陈 程 （安徽水利开发有限公司，安徽 蚌埠 233000）

充砂土工枕袋对水下岸坡、陡坡、坑槽段进行垫坡、填槽施工起到很好效果，近年来，在崩岸治理、浅海滩涂、航道整治等工程中应用较多，传统的充砂土工枕袋施工，经常会出现砂枕袋着床位置不准确、爆袋等现象，造成返工补抛，增加造价，延缓工期，尤其缺少对水深超过30m、流态紊乱、流速大等特点的水下施工经验[1-3]。钟茂华[4]中剖析了充砂土工枕袋比混凝土坝的优势，同时表明了同等体积下的枕袋比石料更具稳定性，且施工进度快，效果明显。周鸿等[5]通过以长江中游荆江段航道整治工程为例，提出了对一天之中水位高差超过5m以及水况复杂的叽头处应增加试抛的次数，以掌握砂枕袋漂移的规律。李晓兵[6]通过调整抛枕与铺排的施工工序，利用抛枕对陡坡段进行修坡，后进行沉排，取得了良好的防护效果。这表明不同段落的航道整治应根据水文信息制定相对应的防护措施，以及施工工艺方法的选择也尤为重要。

随着国家经济发展的需要，对航道的需求越来越多，同时随着船只等其他因素的影响，海岸、河岸线等发生了一系列的崩岸现象，对航道、人民群众的安全造成不同程度的影响，充砂土工枕袋施工工艺的发明，对河底、河岸的冲刷有一定的遏制作用，被逐渐应用到航道整治工程中。长江马鞍山河段二期整治工程施工标（七标段）就是采用了充砂土工枕袋垫坡与软体排方式的河道整治，该标段冲刷较明显，崩岸频繁，且强度大，特别是小黄洲左右缘的冲淤变化较明显，已对小黄洲左右汊分流比造成一定的影响。因此，本文结合充砂土工枕袋现场试验，首先通过对枕袋二次深化设计，优化聚丙烯编织布规格尺寸、加筋数量及孔隙率，兼顾强度和泌水性；
其次应用多波束测量仪扫描水下地形，合理划分水下抛投区网格，运用GPS平面测量系统与船载RTK测量定位系统联动，精确控制枕袋的落点，同时多波束跟踪测量、对比分项，及时纠偏、补抛；
最后采用自主发明的六通吹灌装置，同时连通4台泥浆泵和两根输浆管道，充填效率高，每11min/次充填4袋，约32m3。充填过程中合理调整水枪姿态，控制浆液含水量，提高施工用砂利用率。

1.1 工程建设背景及内容

长江马鞍山河段位于长江下游安徽省境内，上起东、西梁山，下至慈姆山，全长约36km，呈两端窄、中间宽的顺直分汊形态，自上而下分为江心洲和小黄洲两个分汊段。是《长江流域综合规划（2012-2030年）》确定的长江中下游干流16个重点河段之一。江心洲左、右汊分流比多年稳定在9：1左右，右汊弯曲，口门以下有低水时与江心洲连为一体的彭兴洲。左汊顺直，汊道内江心洲尾左缘分布何家洲。小黄洲汊道经过治理，左汊发展速率有所减缓，根据2018年6月实测资料，分流比为32.86%。近60年来，长江马鞍山河段河道曾发生较大的变化，给沿江两岸人民生活及工农业生产带来较大影响。20世纪50年代马鞍山港区深水岸线自马钢泵房至慈姆山，多达9km。20世纪60年代后，小黄洲头崩退，过渡段下移，左岸郑浦圩、太阳河、金河口发生严重崩岸，造成堤外无滩或窄滩，汛期年年出险，严重威胁和县江堤的安全，右岸马钢泵房淤积，深水岸线下移了约3km，严重地影响了马钢的正常生产，同时深水岸线的缩短，也影响了马鞍山市经济的可持续发展。

长江马鞍山河段二期整治工程施工标（七标段）主要工程内容有小黄洲左汊口护底工程、护底与左、右岸侧连接护岸工程、小黄洲头及左右缘加固护岸工程。其中，小黄洲左汊口门护底工程位于小黄洲左汉口门上段，护底顺水流长度约为900m，垂直水流宽度为330m～420m，主要由充砂土工枕袋填槽、垫坡；
系混凝土块软体排；
压载抛石及加强带组成。护底段合同清单工程量为①充砂土工枕袋25.62万m³；
②系混凝土软体排35.42万m²；
③护底段抛石38.51万m³。

1.2 防护工程结构形式

该项目900m长护底主要施工工序是对原河底形成的超深及沟槽处用充砂枕袋充填槽、垫坡，约25.62万m³，填筑槽深达8m，将整个河底沟槽大面填筑到-32m后，再满铺软体排，再在排体上抛石压载厚1m，并设有加厚压载带。此处水深约40m，是长江的主江在小黄洲洲头分汊入口处，据初步了解，该段的施工有以下特点，①水深且流速大，流态紊乱；
②属感潮段，受潮水周期性影响，水位、流速、流态均周期性对应变化；
③上行船舶通行量大，需分幅组织护底施工，施工组织困难，安全风险大；
④施工期受汛期影响，流速、水位达到一定值时，需暂停施工。

2.1 工艺原理

根据设计和现场深水复杂水流条件，进行枕袋二次深化设计，优化聚丙烯编织布尺寸、加筋数量及孔隙率，进行袋体加工。应用多波束测量仪扫描水下地形，合理划分水下抛投区网格。吸砂船、铺排船泊锚在抛投区，运砂船靠泊到位，接通六通吹灌装置，在铺排船翻板上展开管袋，开动泥浆泵吸砂充填枕袋，充至枕袋体积80%时停止吹灌，泌水后用高压水枪将枕袋冲入水面，漂落着床。同时用多波束测量仪跟踪测量、对比分析，及时纠偏、补抛。充砂土工枕垫坡示意图如图1所示。

图1 充砂土工枕垫坡示意图

2.2 施工流程

2.2.1 水下地形测量

为了保证水下抛枕工程质量，测量采用专门测量船，采用GPS定位系统配合多波束仪器，测量数据由采集软件自动采集，水下地形图比例尺1:1000，水下断面比例1:500，测量沿顺水流方向20m测量一个横断面，每测点水平间距为1m～2m。

2.2.2 抛投网格划分

首先根据测量地形图进行网格划分，并进行统一编号，根据设计断面确定网格中所需方量，换算成枕袋的数量；
其次按照“先右幅后左幅、先深后浅、先下游后上游”的方式对袋体进行逐一编号。抛枕档位图如图2所示。

图2 抛枕档位图

2.2.3 吸砂船、抛枕船定位泊锚

抛枕船按照预先测放好的横断面定位线现场驻位，抛枕船船身平行于水流方向，采用“四锚法”固定，在船体船头侧及船尾侧分别用两根锚呈八字形斜拉固定。先在抛枕船船边设置两个定位点，做初步定位，然后吸砂船停靠，最后运砂船挂挡停靠吸砂船，采用GPS-RTK对铺排船的两个前后抛点进行精确定位，预留出漂移距，定好里程桩号。

根据运砂船、抛枕船、施工环境等多方面考虑各船只的数量（以长江二期整治工程七标段为例，运砂航程27km，空载航程8.5km，采砂时间6:30～18:00，本标段配备2艘抛枕船、2艘吸砂船、6艘运砂船、1艘采砂船）。

2.2.4 吹灌充填枕袋

六通吹灌阀是在输砂总管两侧各加工三个钢管接头，每个钢管接头上安装一个闸阀，每个闸阀各接出一个输砂软管接头，首先启动吸砂泵，水砂源源不断地被送入枕袋中，当水砂被泵送入袋内后，水和少量细粒砂从袋内泄出，较粗的砂粒很快沉积袋内；
其次枕袋充砂分2次完成，第一次充砂，充至枕袋体积80%时，暂停充砂，用人踩压将袋体中水挤出，第二次进行补充，完成此枕袋的充填工作；
最后第一次充砂采用2个袖口，排水通过袋体的空隙，当充砂至85%时，采用1个袖口，另一袖口当作排水口。枕袋充填如图3a所示。

2.2.5 泌水抛投

首先，砂枕的充枕过程中，要做到“两排一冲”，即砂袋装好后，砂袋要两次排水，第一次是人工排水，第二次是高压水枪排水，其中高压水枪的功率要足，冲走卸落板上残留的砂子，以便于砂袋顺利地沉入江内；
其次，转动翻板，利用高压水枪的压力，投放砂袋，顺水流方向的袋体一侧先入水，减少砂袋与水面的接触面积。平板翻转、高压水枪冲射枕袋入水如图3b所示。

图3 部分现场施工图片

对填槽垫坡采用网格化法施工，与浅水、流态单一情况下充砂土工枕袋施工相比，深水条件下流速快、流态复杂情况下充砂土工枕袋施工难度大、安全风险高、成本投入大。长江马鞍山河段二期整治工程（七标段）充砂土工枕袋通过网格化法充砂土工枕方法，极大程度地保证了施工质量、节约了施工成本和缩短了工期，取得了良好的经济效益和社会效益。主要有以下效果：

①枕袋二次深化设计。满足深水复杂水流条件，根据设计和现场深水复杂水流条件，优化聚丙烯编织布规格尺寸、加筋数量及孔隙率，兼顾强度及泌水性，满足深水复杂水流条件，防止爆袋，提高工效；

②精确抛投，应用多波束测量仪扫描水下地形，合理划分水下抛投区网格，运用GPS平面测量系统与船载RTK测量定位系统联动，精确控制枕袋的落点，同时多波束跟踪测量、对比分项，及时纠偏、补抛；

③快速充填、成型率高，采用自主发明的六通吹灌装置，同时连通4台泥浆泵和两根输浆管道，充填效率高，每11min/次充填4袋，约32m³。充填过程中合理调整水枪姿态，控制浆液含水量，提高施工用砂利用率。

本施工区域通过项目部自检与建设单位多波束测量检查，马鞍山河段长江二期整治工程（七标段）中的小黄洲两侧的坑槽明显减少，河道整治效果明显，说明本文提出的方法适用于河槽、浅海滩涂海槽利用砂枕袋封堵施工。

本文未对充砂土工枕充盈系数、充砂时间、成型尺寸进行研究，而袋体的充砂量对袋体是否破损、项目成本、工期等都有一定的影响，后续将继续对此项的研究。

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