航道整治护岸工程砂枕护脚施工问题探讨

张君波 余山 长江重庆航道工程局

砂枕抛填作为较为成熟的施工工艺，在各类航道整治工程中应用广泛，过去多采用施工水位以上反滤层+抛石、水位以下抛石以及先沉排护底再在其上抛投砂枕镇脚的施工措施，以上处理方法对于受水流顶冲的陡峭河岸无法保证沉排护底施工质量，很难保证砂枕有效排布并与岸坡紧密衔接，引发护岸工程毁损的可能性极大。在常规沉排护底抛投砂枕基础上所出现的抛枕护脚施工工艺能较好解决这一技术难题，并在施工效率、原材料供应、经济效益等方面均具有显著优势。

1.工程概况

某航道整治工程建设规模为双向通航1000t级江/海轮、2艘1000t级内河顶推船队三级航道，水深4.0m，航道底宽80m，最小弯曲半径480m，通航保证率可达98%。根据钻探地勘资料，该航道所在区域主要为粉砂、淤泥及淤泥质黏土等较细沉积物，沿河流水平向由内向外以及沿河道垂直向由下至上泥沙颗粒整体呈由粗至细的变动趋势。该航道Y弯段主要为砂质河床，由于该弯段河道疏浚及切滩工程弃土距离远，弃土成本高，故决定使用排水、反滤功能较强的土工织物袋，并利用弃土作为主要填充材料加工成砂枕，用于填充加固护岸。砂枕护脚措施既能有效解决航道工程石料紧张的问题，又能充分利用开挖疏浚的泥砂废料，经济效益和社会效益十分显著。

2.施工方案设计

本航道整治工程采用直径1.2m，长度3.0m和5.0m两种砂枕，130g/m2丙纶编织布和宽30mm加筋带所构成的土工合成材料物理力学指标详见表1。加筋带拉伸负荷10000N，伸长率＜25%，单位质量至少30g/m。

表1 丙纶编织布物理力学指标

砂枕内主要充填混合少量中砂的细砂，且充填料特征粒径d85 在0.14mm以上，d15 在0.14mm以下，为便于砂枕成型和稳固，粒径在0.005mm以内的粘粒含量可超出10%。在砂枕充填过程中，为避免发生爆裂，必须将枕袋内压力严格控制在20～30kN/m2范围内，且按照枕袋实际容积的80%确定充填度，保证充填料填筑后干容重至少为14kN/m³。

本航道整治工程砂枕护岸断面示意图详见图1。

图1 砂枕护岸断面示意图

3.施工过程控制

3.1 抛枕船定位及位移

考虑到本航道整治护岸工程施工区域主要为近岸50m范围，结合港口工程常用的抛枕补坡施工方法，借助陆上导标配合拉测绳的方式进行抛枕位置定位与控制，即可满足施工质量及精度要求。

（1）纵向导标设置。在施工开始前，结合已知坐标点及护岸断面线进行护岸上平台边线测放，并以此为抛枕船与岸坡距离控制的基准线，抛枕船顺岸坡纵向移动的距离主要依据纵向导标控制，并按照10m间隔进行1对里程标测设。

（2）漂移距确定。通常通过两种方法结合的方式进行漂移距确定，一是抛投法，即选择一试验断面，根据水深条件选择相应长度的缆绳并垂直放置于枕架，将空枕袋置于枕架上冲枕，完成后收紧系好缆绳，另一头则绑扎在抛枕船上，通过GPS进行绳结位置定位；待将砂枕抛投入水后将缆绳收紧，并拉至与河底垂直后再进行GPS定位，并与抛投前位置进行对比后测算出漂移距。二是公式法，即按照下式确定漂移距：

式中：Ld—砂枕水平落距（m）；Vf—砂枕抛投施工段水流流速（m/s）；H—砂枕抛投施工段实际水深（m）；G—砂枕袋重量（kg）。通过该式便可计算出砂枕袋漂移距离，并结合工程实际，绘制砂枕抛投施工段水深、水流流速、漂移距离等关系曲线，以便为抛枕船船舶定位提供参考，并根据漂移距理论计算结果调整抛枕船位。

（3）定位控制。采用锚缆和轿车控制抛枕船横纵向位移，为确保抛枕船精确稳定定位，必须在船头和船尾抛交叉锚。抛枕船纵向定位过程中先以陆上导标为参照绞动4条锚缆，以便将船定位在施工段区域内；此后抛枕船横向定位时主要通过测绳进行距离控制，绞动锚缆定位至预定位置。为保证砂枕沉放位置的准确性，必须按设计要求调整和修正抛枕船定位，具体而言，应在抛枕船到达预定位置后打水测深，并测量水体表面实际水流流速，结合漂流距离相关统计资料进行船舶位置调整值的计算，并根据计算结果调整抛枕船定位位置。

（4）移位控制。完成抛枕船定位后便可开始砂枕护脚施工。结合施工方案，应从河心开始向岸边逐层抛填砂枕，完成1段抛填后再移至下一船位抛填施工。考虑到本航道整治护岸工程所使用砂枕尺寸，在完成1排砂枕抛填后抛枕船应向岸坡移动较小距离，为保证移位的准确性及移动速度，必须在抛枕船头和船尾分别安装1部绞车，并分别用2条尼龙绳连接在岸坡地牛上；在完成1排砂枕抛投后通过绞车锚缆绞动使抛枕船向岸坡移动，期间通过测绳进行位移控制。工程实践结果显示，本航道整治护岸工程所采用的抛枕船移位方法可靠准确，能满足砂枕护脚抛投施工精度要求。

3.2 砂枕充填

本航道整治护岸工程所使用砂枕规格小，泥浆泵压力控制是保证砂枕充填速度及质量的关键，若充填压力过大，则会增大砂料流失，无法保证充填均匀度，降低充填及施工质量；若充填压力过小，则不利于充填施工效率的提升。为有效解决充填压力和充填速率之间的矛盾，保证施工进度和质量，本工程采用配备独立阀装置的三叉分头分别进行砂枕袋轮流充填。在充填1#及2#砂枕过程中，先全部开启1#阀，半开2#阀，关闭3#阀；待1#砂枕充填至60%时砂料流失量开始增大，此时应将1#阀调整至半开状态，2#阀全开，3#阀仍关闭；待1#砂枕充满后，2#砂枕则充填至60%，此时应将1#阀关闭，2#阀半开，并开启3#阀，同时充填3#砂枕。按照以上顺序循环操作，并应根据砂枕袋实际充填情况进行压力的实时调整，以保证充填施工效果。

本航道整治护岸工程所采用的砂枕袋填充工艺可达到80%左右的充填度，砂枕充填后高度可达50～60cm，能有效保证砂枕充填质量。根据施工结果，砂枕袋实际充填效率为14～15个/h，且对充填砂的利用率至少为80%。

3.3 砂枕沉放

抛投施工初期，因个别砂枕充填不均，在沉放过程中枕体落水不均，采取措施保证充填均匀后沉放效果显著改善。本航道砂枕护脚抛投段水深浅、水流缓慢，施工开始后流速测量结果表明，流速不超过1.0m/s。通过测试和统计砂枕平抛漂流距离发现，砂枕在此流速及实际水深下，下落漂流距离约为1.0～1.2m，完全符合设计要求。

4.施工效果

通过比较本航道整治护岸工程砂枕实抛断面与设计断面发现，实抛断面基本符合设计要求，但实抛厚度较高，分析原因不难发现，砂枕充填后实际高度增大，且为扁平状软体，抛填后部分区域砂枕厚度无法达到设计要求的0.8m高度，为此进行了补抛，而补抛后砂枕实际厚度超出0.8m。

在水深16m、水面流速1.0～1.5m/s，河岸坡度缓于1:2的实际工况下，采用本工程所用的砂枕护脚抛填施工技术，船舶定位、砂枕充填及砂枕落点等均满足设计要求，断面抛投效果较为理想，但是砂枕实际工程量高出设计工程量。

5.结论

工程实践表明，航道整治护岸工程砂枕抛投护脚工艺比传统的反滤层+抛石以及先沉排护底再抛投砂枕镇脚的施工措施更有助于提升岸坡安全稳定性，砂枕材料还能起到一定的护底作用，能有效避免陡峭水域沉排施工护底难以有效到位等弊端，保证砂枕排布能与坡比还原后的岸坡密贴，在充分利用弃土资源的同时能显著降低施工成本和难度，值得在航道整治护岸工程中推广应用。