混凝土铰链排沉排技术在南汀河河堤维护中的应用

何沛山

（昆明龙慧工程设计咨询有限公司，云南昆明650021）

混凝土铰链排沉排技术在南汀河河堤维护中的应用

何沛山

（昆明龙慧工程设计咨询有限公司，云南昆明650021）

结合南汀河孟定城区段河道治理工程实践，分析了工程采用混凝土铰链排沉排技术的必要性和有利条件，重点介绍了铰链排护岸结构、施工设备、施工工艺和施工质量控制，该技术应用为沿江两岸人民拥有一个安全堤、生命堤提供了重要保障。

混凝土；铰链排；沉排技术；河堤维护；应用

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.031

1 工程概述

临沧市南汀河孟定城区段河道治理工程位于云南省临沧市孟定镇。结合近远期城市总体开发建设需要，工程实施按照“安全第一，先易后难；先消除隐患，后提高升级完善”原则分两期实施。一期为南汀河干流孟定城区段河道治理；二期为2条支流整治和2个人工湖建设。本次南汀河孟定城区段河道治理工程为孟定城市河网水系综合治理工程的一期工程。工程范围为南汀河的南底河交汇口至南袜河交汇口，河道总长为7370m。工程内容主要包括两岸新建堤防、疏浚河道、两岸绿化及生态修复工程。工程位置及范围如图1所示。

图1 工程位置及范围图

许多护岸技术从20世纪80年代投入试用，90年代后开始被大量应用于工程实践。在这一过程中，新型预制混凝土板铰链沉排技术的应用优势集中凸显出来。作为一种新型柔性的平顺护岸形式，它的基本原理是将预制混凝土板用铰链连接成排体与其下的土工布共同抗冲反滤，其最明显的特性是取材容易、施工快捷、便于维护，比较经济且功效好。

从已应用的工程看，通过对新型预制混凝土板铰链沉排的应用，除了能够在改善护岸整体结构稳定性方面发挥其独特优势以外，还能够提高整个护岸结构的抗淘刷能力，与河床的变形相互适应。同时，新型预制混凝土板铰链沉排施工期间的操作比较简单，工艺技术比较成熟，成本开支较少。虽然同平顺抛石一类的护岸方法相比，其每延米造价略高，但能够一次性达成防护目的，相对工作量得到了有效的控制，因此，该技术可在堤岸维护整治工作中全面推广。

2 采用混凝土铰链排沉排技术的必要性和有利条件

2.1 工程地质

河堤左岸和右岸基础表层0～10m深度范围内地层岩性特征为第四系人工填土建筑垃圾，分布于贺海桥左岸，厚度4m。第四系冲积淤泥质粉细砂土，厚度2～6m，局部9m，分布于河床中下游左右岸表层；冲积含卵石砾砂土，厚度3～6m，分布于河道治理段河床及两岸；冲积含卵石泥质砾砂土，埋深5～10m，分布于河道治理段左右岸。

第一、二层承载力低，不能做基础持力层。第三层含卵石砾砂土和第四层含卵石泥质砾砂土，颗粒较粗，承载力较高，不易液化，能满足河堤基础要求。

根据水文资料、水工推算和近2年运行观测，河床有下切现象，治理段上游河床下切1m多，中下游转弯段最大冲刷深度4m，平均下切深度约2.5m。近几年随着掁清公路完工，河床每年淤积0.05m。

根据渗透管涌破坏临界水力坡降与土粒比重、孔隙度之间的关系，确定临界水力坡降，经计算判断，该段河堤基础不会受管涌破坏，基础稳定。

工程区地下水位较高，左右岸均高于河水位，地下水类型为第四系孔隙水和基岩裂隙水，靠大气降水补给，由四周山体向盆地径流，补给河水，排泄于南汀河中。

2.2 地形地貌

南汀河流域处于云贵高原西部的边缘，横断山脉南延段，整个流域地势呈北东向西南方向斜。流域内的最高点为北面的永德大雪山，海拔为3504m，最低点为干流出境处的清水河，海拔为450m，高差达3054m。流域内具有多种地貌类型，中上游的左半区及南捧河的上游区为浅切割构造剥蚀低中山残丘地形，多分布表层风化剥蚀破碎严重的花岗岩及灰岩。山势较平缓，一般河浅谷宽，中小冲积盆地点缀其中，如博尚、临沧、蚂蚁堆、勐永、勐捧、勐堆坝等。南汀河干流中游和南捧河中游多为高度切割构造剥蚀、溶蚀高中山陡坡地势地貌，河谷下切侵蚀强烈，多呈“V”字型，峰谷高差达千余米。下游区一般山高谷宽，多为深切割的高山峡谷地形，而干流经过处则是断陷冲积盆地勐简军赛和孟定两大坝子，干流比降急剧减缓，河道宽浅蜿蜒曲折，水流平缓，河床逐年淤高，洪灾频繁。

2.3 气象特性

南汀河流域海拔在450～3504m之间，地形平面形态极为复杂，变化梯度大，气候具有较为分明的海拔地带性。流域分水线一带及海拔较高的永德大雪山脉，气温较低，寒冬积雪夏天温凉；而低海拔的河谷区和盆地坝区，气候较为炎热。从总体而言，南汀河流域属中山地区典型的亚热带湿润立体气候类型，其特点是干湿季节分明。多年平均气温为17℃～22℃，日照时数为1900～2200h，多年平均蒸发量为1500～2000m m（20c m蒸发皿）。南汀河流域多年平均降水量1600m m，且降水受地形的影响，汛期（5～11月）降水量占全年降水量的90%，降水年内时空分布极不均匀，年际变化较小。

年降水在流域内分布状况是由西南向东北递减，各区域随高程递增而增大，多年平均降水量在1100～2700m m之间。孟定镇地处北回归线附近，属亚热带季风气候，日照长、四季如夏、终年无霜、年均气温21.7℃。南汀河流域的径流补给来源，主要是来自于印度洋的孟加拉湾的西南暖湿气流为水汽补给源的大气降水。南汀河流域内洪水主要由暴雨产生，干流下游段洪水主要来自右岸的南捧河和左岸的小黑河；孟定坝以上的洪水主要源于干流左岸各支流，部分来自上游的头道水河及干流上游的洪水。据流域内水文站点资料分析，洪水多发生在6～11月份，其中：干流洪水发生在7～8月份的频率为72.3%，南捧河洪水发生在7～8月份的频率为80%，上游和勐捧河多发生在6～9月，其它支流也多发生在6～9月份。由于发生全流域大面积暴雨的机率很小，相应洪峰模数不大。

以上地质地貌和气象特征为在南汀河河堤维护中应用混凝土铰链排沉排技术提供了有利条件。

3 工程施工

3.1 施工条件

3.1.1 通航条件

在对沉排施工方式进行综合比选的过程中，需要充分考虑施工条件，以及设计所依据的这2个方面因素的影响。具体来说，主要影响因素有施工现场的水域宽度，水域水流速度，河流流场分布特点，通航的条件以及要求，岸线的条件等等。由于具体的工程实践中，沉排施工会受到施工区位因素的影响，因此能够支持沉排作业完成的时间是比较有限的。为了能够在较为紧凑的施工进度安排下，达到理想的施工效果，需要使用专业的沉排船舶，配合现场作业人员完成机械化施工，以达到加快施工速度的目的。

3.1.2 自然条件

工程区地下水位较高，左右岸均高于河水位，地下水类型为第四系孔隙水和基岩裂隙水，靠大气降水补给，由四周山体向盆地径流，补给河水，排泄于南汀河中。这种自然条件对于混凝土铰链排沉排技术的应用是十分有利的，该工程滩群整治条件十分复杂，不仅要考虑相邻滩的影响，同时还要考虑到弩滩中段、下段的形成和发展。在整治过程中，滩头降水应进行控制，同时对急流段的河流进行调整与收缩。工程实施开始之后，应该结合河流自然的状态对本滩进行整治。混凝土铰链排沉排技术在这种自然条件下使用，护岸整体结构稳定性等方面的优势得到了充分的发挥，可以一次性达成防护的目的。

3.2 沉排施工工艺

在当前技术条件支持下，工程施工现场比较常见的铰链排沉排施工工艺有以下3种类型。第1种是基于桁架式吊车的分条平移排体模式，典型的工程项目代表为美国的密西西比河整治工程；第2种是旋转式起重船的分单元垂直吊排模式，典型的工程项目代表为长江铰链排试验；第3种是基于水上的连续水平拉排模式，典型的工程项目代表为南京的水利建筑工程。与前面所提到的基于桁架式吊车的分条平移排体模式以及旋转式起重船的分单元垂直吊排模式相比，基于水上的连续水平拉排模式综合优势更加的确切，表现在具有更快的施工速度，更有效的质量控制，更高的机械作业效率，更流畅的施工程序，更加可靠的施工质量，更加可靠的安全性等特点。因此，在对该工程沉排施工工艺进行综合比选的过程中，最终确定采取基于水上的连续水平拉排模式作为最终施工模式。具体施工布置如图2所示。

图2 铰链混凝土板沉排施工布置图

3.3 施工程序

首先是系排梁浇筑的养护、沉排土工布的加工以及卷制、土板的预制堆放环节以及连接环螺栓的制作、水位变幅区的铺筑等等；其次是沉排工作船的抛锚以及定位工作、地垄的埋设、对排体单元的拼装并完成水运；再次是沉排以及土工布同步沉放流程；最后是在水下作业面中完成对相关参数的检测工作，并根据工程建设实际要求，对沉排船所处位置进行适当的调整与处理，期间与沉排工作船相关的具体设备配置标准见表1。

表1 有关沉排工作船的具体设备配置

3.4 沉排试验施工

岸坡状况、流速流向等一系列因素对施工有较大影响，并且进行了《沉排施工试验大纲》的编写，并对实验测试及施工中的数据进行了处理，在此基础上编写了《沉排试验施工总结》。在保证施工质量和达到设计要求的前提下，施工单位提出了沉排施工技术的具体措施，其工艺指标与预期目标是基本一致的。

主要技术指标（1套沉排船舶机械）：

（1）排首上岸6～15m，40～60m i n；排尾下沉15～25m，30～50m i n；沉排操作30～80m，50～90m i n；移船定位30～50m i n。合计时间3～5h。

（2）卷扬机8～15t的6台，5～10t的6台，发电机90kW的2台。

（3）牵引梁共配置4套，分别将其设置于倒拉排首位置、拉排位置、止排位置、以及排尾下沉位置；同时确保与牵引梁所对应的缆绳以及转向装置对应就位。

（4）根据沉排区流速取值对沉排船施工安排进行合理控制：在测定沉排区流速低于1.0m/s的情况下，可以使沉排船保持正常施工状态，在测定沉排区流速高于1.0m/s的情况下，需要在沉排区上游设定排船，同时固定排位以确保沉排施工的整体质量。

（5）施工速度：将沉排量控制在2500～3500m2/d区间内，其中，排首上岸时间、排尾下沉时间、以及移船定位时间基本固定，将其比例控制为5∶4∶5。

3.5 施工质量控制与检验

（1）系排梁。用于对其顶面高程、平面位置，预埋拉排钢筋环布置等施工质量的控制。

（2）预制块。用于对混凝土强度、混凝土板制作质量、模板强度、尺寸误差，受力筋规格等的控制。

（3）排体沉放。主要将其作用于排体混凝土板间铰链，使该区域内的铰链连接更加的稳定与牢固，同时可以通过排体沉放的方式对其搭接宽度进行合理控制，在沉排操作过程当中遵循自下而上的基本原则，使排体下沉更加的缓慢、舒展，提高布排连接的可靠性，确保排体定位的准确性。

4 结语

在河堤技术中，除了混凝土铰链排沉技术可以用来维护该工程河堤以外，还有许多其他的技术被广泛运用，无论是哪一种型式，都要根据水文条件，抗洪要求，以及地质情况，周边环境等因素进行综合选择，在做好河堤维护的同时保持生态平衡和环境保护。

［1］高志伟.立式混凝土预制板施工工艺推介［J］.农业科技与信息，2008（18）.

［2］陈肃利，曾令木.镇扬河段人民滩铰链排护岸［J］.水利水电快报，1999（04）.

［3］贾玉爱.生态水利设计理念在城市河道治理美化工程中的应用［J］.水利技术监督，2012，20（05）：60_62.

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何沛山（1979年—），男，工程师。