水下抛石处理技术在秦淮新河闸加固工程中的应用

(江苏省秦淮河水利工程管理处,江苏 南京 210022)

水下抛石法是修复加固引河、护坡和护脚的常用方法之一，具有点多、面广、施工强度高、组织协调工作量大等特点，是典型的隐蔽工程施工方法[1]。该方法不太复杂，但工程量大，施工时段仅限于枯水季节，工期紧，在河床水流动态、水下情况复杂等条件下，有效控制施工质量至关重要。本文以秦淮新河闸下游引河及护坡修复工程施工为例，就水下抛石技术在水闸修复加固施工中的工艺和质量控制措施进行了探讨。

1 工程概况

秦淮新河水利枢纽工程位于南京市雨花台区秦淮新河入江口处，由节制闸和抽水站组成，采用闸、站结合的布置形式，是秦淮河流域的主要控制工程之一，具有防洪、排涝、灌溉、排污、冲污、航运等多种功能。秦淮新河闸建成于1980年，共12孔，每孔净宽6m，闸身总宽87.2m，底板面高程0.0m。闸门分上下扉，联动启闭，上扉门为钢筋混凝土梁板结构直升门，下扉门为钢闸门，用12台2×10t弧门卷扬式启闭机启闭。闸上游设有混凝土及块石护坦、防冲槽，共长40m。下游消力池长17m，设有混凝土、块石护坦、防冲槽，共长40m。

2 加固处理缘由

秦淮新河闸始建于20世纪80年代，设计流量为800m3/s，校核流量1100m3/s，多年来在设计泄洪流量范围内运行正常。2016年汛期，秦淮新河自6月22日起至8月5日持续高水位时间长达44天。特别是7月1—7日连续性暴雨，暴雨总量大、强度高，雨势集中，仅7月1—7日东山站监测雨量就达395mm，占常年年降雨量的35%以上。7月7日，秦淮新河闸上游水位达到10.48m，超历史最高水位(1998年6月29日10.31m)0.17m，超100年一遇设计水位(11.41m)0.07m，开闸排涝44天，最大实测流量916m3/s(超设计流量800m3/s)，共泄洪13.7亿m3。

水闸下游布置尾槛式消力池，槛高1.0m，消力池后设有海漫及防冲槽，海漫总长为40m(见图1)。汛后检查发现，秦淮新河闸在2016年汛期开闸排涝过程中对下游引河河床及右岸护坡有较大程度的冲刷，造成海漫末端干砌块石护底及防冲槽损坏，引河河床局部出现深坑(见图2)，干砌块石护底损坏面积约200m2，引河河床冲刷面积约1800m2，右岸护坡冲刷面积约2500m2。下游引河及右岸护坡的水毁对水闸安全运行存在不利的影响，为消除安全隐患，保证今后防洪排涝时建筑物的安全，防止冲刷范围进一步扩大，对下游引河及右岸护坡采取修复加固措施是必要的。

图1 秦淮新河闸消力池断面 (高程单位：m，尺寸单位:cm)

图2 秦淮新河闸消力池水毁部位示意图

3 处理方案的确定

针对闸下游引河及右岸护坡存在的问题，常见的处理方案有抛石、模袋混凝土、沉排等。由于冲坑底部形状不规则、深度不一致，若采用模袋混凝土或沉排，会因防冲体面积较大难以保证与底面形成有效接触，从而降低防冲效果，考虑到本次工程加固经费有限，且施工时间紧迫，经研究，对下游引河冲刷受损的部位采用抛石结合模袋砂土的修复方案，对下游护坡冲刷受损的部位采用抛石结合格宾石笼的修复方案，处理后能达到原设计功能，设计概算为316.39万元。

3.1 下游引河修复方案

针对闸下引河冲坑，采用模袋砂土填筑至高程-2.0m，然后在上部均匀抛石填至高程0.0m。具体详见图3。

3.2 下游护坡修复方案

针对闸下干砌块石护坦、抛石防冲槽破坏段，先均匀抛石填坑，再铺筑60cm厚碎石，找平，然后沉放60cm厚格宾石笼，石笼护底顺水流向长10m，垂直水流向长20m(见图4)。

针对闸下右岸河坡破坏段，先均匀抛石填坑，利用低潮期整理后，铺筑20cm厚碎石垫层，高程0.0～3.0m先铺设土工布，再沉放60cm厚格宾石笼；高程3.0～6.5m浇筑15cm厚C25混凝土护坡。格宾石笼和混凝土护坡之间用40cm×60cm混凝土格埂分开。

4 具体施工工艺

4.1 施工流程

下游引河修复：施工准备→漂移距测定及抛投网格划分→定位船定位→抛模袋砂土→断面测量→抛石→断面测量→移至下一断面抛投→竣工测量。

图3 下游引河修复方案示意图 (高程单位：m，尺寸单位:cm)

图4 下游护坡修复方案示意图 (高程单位：m，尺寸单位:cm)

下游护坡修复：施工准备→漂移距测定及抛投网格划分→定位船定位→抛石→断面测量→块石整理→沉放格宾石笼→浇筑混凝土护坡。

4.2 施工准备

a.建立控制网。复测校核甲方提供的测量控制点，校核无误后建立施工控制网。平面控制和高程控制的成果形成资料，建立与设计阶段坐标系统相一致的施工期坐标系统，经监理批准后作为施工控制依据。

b.水下测量。对抛石施工区进行开工前水下地形测量，测图比例为1∶1000，局部地形根据施工需要加密；施工前进行水下断面测量，断面间距40m，比例为1∶200，测量成果经监理批准后作为原始地形测量资料和核算工程量的计算依据。

c.技术交底。施工前组织施工人员学习有关设计文件，明确各施工班组的任务及工序要求，严格按照设计和规范要求进行施工。

4.3 抛石施工

a.划分抛投网格。根据工程的实际工况和投入施工中运石船的船型规格，将施工区域划分为20m(顺水流方向)×15m(垂直水流方向)的标准网格，每个网格再分成10个宽1.5m条形区格，5个船位进行抛投，每个船位依次错开1.5m(见图5)，每一个标准网格分5次抛完。

图5 区格划分示意图

b.漂距测定。每次抛投前，分别选择40kg、60kg、100kg块石各一块并注上标记进行漂距测定，选择不同水深和流速的区域进行试验，根据现场测得的水深、流速，通过公式计算出漂距，并结合现场实测漂距反复校正。

c.定位船定位。在定位船和岸上配置GPS设备并配备专用软件，抛投前根据测定的漂距及网格位置，在电脑中预先输入定位船下舷的理论位置(目标位置)，按GPS显示的定位船实时位置，使定位船下舷不断靠近目的位置，直至完全重合。如偏移超过50cm，应根据定位船显示的实时位置及时进行校正，确保定位准确。

d.按照先上游后下游、先深泓后浅滩的原则进行抛投，防止漏抛、重抛和区域外抛投。抛投作业时，块石抛出船舷覆盖河床的距离按1.5m计算，每小格完成后，运石船向岸边侧移1.5m，确保均匀性。同一断面一次抛完后，经断面测量合格后方可移至下一断面施工。

e.抛投完成后，进行竣工水下地形测量，确保施工完成后工程恢复原貌，满足设计和规范要求。

5 施工质量控制要点

5.1 抛投材料质量控制

块石要求石质坚硬，无裂缝，遇水不易破碎或水解，湿抗压强度大于50MPa，软化系数大于0.7，粒径控制在0.15～0.40m，相应重量为1～126kg；宾格石笼为宾格网箱结构，宾格网要求长4m、宽1m、高1m，网面抗拉强度50kN/m，钢丝的抗张强度为350～550N/mm2。块石、沙袋等原材料进场前需进行取样送检，检测合格后方可使用于本工程；宾格网必须有质量证书及出厂合格证。必须在指定地点取沙，确保沙的质量满足设计要求且沙袋内不能有杂物。正式施工前，需检验块石的物理力学指标及格宾石笼基础土质、基坑尺寸、高程、位置是否符合设计和规范要求，经监理工程师同意后方可使用。

5.2 抛投位置准确性控制

由于块石落水后至河床的落距受多重因素影响，难以用公式进行准确计算。为确保抛投位置的准确性，正式施工前，需进行石料抛投试验，根据试验结果确定漂距，形成试验报告，监理批准认可后方可正式施工。在施工过程中，利用GPS精确定位运石船，严格按批准的漂距进行抛投，并定期进行水下地形测量，对抛前、抛后及设计抛石坡度线套绘进行对比，分析实施效果，根据实施情况及时调整漂距，进一步提高抛投位置的精准性。

5.3 抛投数量控制

块石抛投数量控制是水下抛石质量控制的关键。为保证抛投方量的准确性，每一次抛投前，需仔细核对船名、船号及收方方量并记录存档；抛投过程中，检查堆料是否有恶意码空现象，随机抽船过磅，并根据抽磅结果调整量方的折减系数，消除虚方量，达到有效控制验方数量的目的。每天抛投结束后，详细测量并记录抛投截止部位、范围、抛投工程量及已抛高程等数据，以便确定下次抛投前的位置和数量。抛投结束后，及时进行抛后测量，分析单层的位置、宽度及增厚是否满足设计要求，如有欠缺，分析原因并及时补抛，确保质量满足设计要求。

6 结 语

秦淮新河闸下游引河及护坡用水下抛石措施进行修复，通过在施工过程中加强质量管理，严格控制水下抛石施工工艺参数，较好地解决了引河及护坡水毁问题。工程完成后，经测量观测，工程已恢复原貌，工程运行正常。该措施的成功应用，保证了闸体工程的正常运用[2]，可为今后类似工程提供借鉴。