、施工效率低、一次性填筑量大等难点。同时,该技术具有结构简单、取材方便、施工快捷、环境友好、造价低廉的优势,为堵汊及水下筑坝等类似河道整治工程积累了经验。

参考文献:

[1]应强,张幸农,张思和,等.砂袋护坡试验研究[C]∥第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(中).北京:海洋出版社,2011.

[2]仲志余,张子龙.长江南京新济洲河段河道整治工程初步设计报告(审定稿)[R].武汉:长江勘测规划设计研究有限责任公司.南京:南京市水利规划设计院有限责任公司,2013.

[3]朱立俊,王建中.长江南京新济洲河段河道整治工程物理模型试验研究报告[R].南京:南京水利科学研究院,2015.

作者:陈辉 李铭华 陈磊 李涛章 郑佐永 单位:南京市长江河道管理处

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