新材料新工艺在长江河道整治工程中的应用

新材料新工艺在长江河道整治工程中的应用林木松长江水利委员会长江科学院河流研究所1前言•长江中下游干流河道自宜昌至河口全长约1893km，流经湖北、湖南、江西、安徽、江苏和上海等六省市。宜昌至鄱阳湖口为长江中游，全长955km，其中从枝城至洞庭湖出口的城陵矶称为荆江，荆江又以藕池口为界分为上荆江和下荆江。鄱阳湖口以下为长江下游，全长938km。•据统计，长江中下游近1900km的干流河道两岸崩岸线长达1500km，占岸线总长的42%，其中崩岸强度大的河段，每年崩宽可达数十米至百余米，甚至几百米。岸线的崩退不仅改变河道的平面形态，引起上下游河势的调整变化，而且给防洪安全和两岸经济发展带来巨大危害。多年来，围绕防洪保安、航道畅通、岸线开发利用等目的开展了护岸、河势控制及河势调整工程。据不完全统计，截至1997年，长江下游护岸工程长度达1200km，占崩岸线总长的80％，完成抛石约7000万m3，沉排410万m2，沉梢330万组，抛枕40万m3，丁坝685座，顺坝20km。1998年后实施的长江重要堤防隐蔽工程，护岸约长436km，抛石2179万m3，抛枕12.49万个，砌石235万m2，混凝土铰链排100万m2，模袋混凝土护岸12.6万m2。宜昌宜昌宜都古老背宜都东海东海崇明岛上海望虞河湖北湖南湖北江西安徽江徽苏安上荆江河段下荆江河段枝城上百里洲清江沮漳河虎渡河枝江碾子湾沙滩子中洲子华容河陆水内荆河金水汉江东荆河举水巴河浠水蕲水龙开河皖河秋浦河青弋河驻马河口东平河藕池口鄱阳湖湖口东流张家洲彭泽棉船洲安庆眉毛洲枞阳贵池芜湖石跋河马鞍山南京镇江扬州洲平太江阴张家港岳阳城陵矶荆洲新厂监利螺山洪湖嘉鱼宏恩矶武汉阳逻团风黄冈黄石蕲春武穴九江鄂州大通铜陵徐六泾八卦洲世业洲和畅洲南通海门启东南汇岳阳河段陆溪口嘉鱼簰洲武汉河段叶家洲团风黄州戴家洲黄石韦源口田家镇龙坪九江河段马垱东流安庆河段太子矶贵池大通铜陵黑沙洲芜裕河段马鞍山河段南京河段镇扬河段扬中河段澄通河段河口河段洞庭湖水文站水位站淮河入江水道2护岸工程•近50年来，长江中下游护岸工程技术处于不断发展与探索的过程。在护岸工程形式上，由传统的守点工程，包括矶头、丁坝，改进为平顺型护岸，并逐步为工程实践广泛地采用，积累了一定的经验。在护岸材料上，由传统的抛石、沉柴排到沉排、模袋混凝土、透水六面体等新材料新技术的采用。同时，对护岸工程的破坏机理、护岸效果和施工方法等方面进行了大量的试验研究。•2.1护岸的主要工程型式•护岸工程按布局、结构、型式、材料及与水流关系等的不同可分为各种类型，如按与水位的关系可分为淹没、非淹没防护工程；按构造情况可分为透水、不透水防护工程；按材料和使用年限可分为永久性、临时性工程；根据是否间断，可将主要护岸型式分为连续性（直接）护岸与非连续性（间接）护岸。从工程结构型式及材料分，有连续护岸和散粒体护岸型式。•护岸主要型式有坡式护岸、坝式护岸、墙式护岸、桩式护岸和生物护岸等。抛石宽65m0.0设计枯水位1:30.0黄海高程()-20.00-30.0-10.050100m20.020.010.0块石厚1.0m3.0起点距(m)1502007#水上护坎锚固石4m/m2防冲备填石18.0m/m3（1）坡式护岸2(km)102003年3月图例2002年3月屏江港殷桥港西四西三480000,3578500西五西七西六西一西二东一东二东三新桥港杨湾港济生港嘶马河口-5-20-20-5-5-20-5-20-20（2）坝式护岸•（3）墙式护岸，也称重力式护岸，顺堤岸设置，具有断面小、占地少的优点，但要求地基满足一定的承载能力。墙式护岸可分为直立式、陡坡式、折线式、卸荷台阶式等形式。•（4）桩式护岸，桩式护岸是崩岸险工处置的重要方法之一。它对维护陡岸的稳定，保护堤脚不受水流的冲刷，保滩促淤作用明显,常在抢险中运用。目前，在长江主要采用了钢板桩。•（5）生物护岸，生物工程护岸是护岸植被形成之前，运用自然可降解的材料，如稻草、大米草、黄麻等制作成垫子或纤维织物，铺于岸坡表面来阻止边坡土粒的流失，并在岸坡上种植植被和树木，当纤维织物和垫子降解时，依靠岸坡植被发达的根系保护岸坡。生物防护措施投资省、易实施，对消波、促淤、固土保堤作用显著。•2.2护岸材料和护岸技术•（1）抛石，抛石护岸是最常采用也是传统的方法，具有抗冲能力和自我调整能力强的优点。材料来源广，价格便宜，施工简单，无论新护或加固均可采用。抛石在长江中下游护岸工程中广泛采用。•（2）石笼，石笼是国内常采用的传统结构，经常与抛石护脚结合使用。石笼的运用在欧洲已有100多年的历史。国内采用过的石笼有竹笼、铅丝笼、木笼、钢筋笼等，其中钢筋笼效果最好。•-10.0-20.0-30.005010010.020.00.0黄海高程()m150200起点距(m)原地形线抛石宽76m，厚1.0m4.38设计枯水位备填石8m/m3水下抛石3接坡石4m/m干砌块石护坡1:313.05.42002年地形线3371379.27GCYJ-98断面起点：X：Y：495454.51α(l-r)=155°59’59”（1）抛石（2）石笼审查水利部长江水利委员会4、石垫尺寸水上为4×4×0.25m，水下为2×2×0.50m。2长江重要堤防隐蔽工程安庆河段崩岸整治护岸工程结构图2(石垫、石笼示意图)设计阶段设计比例比例描图描图校核校核制图制图日期审定核定审查图号初步设计复核2006.06100802、底网和侧网孔径为100×80,面网孔径为80×60;1、图中尺寸以mm计：说明：3、材料要求：底孔和侧孔大样图6080面孔大样图石垫大样图钢丝为铝锌合金低碳钢丝，钢丝直径2.6mm,抗拉强度大于425Mpa,伸长率大于10%，镀层量大于260g/m,铝含量5%.2石垫中砂卵石和块石各占50%,砂卵石粒径小于6cm,块石粒径8-20cm.20001000合金钢网石笼大样图5、合金钢网由性能优良的特种不锈钢材料以六角网的形式编织而成。抗拉强度大于15000Mpa，单位面积承载强度大于35KN/m,2网笼尺寸为2×2×1m。附图025.2见图设计图号•（3）柴枕，柴枕一般采用一定厚度梢料层或苇料层作外壳，内裹块石或填泥土、外用铁丝束扎成圆形枕状物，上面加压枕石。每隔30～50cm捆扎一档，抛在岸坡枯水位以下护脚。•（4）沉排，沉排是护岸工程护脚、护底的结构型式。沉排面积大、抗冲性强，有整体性和柔韧性、能适应坡面、床面变形，但造价较高，施工技术比较复杂。密西西比河下游最早在1882～1883年开始使用编柳排，直到20世纪40年代先后经历了框架沉排、柳捆沉排、混凝土板、混凝土沉排、铰链混凝土沉排的发展过程。此外，还采用过加筋沥青沉排、滚筒式柔性混凝土帘护岸。•①柴排，柴排是用塘柴、柳枝、竹梢先扎成直径12～15cm的梢龙，构成上下对称的十字格，中间夹梢料形成排体，上压块石使其下沉，铺护在预定需保护的河床上，抗御水流冲刷。•②土工织物软体排，国内土工织物作为护岸工程首次在长江下游嘶马段应用。1974年10月，江苏省江都县采用聚氯乙烯编织布、上扣混凝土预制块的软体排。土工织物排适用于岸坡坡度缓于1:2.5，坡面和床面比较平整，无大的坑洼起伏及块石等尖锐物。②土工织物软体排③铰链混凝土板沉排④铰链模袋混凝土•（5）塑料和合成纤维，由于高分子化合物的发展，20世纪80年代荷兰和日本已成功使用尼龙制成“织垫”或“砂袋”，以抗御水流的侵蚀。•（6）模袋混凝土，模袋混凝土是由上下两层具有一定强度、稳定性和渗透性的高质量机织化纤布制为模型袋，内充具有一定流动度的混凝土或砂浆，在灌注压力作用下，混凝土或砂浆多余的水分从模袋内被挤出，待凝结后即形成高密度高强度的固结体——模袋混凝土。•（7）混凝土异形块体，混凝土预制异形块体在海岸防护工程中应用广泛，各类大的异型混凝土块体，如四脚锥体、工字型、格栅型、扭工字型、翼型等做海堤防护工程已有很多实例。说明：1.图中尺寸单位以cm计，括号中数值为复合塑枕;2.对聚丙烯编织布的主要技术要求为：抗拉强度＞16kN/m,顶破强度＞0.5kg/cm,耐磨强度≥100次；3.施工时允许的充填压力不得大于0.33kg/cm;4.塑枕袋上的袖口，长度为0.5m,直径为0.2m,是充填河沙的进口；5.塑枕袋制作完成后，在枕袋的纵横向需进行加筋处理，沿长度方向每1m加宽3cm固筋条，沿宽度方向每0.942m加宽5cm的加筋条，筋条的抗拉强度＞5kN/m;6.加筋处理后，即可充填河沙，充填完毕对袖口需用系袋条进行绑扎封口，系袋条的抗拉强度＞0.5kN/m。21000枕袋立面图枕袋平面图AAA-A剖视2050140(220)80(127)100020030030020070(110)70(110)200300300200充砂袖口3φ20纵筋条@1000横筋条@1000纵筋条@1000横筋条@1000充砂袖口3φ20充砂袖口φ20长江镇扬河段和畅洲左汊口控制工程土工编织袋结构图7.普通塑枕与复合塑枕尺寸相同，普通塑枕为单层机织编织布缝制，编织布15/212002.03.10每平米150g，复合塑枕由一层编织布与一层无纺土工布复合而成等效孔经：O＜0.1mm,95镇江市工程勘测设计研究院批准审定审核工程名称联系电话设计制图校核日期设计阶段图纸编号设计编号施工图•（8）透水体，透水体在国内外护岸工程中已有多年历史，如杩槎、沉梢等，应用于多沙河流上缓流促淤效果很好。•沉梢坝，四面六边透水框架，透水桩坝•（9）土工包技术，高分子工业的发展使土工织物愈来愈多地应用于护岸工程。该项技术是先将河滩的淤积土通过抓斗、反铲或挖泥船放在一个预先设有土工布的开底船中，然后将土工布缝起来形成一个大包。3河道整治工程•长江中下游实施了大量的河道整治工程，除上述的护岸工程外，还进行了裁弯、堵汊、潜坝、洲头鱼嘴等整治工程。•从整治工程的结构和材料看，以往在堵汊、潜坝工程中以沉梢坝、堆石坝为主，随着新材料新工艺的推广应用，近年来，在堵汊、潜坝工程中部分工程采用了土工砂垫和砂枕、沉箱等结构型示与材料。2002年实施的长江镇扬河段和畅洲汊道左汊口门控制的潜坝坝体采用了砂枕，和畅洲左汊口门控制工程位于左汊口门处，主坝体位于深槽部位，坝高程为-5～-20m，河床最深点高程为-51.7m，主坝体的总长度为1102m，在坝体的左右侧有有连接段与左右岸连接。主坝顶高程拟采用变坡形式，坝顶分段高程自-3m至-8m、自-8m至-20m，深槽部位的坝顶高程为-20m。坝顶设计宽度为10m，上游侧平均边坡为1:2.5，下游侧平均边坡为1:3。坝体由聚丙烯编织布（单位面积重126～130g/m2）袋充沙形成。充沙袋的直径1.2m、长10m；每个袋上开3个直径为20cm、长50cm的袖口，为充填河沙的进口。在坝体的表面，为提高沙袋的保沙性能和坝体的稳定，袋布采用复合土工布（150g/m2聚丙烯编织布+150g/m2无纺织布），充沙袋的直径1.5m、长10m。口门控制工程导流坝水位站大港孟家港中潜坝一棵洲和畅洲人民滩水尺新民洲水尺共青团农场沙头河口谏壁电厂AEFDBC水边线扬二电厂灰场1+1900+8300+3300+1300-10-20-30-60-50-40-50016009002001+5001+4801+4601+4401+4201+4001+3801+3601+3401+3201+3001+2801+2601+2401+2201+2001+1801+1001+1601+1401+1201+0801+0601+0401+0201+0000+9500+9000+8500+8000+7500+7000+6500+6000+5500+5000+4500+4000+3500+3000+2500+2000+1500+1000+050-60-50-40-30-20-1001500140013001200110010008007006005004003001001+5201+5401+5601+580高程()mN0N1N2N3N4N5N6