混凝土铰链排无岸锚沉放工艺与应用研究

李铭华，陆 凤，汪佛海，武雁刚，张友才

(南京市长江河道管理处，南京 210011)

混凝土铰链排护岸可以追溯到20世纪20年代美国密西西比河下游河段河道整治中的钢链串联的柔性混凝土块沉排，沉排工艺为桁架式吊车分条平移排体工艺。20世纪80年代，我国在长江武汉河段天兴洲护岸工程中首次应用铰链混凝土板-聚酯纤维织布沉排，沉排工艺为旋转式起重船分单元垂直吊排工艺。21世纪初期，在长江重要堤防湖北黄冈干堤吕杨林段护岸工程中，李涛章[1]等提出和实施了水上连续水平拉排工艺，该工艺具备调遣机动性强、施工速度快等优点，但因当时条件所限，使用的临时改装沉排船综合性应用、自动控制等均需改善。直到2004年3月，南京市水利建筑工程总公司组织设计和制造了混凝土铰链排专用沉排船。长江南京二期整治工程中，建设者们利用该专用沉排船在长江南京铜井段高效地实施了水上连续水平拉排工艺，克服了此前临时沉排工作船的缺点，一体化程度大大提高[2-5]。

长江南京新济洲河段河道整治工程是继二期整治工程后的又一次系统整治工程，工程于2013年开始实施，其中新生洲右缘采用混凝土铰链沉排护岸形式，护岸工程总长2.784 km，水上采用干砌块石或雷诺石垫护坡，水下采用混凝土铰链排护脚[6]。该工程实施过程中，工程建设者因地制宜，在原水上连续水平拉排工艺基础上，提出和实施了混凝土铰链排无岸锚沉放工艺。

无岸锚沉放工艺与原水上连续水平拉排工艺(有岸锚沉排)相比，主要区别在排首上岸环节。有岸锚沉排需要陆上具有设置岸锚的条件，无岸锚沉排则不需要；有岸锚沉排需要在陆上安排人员和机械，通过陆上、船上双方人员和机械的配合，实现排首倒拉上岸，而无岸锚沉排中陆上不需要安排人员和机械，仅在沉排船上即可完成排首倒拉上岸的所有操作。

1 工程设计

长江南京新济洲河段河道整治工程新生洲右缘沉排护岸工程结构布置如图1，主要由系排梁、铰链排和陆上护坡组成。

1.1 系排梁设计

系排梁采用C15混凝土现浇而成，梁内布置横向拉力钢筋及纵向构造钢筋，并预留挂排拉环。系排梁断面尺寸宽3.0 m，临水侧高0.7 m，背水侧高1.0 m，下设15 cm厚碎石垫层。

图1 铰链排结构布置图Fig.1 Structure chart & Layout of the interlocking concrete blocks

1.2 铰链排体设计

铰链排体由混凝土板与排底土工布组成，预制混凝土板时外留受力钢筋环，通过“U”型环连接。混凝土板尺寸为0.8 m(长)×0.5 m(宽)×0.08 m(厚)，板内受力钢筋按照纵横向布置。横向布置2根φ12受力钢筋，纵向布置1根φ10受力钢筋。“U” 型环由φ12钢筋制作而成，采用螺栓固定连接。排体设计总长度2.648 km，单元排体顺水流宽度61.6～75.6 m，采用“盖瓦”式搭接，搭接宽度2 m。水位以上采用陆铺法铺排，水下采用沉排船沉放。

水位变幅区(排首至多年平均低水位)的岸坡区域河床上首先铺一层170 g/m2的聚酯纤维织布，同时为防止聚酯纤维织布受紫外线照射老化，在其上铺一层0.1 m厚的碎石，再铺厚度为0.2 m的小块石，最后压上排体。水位变幅区以下排体与170 g/m2的聚酯纤维织布一起沉放入水。

2 原水上平拉连续沉排工艺及适用条件

2.1 原水上平拉连续沉排工艺

混凝土铰链排施工主要工序为：浇筑系排梁-预制拼装混凝土板-铺放陆铺排-沉放水下排体。长江南京段目前采用的水下平拉连续沉放工艺改变了传统垂直吊排、拼排、沉排的施工工艺，实现了连续性水平拉排、连排、沉排。原水下铰链排沉放工艺流程如图2所示。

图2 原水下铰链排沉放工艺流程图Fig.2 Flow chart of the original technique of sinking the interlocking concrete blocks

2.2 原水上平拉连续沉排工艺适用条件

根据已有工程经验，混凝土铰链排施工中的倒拉排首上岸工序占用时间较长，为关键工序。其排首上岸方式为：如图3(a)所示，连接排首梁的钢丝绳17穿过地锚定滑轮18，经导向轮3与沉排船上的绞关4相连。地锚定滑轮18通过地锚钢丝绳12与岸上地笼11相连。绞关转动收紧钢丝绳后拉动排首梁向岸边移动，最终与陆铺排(或系排梁)相连。这种排首上岸方式的前提是背水侧堤岸能够具备设置地笼的条件。

3 无岸锚沉放装置和工艺

3.1 无岸锚沉放装置

未经改造前的沉排船如图3所示，改造后的沉排船如图4所示。

1-运排船；2-沉排船；3-导向轮；4-绞关；5-立柱；6-拉排梁；7-排首梁；8-混凝土铰链排；9-滑轮；10-钢架；11-地笼；12-地锚钢丝绳；13-斜撑；14-拉绳；15-岸坡；16-陆铺排；17-拉排梁钢丝绳；18-地锚定滑轮 图3 原沉排船示意图Fig.3 Sketch map of the shop unimproved

1-运排船；2-沉排船；3-导向轮；4-绞关；5-立柱；6-拉排梁；7-排首梁；8-混凝土铰链排；9-拉排梁滑轮；10-行车；11-钢丝绳；12-钢架(旧 )；13-排首梁滑轮；14-拉排梁钢丝绳；15-钢架(新)；16-斜撑；17-拉绳；18-岸坡；19-陆铺排图4 改造后沉排船示意图Fig.4 Sketch map of the shop improved

较改造前增设了以下装置：排首梁滑轮13[如图4(a)]；在原沉排船钢架10[如图3(a)]上增设的钢架15[如图4(a)]；行车10[如图4(b)]。

新的排首上岸方式为：如图4(a)所示，连接排首梁的钢丝绳穿过滑轮13，经导向轮3与沉排船上的绞关4相连，绞关转动收紧钢丝绳后拉动排首梁向岸边移动，最终与陆铺排(或系排梁)相连。

行车10的作用：吊运拉排梁、无纺布等其他重物。

3.2 无岸锚沉放工艺

改进后的无岸锚沉放工艺未改变原水下平拉连续沉放施工工艺的连续性水平拉排、连排、沉排的思路，在解决不利施工条件的同时，也对关键工序进行了创新，缩短了关键工期。无岸锚地笼沉排铺放工艺流程如图5所示。

图5 无岸锚沉放工艺流程图Fig.5 Flow chart of sinking the interlocking concrete blocks without riverfront anchor

4 实施效果分析

长江南京新济洲河段河道整治工程实施无岸锚沉放工艺，经完工后水下多波速扫测，水下排体总体平整，沉放位置准确，排体搭接满足设计要求。与原水上连续水平拉排工艺相比，混凝土铰链排无岸锚沉放工艺具有以下优点：

(1)实现了无岸锚条件下排首上岸的目的，消除了对岸锚的依赖，减少了埋设地笼和搬移拉梁过程中人工、材料、机械等消耗，节省费用。

(2)直接在沉排船上进行排首上岸操作，大大缩短了排首上岸时间，加快施工进度。原水上连续水平拉排工艺中，一般排首6～15 m为排首上岸段，上岸时间相对固定，一般在40～60 min，占整块排所有沉放时间的36%，采用无岸锚沉放工艺后，因不再需要在岸上设置地笼等，减少了工作内容，因此排首上岸时间得到缩减。日沉排由原有的3 000 m2增加到4 600 m2左右。

(3)不设置岸锚后，大部分操作都能在沉排船上完成，基本上不需要机械等在岸上配合，因而减轻了对工程区域陆上环境的干扰。

随着城市堤防防洪能力的不断提升，部分城区堤防也相继进行护岸加固，因混凝土铰链排具有护岸整体性好、抗淘刷能力强等特点，相信其在城区堤防护岸加固的应用也会越来越广泛，与此同时，施工与环境、土地的矛盾也日益突出，因此城区堤防处实施混凝土铰链排护岸时，无岸锚沉放工艺将较为适用。

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[1] 李涛章，叶 松，廖小元．铰链混凝土板沉排新技术与施工实践[J]．人民长江，2002，33(8)：26-29．

[2] 张文喜，梁 捷，邵德朋．混凝土连锁排护底在滩浅海蚀退地基中的应用 [J]．水利技术与管理， 2012，12(12)：34-37．

[3] 李 耀，汪 浩．铰链排施工在长江龙王庙险段的应用[J]．岩土工程界，2002，12(6)：53-54．

[4] 李 琳，杨 斌．铰链排平拉法沉排施工 [J]．施工技术，2007,(S2)．

[5] 何沛山．混凝土铰链排沉排技术在南汀河河堤维护中的应用[J]．水利技术监督，2015，6(6)：81-84．

[6] 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，南京市水利规划设计院有限责任公司，2013．