铰链混凝土沉排在长江河道整治工程中的应用

陈惠春

湖北大禹建设股份有限公司，湖北 武汉 430061

1 工程概况

就目前来看，长江大部分河段河势较为稳定，但部分地区依然存在较大变化。铜井河口段工程建设期间由于管控力度不足，在长期运营与洪水侵扰下，下部整治工程出现了较严重的破损问题与迎流顶部存在崩塌情况。因此河道整治工程的开展需要稳定当前河段河势，消除工程危险隐患问题，保障周边地区安全。

2 设计长江河道整治工程

2.1 工程布置

铜井河口护岸工程项目包括铰链排护岸、拋石以及预制块护坡，总长度长达4595m。其中，铰链排护岸长达3993.3m。具体的铰链混凝土沉排护岸结构布置见图1。

图1 单块排体及工程剖面图

铰链混凝土沉排工程主要是以系排梁为界，由水下护坎和水下护脚两大部分组成。借助系排梁结构，可以提升水上护坎的稳定性，使水下排体结构更加牢固。同时，铰链排体在实际施工期间主要由混凝土物质块与U形环连接，下部覆盖土工布，具备更加有效的反滤以及抗冲击能力，铰链混凝土板可以增强工程整体重量，延长工程全寿命周期。

2.2 结构设计

（1）合理设置混凝土板尺寸。预制混凝土的过程中，可以选择长80cm、宽50cm、厚8cm的混凝土板，且混凝土板的重量应为100kg，浮重60kg。（2）验算混凝土配筋及标号。通常情况下，长江河道治理工程中的排体结构主要为C10混凝土材料，但为切实保障混凝土排体施工期间的安全性，需将混凝土标号控制为C20。要求混凝土受力筋应以纵横方向布置。依照混凝土板体受力特征，合理设置沉排结构，并将其设置为1根[1]。通过细致分析以往施工案例可知，95.9m长的铰链混凝土沉排结构需要划分成8个施工单元，11.9m长的单元排体结构一共有7块；剩余排体单元长度为12.6m。（3）设计铰链混凝土排体连接结构。在铰链混凝土沉排连接过程中，使用U形接环方式，选用合理的连接钢筋规格以及螺栓规格。

2.3 系排梁设计

系排梁结构设计期间应明确该结构在长江河道治理工程中发挥的作用。系排梁主要用于稳定整个排体结构，其断面尺寸应符合预期设计要求，使断面宽度保持在3m左右。系排梁结构混凝土应为C15规格，在施工现场现浇制成。

2.4 水位变幅区工程设计

为确保铰链混凝土排体结构可以在长江治理工程中发挥出应有的作用，还应细致分析该施工区域水位变幅情况，确保水位变幅区域的岸坡不会受到雨水冲刷。在该区域设计过程中，应在河床上铺设一层无纺布，在无纺布上再铺设一层碎石，防止无纺布结构在外界环境的因素下出现过早腐蚀情况[2]。要求上下排体结构需要统一沉入水内，使铰链混凝土沉排结构更加整体。

2.5 沉排区上下游侧防护

将铰链混凝土沉排结构应用在长江河道治理工程中时，还需保障沉排结构的上下游护岸线不会受到较大冲击影响。对护岸坡进行裹护处理，要求裹护结构长度应为20m，水下平均抛厚应为1m。为切实保障水上作业的安全性，铰链混凝土沉排施工需要与当地航管部门密切合作，制订出有效的安全作业方案。

3 长江河道整治工程施工

3.1 施工技术

结合工程实际施工要求，选择水上连续水平拉排施工技术。相较于其他施工技术，水上连续水平拉排的效率更高，施工可控性强，而且劳动强度也较小，施工程序也更为流畅[3]。

3.2 水下沉排

每块排都由U形板连接组成，其中排顶高程为2.7m，排体宽度为22m，排体长度应设置在68.6～95.9m。相邻排体结构的长度应保证在2m以下，因而需要将上游排的下游边搭载相邻的下游排的上游边以上。其施工流程见图2。

图2 沉排施工工艺流程图

（1）拼排。按照不同的拼运排船宽度来确定标准单元排体的长度。首先可以在其中铺设特定的滑道，然后拼装排体。每个船都需要根据具体分层拼装不同数的单元排体，而且预制混凝土也必须与滑道对称，在此期间可以在两端各放置2～3排的预制混凝土，并使其紧凑在一起予以拼桩，从而方便后续的拉、沉排操作。（2）拉排。针对拼排船配载情况，首先，可以对单元排体的高度予以调整，从而将拉排梁和排首连接在一起。其次，将排首梁、排首以及排卷扬机钢丝连接在一起，矫正船体位置后才可进行拉排处理。排体结构也应沿工作船上滑道方向滑动。在上层单元如果排体尾端落在工作台上方，那么就需要连接好上层单元排体尾端和下层单元排体首端，之后再进行拉排。但是如果是排首梁和岸上地锚滑车相组合的情况，就需要首先倒拉排首，将排首倒拉到系排梁位置处，连接好U形环和系排梁预留环。（3）沉排止排。排首上工作完成后，后续施工工序才可相继开展。严格遵照次序、轮换以及循环向前拉动排体的方式，启动锚机，确保沉排工作能够与平台船同步平行运行，并且沿圆弧滑板方向缓慢下降。在下降时，相关工作人员需要保证其排体的张力，注重控制下沉排体的垂直角度，确保其位置始终处于设计规范要求。在排体下沉的过程中，还需要注重检测河床处排体位置、水深、长度等数值，注重纠正位置偏差情况，使后期沉排搭接工作更加精准。在水高度达到一定限值的情况下，排体重量与平台摩擦力最为接近，相关工作人员需要提前扣好止排梁，从而避免排体突滑落水。（4）排尾下沉。在最后一单元排体拉到沉排工作台后，需要采用特制扣将排尾梁、排尾以及排卷扬机的钢丝连接在一起。严格遵照成排工作流程，开展后续承台作业，使排尾能够最终落到河床底部。随后平台特制扣插销被抽调回，取出排尾梁，使排体沉放工作彻底完成。

4 沉排试验及运行效果

4.1 沉排试验研究

通过细致分析施工区岸坡、流速以及分布等实际情况，发现这些情况可对工程施工质量造成不同程度的影响，因此也就需要相关人员在施工前编制试验大纲，并对相关技术数据予以确定，以便及时复核处理不同的施工数据，并进行总结。与此同时，在其满足要求的前提下，施工单位也要根据已发布的施工规范制订出适宜的沉排施工技术方案，确保其实际施工水平符合设计标准。例如，牵引梁技术4套，需要分别用在倒拉排首、拉排、止排、排位下沉4个部分，并在此期间也要适当地使用缆绳和转向装置。

4.2 沉排运行效果

借助成排试验结果，发现铜井河口段沉排护岸工作切实提升了河床的稳定性，增强了护岸结构的各项力学性，且在近期不需要加以维护，不仅具有经济效益还具有良好的社会效益。

5 经验与建议

（1）铜井河口段沉排工程建设花费的资金较高，在长期运营情况下，产生了效果理想的社会效益以及经济效益。铰链混凝土沉排作为一项新型技术，可以被广泛地应用于具体的工程项目工作中。（2）运用铰链混凝土沉排施工技术，可以切实提升排体结构的整体性，更加适用于河床不稳定地带，应用优势极为突出。同时，该施工结构也适用于水流复杂、工程长期处于顶冲状态、地质环境条件较差等的工程中，能切实提高河道整治工程的施工质量与效率。（3）经过输沙以及水流的试验可以发现，应用铰链混凝土沉排工艺虽然收集的沙量比传统的工作增加了5.6%，但是河底流速不但没有发生变化，对流场也没有较多的影响。而且经过多年的运行可以发现，铰链混凝土沉排护岸工程具有非常良好的优越性。