新型装配式护岸在中小河流中的应用研究

李爱民

（郓城县苏阁引黄灌区服务中心，山东菏泽 274700）

1 引言

中小河流的水利工程治理不到位，导致生态破坏和水污染问题始终存在，而人们往往过于重视防洪与安全，忽略了对河流两岸生态环境的保护。装配化技术在河流中的应用，给传统护岸工程建设带来了技术上的革新。

2 工程概况

该河流属淮河流域，位于郓城县南侧，是当地主要防汛抗旱河道之一，总长度为37.35 km，2018 年按照3 年一遇排涝标准，对河流进行清淤疏浚。该流域属黄河冲积平原，为华北平原新沉降盆地的一部分，为第四系沉积物所覆盖。全县地形西南高，东北低，高程在47.5～38.5 m，高差9 m，地面坡降1/5 000～1/10 000。

流域属温带季风性大陆气候，有着十分明显的季风气候特征，年平均温度在13.5 ℃左右，1 月份气温最低可达-1.8 ℃，全年日照总时数为2 401 h，相对湿度普遍保持在60%。流域范围内降雨年纪变化比较大，年分配不均匀，年降水量为594.3 mm，最大年降雨量和最小年降雨量分别为1 272.7 mm和304.5 mm。工程水文地质方面，地下水属于第四系孔隙潜水，含水层主要包含砂壤土和粉砂，补给来源氛围大气降水与地表水径流两部分，排泄方式为垂直蒸发、地下径流以及农业开采，本次施工勘察发现孔内水位标高在41.44 m 左右。经过对水质的分析，得知地表水会对混凝土材料具有较强的腐蚀性，对钢筋和钢结构有着中等腐蚀性。地下水对混凝土有着强腐蚀性，对钢筋和钢结构有着中等腐蚀性。

工程充分考虑装配式护岸施工工艺的经济性、安全性以及生态性等影响因素，采取整体箱式装配护岸，每段长度为12.04 m，其中包含4 个标准节段连续布置，单个箱体的长度为3 m、宽度为2.5 m、高为3.5 m，质量达12.45 t[1]。

3 新型装配式护岸在中小河流中的应用分析

3.1 材料选择

本项目中，装配式植草混凝土的构成主要包含水泥材料、粗细骨料、矿物掺合料、水等部分，此外还包含适当的化学添加剂。选择水泥材料时，首选普通硅酸盐水泥，材料密度3.09 g/cm3，初凝时间为195 min，终凝时间为235 min，28 d 抗压强度可以达到49.9 MPa。选择粗骨料时，建议选择粒径在15 mm 左右的连续级配碎石骨料，粒径最大应不超过30 mm，要求骨料堆积密度保持在1 500 kg/m3，含沙量应不超过0.8%。选择细骨料时，骨料来源主要是天然河砂，堆积密度为1525kg/m3，含泥量需要控制在2.8%左右。为了更好地抑制植草混凝土内发生碱反应，避免材料的酸碱度过大，建议使用一部分硅粉来代替硅酸盐水泥，并在混凝土材料内加入以碳酸钙为主要成分的SR-4 添加剂，以此适当降低混凝土pH，为河流两岸植物的生长营造更好的环境[2]。

3.2 配合比设计

配合比设计方面，参考以往工作经验，生态植草混凝土配合比大致如下：液固比为0.25，碎石在1 480 kg/m3，水泥220 kg/m3，砂200 kg/m3，水100 L/m3，虽然这样的配合设计方式可以满足中小规模河流工程治理的强度、孔隙率以及抗冲刷等性能要求，但用到的骨料粒径比较大，部分骨料粒径已经接近40 mm，这对本工程使用到的装配式护岸结构产生不利。装配式结构有着许多边角，容易导致接触点较少，影响预制箱体整体强度，进而引发装配式箱体断裂。所以，有必要对以往的配合比进行调整，具体情况如表1 所示，在这样的配合比设计方式下，河流治理工程装配式混凝土28 d 时的抗压强度可以达到8.8 MPa，孔隙率达到25%以上，能够满足装配式护岸的结构设计与性能要求，可用于中小河流中[3]。

表1 中小河流装配式植草混凝土配合比设计

3.3 结构设计

依据上文提到的材料配合比设计，可设计出不同结构的预制块，如图1 和图2 所示，图1 为嵌固式通孔正六边形的护岸形状，边长可以达到16 cm，厚度10 cm/8 cm，10 cm 厚度的预制块可预留7.5 cm 四边形通孔，以此达到种植香根草的作用；8 cm 厚度的预制块不会预留通孔，将两个厚度的预制块相互间隔拼接之后，就会形成2 cm 左右高差的消浪坎，从而达到消能减速的效果。图2 结构中，嵌固式凹槽六边形的边长是16 cm，厚度和图1 一样，有10 cm 与8 cm 两种，其中8 cm 厚度的预制块预留通孔，10 cm 预制块在中间位置预留8 cm×3 cm 凹槽，将两种不同厚度的预制块拼接起来即可。

图1 嵌固式通孔正六边形

图2 嵌固式凹槽正六边形

不同结构的装配式护岸会对河道流速产生一定的影响，河道流速会存在差值，这与装配式护岸的设计结构与形式有关。表面凹凸不平会使水流的流程增加，并对水流产生阻力作用，通过造成水力沿程与局部损失，降低近岸水流流速。当水位相同的情况下，水流的流速越大，流速差也会越大，这说明高速水流在装配式护岸结构下消耗的能量更多，预制块抗冲刷性能下降。流速相同的情况下，水位越高，流速差也会越大，水位在较高的时候，装配式护坡结构对水流有着较强的消能效果。水位与流速相同的情况下，图1 中的嵌固式通孔正六边形流速差比较大，消能效果最佳。

3.4 关键工序

3.4.1 空箱预制

使用C60 混凝土进行空箱预制，明确模板尺寸精度和平整度等方面的数据，做好空箱在施工现场内的养护工作。使用厚度为6 mm 的船用钢板，组合拼接为预制模板平台，再使用红外测距仪进行现场测量，多次应用之后，模板的尺寸偏差只有2mm，可保障模板强度与刚度需求，提升箱体尺寸精度。对模板材料进行验收，合格之后可以进行混凝土的浇筑，再使用高压蒸汽进行箱体养护。

3.4.2 底板施工

预制箱体的同时还要进行底板部分的施工，中小河流水利工程装配式护岸对于空箱的安装位置有着较高的要求，特别是底板顶面的平整度，这将直接对护岸的安装效果产生影响。采用大刚度特制槽钢为底板空箱安装处的顶模和趾坎侧模，以此提升底板的平整度，保证趾坎的线性，尽可能提高装配式护岸的精度。安装空箱之前，依据底部尺寸1∶1 比例进行样架的制作，检验空箱安装处的平整情况，解决以往平整度控制难度大的问题。

3.4.3 箱体吊装

依据工程具体施工特点，采取加装3 根定位桩的40 t 全回转浮吊船展开吊装作业。

首先，箱体试吊装。在正式吊装之前需要提前试吊装，其中包含两部分工作：（1）空载试吊，将起重吊钩3 次起落，查看限位器的灵敏度，再将吊臂在最大与最小工作幅度上运动3 次以上，检测限位器的精密度，然后向左和向右的方向回转吊臂，根据实际情况判断回转机构各部件是否运转良好。（2）载荷试吊，将预制空箱作为试吊的构件，使用4 根钢丝绳，将其与预制空箱四角吊环连接，收紧钢丝绳吊起空箱，经过吊钩起升、变幅以及回转运动后，查看设备制动性能，是否出现松动的情况，试验完成后需要对力矩限制器进行恢复。天气晴朗且风力低于5 级的情况下可以试吊，提前安排人员分工，一旦出现异常应立即停止吊装，同时做好工作记录。

其次，正式吊装，大致需要经历以下工作流程：（1）了解吊装期间的注意事项。吊装之前要求现场所有人员必须做好安全技术交底，安排专业人员负责指挥，做好浮吊船倾斜角度的有效观测，保证其稳定性。（2）回转吊臂到拟吊装的空箱上方，放下吊钩到可操作的高度。（3）使用卡环将钢丝绳扣在箱体吊环，另一端与吊钩相连，将钢丝绳的水平夹角控制在60°左右。（4）将箱体吊起20 cm 查看各项装置，吊至预计高度，确认其可以通过围堰，缓慢回转吊臂至底板上方制动，让箱体与安装位置保持垂直，缓慢下降吊钩，空箱在底板高程上方10 cm 左右的位置即可，调整回转角度，让箱体四角和底板安装位置线可以保持一致，达到要求之后放下空箱。（5）装配式护岸箱体经过预埋吊环与设备连接位置后，在人工配合下完成箱体落位的调整，使用千斤顶精细调节，预制箱体安装到3 段时可对其封底处理，再完成灌浆和土方回填等操作。

最后，掌握预制构件连接技术的应用要点，以受力明确和传力可靠作为装配式护岸结构稳定的关键控制点。常见的构件连接方法主要有湿法和干法连接两种。其中，湿法连接就是将构件在现场浇筑混凝土进行连接，其结构性能类似于现浇混凝土。干法连接方式就是构件通过焊接或螺栓等方法，将节点和接缝进行有效连接。装配式护岸结构在中小河流中一般采取干法连接方式，构件之间可以通过凹槽连接，如图3 所示。

图3 上下层装配式箱体构件连接断面

4 结语

总而言之，为了实现工厂化生产与机械化施工，常见的装配式护岸在结构形式方面主要有预制L 形和扶壁式等几种，采用干法连接方法，将立板和底板进行构件水平连接，再经过试吊装和正式吊装，使装配式护岸可以更好地用于中小河流水利工程中。