苏南运河土方治理方案研究论文

请参考：苏南运河护岸工程综述姜 晔【江苏省交通规划设计院 南京210005】摘 要：本文在全面叙述苏南运河沿线水文及工程地质、地貌的基础上，介绍了航 道护岸的结构形式，并进一步详细介绍混凝土预制块、模袋(法布)护坡以及重力式、衡重 式驳岸的设计与施工。关键词：运河 护岸工程 综述1 工程概况京杭运河苏南段(又称南运河)北起长江南岸的谏壁口门，南至苏浙交界的鸭子坝，全长�，贯穿江苏经济发达的镇江、常州、无锡、苏州4市。 苏南运河按3级航道标准预留，4级航道标准实施。航道最小水深为，一般河段底宽≥40m，驳岸间口宽≥60m，最小弯曲半径≥600m，跨河桥梁通航孔净宽≥50m，净高≥7m(设计最 高通航水位以上)。设计最大船型为一拖4×500t级船队，兼顾一拖6×300t级、一拖11×100 t级、一拖12×60t级等拖带船队，且可通航一顶2×500t级顶推船队。 苏南运河整治工程于1992年8月开工，1997年9月完工，按4级航道标准整治航道共� m，其中镇江段，常州段，无锡段，苏州段。其间新 建护岸，其中混凝土预制块护坡，法布护坡，浆砌块石驳岸� km。2 基本资料 设计水位 设计特征水位采用航道沿线各水文站30年系列资料，并结合水利规划进行水文分析计算， 以20年一遇的高水位为设计最高通航水位，保证率为98%的低水位为设计最低通航水位，运 河沿线各特征水位详见表1。 地质、地貌特征 地形地貌特征 苏南运河自镇江谏壁口门向南到丹阳市以北，为宁镇山脉延伸的低山丘陵地带，沿河两岸均为起伏的岗地，并时有残丘出现，地貌属于长江漫滩一级阶地类型。由于水流侵蚀切割作用 ，形成陡坎突变景象，地面标高一般为10m(吴淞高程零点基面)左右；丹阳以南进入长江三 角洲地带，长江挟带的大量泥沙在该区持续沉积，形成广阔的三角洲平原，地面标高一般 为5～10m，西北高，东南低。常州向东至苏州吴江以北地段，地面标高为3～5m，地貌上属 于太湖流域堆积平原区太湖水网平原，河网密布，水系发育，为冲湖相或湖沼相。吴江三里 桥至八坼之间属滨湖圩田平原，地面标高4m左右，为湖沼相堆积；八坼以南至鸭子坝属低洼 湖荡平原，姜晔：苏南运河护岸工 程综述湖荡密集，地面标高1～3m， 为苏南运河地势最低地段。单位：m 苏南运河设计水位表 (吴松基面) 表1地 名最高通航水位(20a一 遇)最低通航水位(98%保证率)常水位谏 壁丹 阳～陵 口～常 州无 锡望 亭～横 塘平 望鸭子坝 工程地质 镇江段 (1)谏壁至丹阳人民桥段。 主要沉积层为灰、黄灰或灰黄色的亚粘土、粘土层，硬塑状态，中等压缩性，土质较好，其 上部由于后期冲沟或河流的切割作用，间断沉积了灰色亚粘土层，土质较差。谏壁至越河口 段因受长江沉积环境的影响，土质略有区别，上部2～3m为黄灰、灰黄色亚粘土，其下6～10 m为灰黄色粉砂夹薄层粘性土。 (2)丹阳人民桥至吕城段。 上部为棕黄、黄褐色亚粘土，硬可塑状态，局部为冲沟沉积的软土所切割。吕城附近在0. 0m标高以下为灰 黄、灰色亚粘土混粉砂或粉砂层，呈饱和、松散状态，该层土自西向东 砂性渐大，施工开挖时极易发生流砂现象。 常州段 (1)九里至西涵洞段。 上部为灰、灰黄色粘土或亚粘土，层厚3～5m，硬可塑状态，中等压缩性，土质较好；中部 为灰黄、灰色亚粘土混粉砂，软可塑状态，层底标高在以下，在奔牛镇及五星桥一带 为冲沟切割，沉积了灰色淤泥质亚粘土混夹粉砂，厚薄不一，最厚处达10m左右； 下部为灰色、黄灰色粉砂夹粘性土，饱和、稍密至中密状态。 (2)常州三号桥至直湖港段。 上部为褐色、灰黄色粘土或亚粘土，可塑至硬塑状态，中等压缩性，层厚1～5m不等，中部 灰棕色亚粘土混粉砂，软塑至可塑状态，中等压缩性，层厚1～7m不等， 但在横林镇以东及 以 西局部地段，该层为灰色淤泥质亚粘土所取代，最厚处达12～15m，土质差；另在三号桥至 戚墅堰间其下有不等厚的3～6m灰黄色粉砂层；下部为灰色、灰黄色亚粘土，可塑至硬塑状 态，土质较好。 无锡段 无锡东、西两段土质接近，上部为灰黄、灰棕色粘土和亚粘土，含铁锰结核，硬塑状态，中 等压缩性，其顶部由于后期冲沟切割，间断沉积了灰色淤泥质亚粘土，形似倒锥；中部为灰 黄、灰色亚粘土，混夹粉砂，软塑至可塑状态，中等压缩性，层厚2～４m；其下部为灰色粉 砂 土，稍密至中密状态，层厚6～8m，多见于无锡东段；下部为绿灰、灰黄色亚粘土、粘土层 ，硬塑状态，局部夹少量灰色软亚粘土混腐植物。 苏州段 (1)望亭至枫桥段。 土质与无锡段相近，不同的是浒关兴贤桥向东局部在近地表2m左右范围内，有一层灰褐色的 粘土，可塑至软塑状态，中高压缩性。 (2)宝带桥至三里桥段。 上部为灰黄色粘土、亚粘土，含铁锰质，可塑至硬塑状态，中等压缩性，该层土质较好，层 厚4～5m，分布连续，但在吴淞港河向南地段，该层顶部分布厚度为～的灰色淤泥 质粘土层，流塑状态，高压缩性；中部为灰黄亚粘土混粉砂，可塑至流塑状态，中等压缩性 ，层厚2～4m；下部为灰色亚粘土混粉砂或粉砂互层，软塑至流 塑，中等压缩性，厚度不一，分布较广； 底部为灰色粉砂，稍密至中密状态，一般顶板顶 标高以下。 (3)三里桥至鸭子坝段。 土质上部为灰黄、黄灰色亚粘土，可塑状态，局部软塑，中等压缩性，层厚1～2m；中部为 灰色淤泥质亚粘土、粘土或淤泥，流塑状态，高压缩性。该层南厚北薄，层厚10～15m左右 ，最厚处达20m以上；下部为灰黄色粘土、亚粘土混粉砂，该层主要见于平望以北地区，由 于后期冲沟切割而间断分布，顶板高程左右，层厚5～8m不等。3 护岸工程结构形式根据苏南运河总体设计的原则，以4级航道标准进行设计，并考虑三级标准规划，将来可通航千吨级船舶。同时为满足减小船舶航行阻力，降低工程费用和营运费用，便于施工等要求 ，并结合沿线地形特点，航道断面设计大多采用矩形和倒梯形断面。 矩形断面一般是在苏南运河的集镇段，采用直立式或半直立式驳岸为护岸结构形式，除了有利于航道外，还可尽量减少城镇拆迁和对沿线厂矿企业的影响，并改善城镇的环境条件。 经技术经济比较，护岸挡墙结构采用浆砌片石重力式墙及衡重式墙，墙高在～之间 ，墙底板高出航道底～，墙前留出平台，以缓坡与河底衔接，既可保护墙身基础，减少墙前冲刷，又为将来实施三级航道留有余地，墙顶高以设计最高通航水位控制。当岸边 原地面高出设计墙顶时，以斜坡或二级小挡墙与原地面相接。从施工及使用情况来看，该结 构形式适应苏南地区地质条件，可充分利用当地丰富的石料资源，造价低，且结构简单，便 于施工，加快施工进度，并有较强的防冲刷和抗船舶碰撞的能力。 倒梯形断面是在集镇段以外的农村段，除岸坡土质为砂性土考虑设置混凝土护坡外，其余河段原设计从节省工程投资，降低工程出发，均采用原状土裸坡。坡比以岸坡整体稳定控制，一般为1∶3，从而形成倒梯形断面。后在具体实施过程中取消了裸坡，改为小驳岸、化纤(法 布)或混凝土块护岸结构形式。对于护坡结构形式，经过干砌块石、浆砌片石、混凝土预制 块和现浇混凝土块等多种形式的技术经济比较，采用混凝土预制块(厚度7～9cm)下铺透水无 纺土工布的护坡形式。为增加护坡的整体稳定性，在坡顶、坡脚及坡中部设置浆砌块石格埂 。这种护坡结构的特点是结构简单，施工方便，工程造价低，可有效防止船行波对岸坡的冲刷 ，但不足之处是混凝土块受船舶碰撞后易破损且修复困难。 在镇江及常州的一些航段上较多地采用了这种护岸结构，而在无锡西段的洛社农村段，为了减少修筑施工围堰对船舶航行的影响，采用了不筑施工围堰，用挖泥船下挖方整平后，直接在坡面上进行水下浇筑混凝土的模袋(法布)护坡结构。这种护坡结构不需筑施工围堰，有利于进行不断航施工，且土方量较少，模袋混凝土厚度达15cm，整体性好，可有效抵抗船行波及船舶的碰撞，但一般多适用于岸坡土质为粘土或亚粘土。 另在苏州市河的农村段有近5km范围内，采用浆砌块石后仰式挡墙结构，墙高在3m之内，墙 后开挖边坡4∶1，墙身迎水面坡比为∶1。4 护岸结构设计与施工 混凝土预制块护坡 以苏南运河丹阳陵口段“难工河段”的航道整治中的混凝土预制块护坡为例。设计人员针对该段航道地质以极细砂为主，且夹有亚粘土、泥炭、淤泥及杂填土等多种土质互层的第4 层系全新统(Q4)现代沉积层的情况，选择在临河边采用轻型井点排水以降低地下水的施工方法。设计采用400g/m2的无纺土工布为滤层，其主要物理力学性质见表2。表2项 目单位面积重量厚 度断裂强度断裂伸长率纵横向强度比指标400g/≥600N/5cm≥80%＜项目梯形撕裂强度圆珠顶破强度有效孔径渗透系数孔隙率指标≥400N≥900N≥≥5×10cm/s≥90% 与传统的砂石滤层相比，土工织物除了具有透水、保砂的作用外，还具有固坡的特点，即土工织物将土质坡面捆成一个整体，对于防止护坡坍塌起到比较重要的作用。经测算，应用土 工布较传统的砂石滤层单位造价节省15%～20%，经过6～7年的交付使用，不仅经济效益显著 ，且工程质量优良，也成为我国内河航道使用土工织物最多的航段之一。 混凝土预制块护坡结构在施工中应特别注意的是：土工织物的铺设应一次到顶，并应立即砌筑顶格埂，顶格埂开挖后及青坎范围内应立即用30～40cm厚的粘性土分层并回填夯实，对极 细砂、粉砂质河段更应如此，主要是防止地表雨水漫流下串，涮坑后危及边坡稳定或平整度 ；采用土工织物作滤层的护坡，不宜采用现场浇筑混凝土块，这主要是因为大面积混凝土现 场浇筑质量难以保证，且水泥浆极易堵塞土工织物的孔隙，影响其排水性能，另外在今后的 通航使用中损害处维修也很困难。 需要说明的是：根据江苏省交通规划设计院与南京水利科学研究院联合进行的《苏南运河防浪护岸工程物理模型试验》，护面混凝土块的临界稳定厚度仅为4cm，之所以实际采用的混凝土块的厚度达7～9cm，一是考虑到船舶航行时的水位骤涨骤落，使得岸坡内的水不能 及时排出，从而对护面混凝土块产生不利影响，故需考虑一定的安全系数，而将其厚度增加 为7cm(从强度方面进行验算，厚度7cm时的抗裂安全系数为)；二是普遍存在的较多船舶 未按规定在指定位置(停泊锚地内)停泊，而是在航道内随意停泊，这种现象在一定时期内恐 难以消除，所以不得不通过增加混凝土块的厚度来提高其抗船舶碰撞的能力，尽可能地避免 混凝土块在使用过程中损坏(见图1)。 模袋(法布)护坡 在无锡洛社农村段，由于该航段河面较宽，如采用常规的混凝土块护坡方案，则要先填筑围堰后施工，为减少修筑围堰对船舶安全航行的影响，结合该段地形及土质情况，提出了不筑 围堰而在坡面上直接进行水下浇筑混凝土的模袋(法布)护坡结构。图1 无纺土工布在丹阳陵口航道中的应用 该段堤顶高程一般在～间，土质情况除地表为耕植土外，至河床底均为黄灰色或灰黄色粘土或亚粘土，其主要物理力学指标值均为上限，经岸坡整体稳定计算，可采用水下1∶2、水上1∶1的施工坡比进行开挖。混凝土浇筑利用机织土工模袋作为柔性模板进行施工。该模袋采用高强化纤长丝机织而成，柔性机织模袋完全适应地形条件，并能保证混凝土由下而上填充形成，适应水上、水下施工，毋须填筑围堰。另外在填充料未达到设计 强度前，模袋面层能对水流及风浪等的变化起到过渡性的保护作用。 施工时需要注意的是：(1)关于土工模袋的纵向分段接头以及顶部压顶及基脚的处理，由于航道中水的流速较小，加之该段土质较好，且高度不大，分段模袋采用搭接方法，下压 宽的土工布，并在基脚处进行水下清槽、挖沟深埋和固定压脚 ；顶部端头为防止雨淋水渗 或其它可能产生的机械性位移，须采取加压顶(宽度≥)的措施。(2)护坡泄水孔设置在 坡面高程处，泄水孔的施工与模袋的高压喷灌混凝土同步进行，排水塑料管内填塞化纤 透水材料。模袋内采用泵车自下而上从灌口喷送15号小石子(瓜子片)混凝土，坍落度15～20 cm。 土工模袋护坡结构具有占地少、开挖土方量少的特点，就经受船舶碰撞而言，较斜坡式混凝土块护坡的抗损能力强，并减少了修筑围堰的费用，且有利于施工期的通航安全。以总体造 价来说，比浆砌块石驳岸造价要节省10%～15%(见图2)。 浆砌块石重力式驳岸 一般由混凝土压顶、浆砌块石墙身、夹石混凝土底板三部分组成。20号混凝土压顶通常宽为 ～，厚，10号浆砌块石墙身不应采用风化的石料或光面卵石，砂浆或混凝土填料 应保证密实无空隙，亦不允许块石与块石直接搭接，15号夹石混凝土底板通常厚～ ，有的为满足抗滑要求而设前趾或后趾，并要求夹石混凝土底板的夹石量不大于10%。图2 土工模袋纵剖面布置图 施工时应特别注意的是，在整个驳岸施工期间必须做好基坑排水，以确保基坑边坡稳定和干 地施工，对于处于粉砂土或亚粘土夹粉砂的地段，还必须采用轻型井点排水来降低地下水位 。另当墙身浆砌块石强度达到70%以上时方可进行墙后回填，回填土必须分层回填，分层夯 实，层厚不超过，采用人工或机械夯实均可，且同时应注意边角处的夯实，回填土干容 重应控制在15kN/m3以上。 浆砌块石衡重式驳岸 衡重式较重力式驳岸，同样由混凝土压顶、浆砌块石墙身、夹石混凝土底板三部分组成，只是在墙背中部设一平台，然后以倒坡直至基底，从而形成一卸荷板，起到减小墙后土压力， 减小墙身断面的效果，如此则要求基坑土质好，基础承载力较大，达150kPa以上。 以无锡新安镇段的浆砌块石衡重式驳岸为例，详见图3。 驳岸基础的软基处理措施 苏南运河沿线驳岸基础下均存在局部厚度不一的软弱土层，根据各地驳岸高度及地质情况， 经论证分别采用不同的软基处理方案。图3 衡重式驳岸结构图 (1)通常软弱土层较薄，基础下厚度在1～2m范围内的，采用将软土挖除然后进行抛石，采用抛石基床扩大基础加固地基为最经济合理的处理措施。 (2)在常州、无锡等地段，驳岸墙高在4～5m范围内，基础下淤泥质粘土或亚粘土厚度在3～8 m，较常采用振冲碎石桩加固后复合地基承载力可达135kPa以上。 (3)而在镇江丹阳市河段，有一段长度1500m的驳岸基础落在淤泥质亚粘土上，土层厚度最高 达，最大含水量为，其地基承载力仅为60～70kPa。在考虑软基处理方案时，从 丹阳城区房屋密集、基坑开挖和施工作业面狭小，及墙后若回填大量轻质煤渣则供料困难等 多方面综合考虑，以及综合造价的比较，最终选用直径�50cm的粉喷桩加固地基。驳岸地 基采用粉喷桩处理后，形成复合地基，由于复合地基抗剪强度的提高，将改变岸坡原有的最 不利滑动面，从而增加了岸坡的整体稳定，其安全系数可提高20%左右。同时将驳岸基坑土 方开挖和混凝土底板浇筑由湿地施工改为干地施工，既提高了地基承载力，又大大减少了施 工难度，保证了施工质量。 粉喷桩加固地基在施工时需注意：由于搅拌桩施工至顶端范围内，因上覆土压力较小，导致搅拌质量较差，故必须将顶端50cm挖除，以确保桩身强度；另在混凝土底板下应设置一碎石 垫层，其作用一是避免由于顶面整平情况不良而导致“脱空”现象的出现，改善基础与复合 地基的结合条件；二是由于桩顶刺入垫层，使得桩力在垫层中扩散，从而减少了桩对底板的 应力集中(见图4)。 (4)在苏州吴江市三里桥以南段，土质表层为左右耕植土，其下为灰黄色的厚2～� 3. 5m的亚粘土层，下部为灰色淤泥切含大量腐植物，局部夹有泥炭层带细粉砂，含水量最高达76%，高压缩呈流塑状态，允许承载力仅为30～50kPa。为了既保证驳岸安全又节省投资，进 行了三种软基处理方案各试验了30m。一是小木桩群加固地基方案(见图5)，小木桩长为，桩梢直径为12cm，平面布置为50×50cm之梅花形布置；二是铺石基床加土工格栅方案(见图6)，基床在基础下超挖～，在铺石基床底部及中间各铺一层土工布格栅，基床上层为块石，下层为碎石垫层；三是铺石基床加有纺土工布方案，基床超挖～，先垫3 0cm厚中粗砂，然后铺土工布，再铺碎石及块石。图4 驳岸结构图(单位：mm)图5 驳岸 地基运用小木桩断面 通过对这3个试验段的沉降与变形测试，并经施工完建期最不利工况的检验，发现3个方案的墙身均未发生变化，14天后沉降仅1～2cm，使用一年后也未见墙身发生变形(墙前的水下方 已按设计要求挖除)，说明处理方案是成功的。 经各方面共同研究论证，认为上述三种软基处理方案技术上均可行，且造价相差不大，但小 木桩加固方案不要求基础下超挖，施工难度小，且木桩制作与施工方便、迅速，当地施工队 伍又有成熟经验，故决定采用小木桩加固方案，在吴江市软土段普遍使用。从现今运行情况 看，效果良好。图6 驳岸地基运用土工网格断面5 结束语苏南运河护岸工程在满足航道要求，节省投资和方便施工的前提下，因地制宜，可谓形式多样，种类甚多，为内河航道护岸工程建设积累了较多的成熟经验和成果。

1 工程概况京杭运河苏南段(又称南运河)北起长江南岸的谏壁口门，南至苏浙交界的鸭子坝，全长，贯穿江苏经济发达的镇江、常州、无锡、苏州4市。苏南运河按3级航道标准预留，4级航道标准实施。航道最小水深为，一般河段底宽≥40m，驳岸间口宽≥60m，最小弯曲半径≥600m，跨河桥梁通航孔净宽≥50m，净高≥7m(设计最 高通航水位以上)。设计最大船型为一拖4×500t级船队，兼顾一拖6×300t级、一拖11×100 t级、一拖12×60t级等拖带船队，且可通航一顶2×500t级顶推船队。苏南运河整治工程于1992年8月开工，1997年9月完工，按4级航道标准整治航道共 m，其中镇江段，常州段，无锡段，苏州段。其间新 建护岸，其中混凝土预制块护坡，法布护坡，浆砌块石驳岸 km。2 基本资料 设计水位设计特征水位采用航道沿线各水文站30年系列资料，并结合水利规划进行水文分析计算， 以20年一遇的高水位为设计最高通航水位，保证率为98%的低水位为设计最低通航水位，运 河沿线各特征水位详见表1。 地质、地貌特征 地形地貌特征苏南运河自镇江谏壁口门向南到丹阳市以北，为宁镇山脉延伸的低山丘陵地带，沿河两岸均为起伏的岗地，并时有残丘出现，地貌属于长江漫滩一级阶地类型。由于水流侵蚀切割作用 ，形成陡坎突变景象，地面标高一般为10m(吴淞高程零点基面)左右；丹阳以南进入长江三 角洲地带，长江挟带的大量泥沙在该区持续沉积，形成广阔的三角洲平原，地面标高一般 为5～10m，西北高，东南低。常州向东至苏州吴江以北地段，地面标高为3～5m，地貌上属 于太湖流域堆积平原区太湖水网平原，河网密布，水系发育，为冲湖相或湖沼相。吴江三里 桥至八坼之间属滨湖圩田平原，地面标高4m左右，为湖沼相堆积；八坼以南至鸭子坝属低洼 湖荡平原，姜晔：苏南运河护岸工 程综述湖荡密集，地面标高1～3m， 为苏南运河地势最低地段。单位：m 苏南运河设计水位表 (吴松基面) 表1地 名 最高通航水位(20a一 遇) 最低通航水位(98%保证率) 常水位谏 壁 丹 阳 ～陵 口 ～常 州 无 锡 望 亭 ～ 横 塘 平 望 鸭子坝 工程地质 镇江段(1)谏壁至丹阳人民桥段。 主要沉积层为灰、黄灰或灰黄色的亚粘土、粘土层，硬塑状态，中等压缩性，土质较好，其 上部由于后期冲沟或河流的切割作用，间断沉积了灰色亚粘土层，土质较差。谏壁至越河口 段因受长江沉积环境的影响，土质略有区别，上部2～3m为黄灰、灰黄色亚粘土，其下6～10 m为灰黄色粉砂夹薄层粘性土。(2)丹阳人民桥至吕城段。 上部为棕黄、黄褐色亚粘土，硬可塑状态，局部为冲沟沉积的软土所切割。吕城附近在0. 0m标高以下为灰 黄、灰色亚粘土混粉砂或粉砂层，呈饱和、松散状态，该层土自西向东 砂性渐大，施工开挖时极易发生流砂现象。 常州段(1)九里至西涵洞段。 上部为灰、灰黄色粘土或亚粘土，层厚3～5m，硬可塑状态，中等压缩性，土质较好；中部 为灰黄、灰色亚粘土混粉砂，软可塑状态，层底标高在以下，在奔牛镇及五星桥一带 为冲沟切割，沉积了灰色淤泥质亚粘土混夹粉砂，厚薄不一，最厚处达10m左右； 下部为灰色、黄灰色粉砂夹粘性土，饱和、稍密至中密状态。(2)常州三号桥至直湖港段。 上部为褐色、灰黄色粘土或亚粘土，可塑至硬塑状态，中等压缩性，层厚1～5m不等，中部 灰棕色亚粘土混粉砂，软塑至可塑状态，中等压缩性，层厚1～7m不等， 但在横林镇以东及 以 西局部地段，该层为灰色淤泥质亚粘土所取代，最厚处达12～15m，土质差；另在三号桥至 戚墅堰间其下有不等厚的3～6m灰黄色粉砂层；下部为灰色、灰黄色亚粘土，可塑至硬塑状 态，土质较好。 无锡段无锡东、西两段土质接近，上部为灰黄、灰棕色粘土和亚粘土，含铁锰结核，硬塑状态，中 等压缩性，其顶部由于后期冲沟切割，间断沉积了灰色淤泥质亚粘土，形似倒锥；中部为灰 黄、灰色亚粘土，混夹粉砂，软塑至可塑状态，中等压缩性，层厚2～4m；其下部为灰色粉 砂 土，稍密至中密状态，层厚6～8m，多见于无锡东段；下部为绿灰、灰黄色亚粘土、粘土层 ，硬塑状态，局部夹少量灰色软亚粘土混腐植物。 苏州段(1)望亭至枫桥段。 土质与无锡段相近，不同的是浒关兴贤桥向东局部在近地表2m左右范围内，有一层灰褐色的 粘土，可塑至软塑状态，中高压缩性。(2)宝带桥至三里桥段。 上部为灰黄色粘土、亚粘土，含铁锰质，可塑至硬塑状态，中等压缩性，该层土质较好，层 厚4～5m，分布连续，但在吴淞港河向南地段，该层顶部分布厚度为～的灰色淤泥 质粘土层，流塑状态，高压缩性；中部为灰黄亚粘土混粉砂，可塑至流塑状态，中等压缩性 ，层厚2～4m；下部为灰色亚粘土混粉砂或粉砂互层，软塑至流 塑，中等压缩性，厚度不一，分布较广； 底部为灰色粉砂，稍密至中密状态，一般顶板顶 标高以下。(3)三里桥至鸭子坝段。 土质上部为灰黄、黄灰色亚粘土，可塑状态，局部软塑，中等压缩性，层厚1～2m；中部为 灰色淤泥质亚粘土、粘土或淤泥，流塑状态，高压缩性。该层南厚北薄，层厚10～15m左右 ，最厚处达20m以上；下部为灰黄色粘土、亚粘土混粉砂，该层主要见于平望以北地区，由 于后期冲沟切割而间断分布，顶板高程左右，层厚5～8m不等。3 护岸工程结构形式根据苏南运河总体设计的原则，以4级航道标准进行设计，并考虑三级标准规划，将来可通航千吨级船舶。同时为满足减小船舶航行阻力，降低工程费用和营运费用，便于施工等要求 ，并结合沿线地形特点，航道断面设计大多采用矩形和倒梯形断面。矩形断面一般是在苏南运河的集镇段，采用直立式或半直立式驳岸为护岸结构形式，除了有利于航道外，还可尽量减少城镇拆迁和对沿线厂矿企业的影响，并改善城镇的环境条件。 经技术经济比较，护岸挡墙结构采用浆砌片石重力式墙及衡重式墙，墙高在～之间 ，墙底板高出航道底～，墙前留出平台，以缓坡与河底衔接，既可保护墙身基础，减少墙前冲刷，又为将来实施三级航道留有余地，墙顶高以设计最高通航水位控制。当岸边 原地面高出设计墙顶时，以斜坡或二级小挡墙与原地面相接。从施工及使用情况来看，该结 构形式适应苏南地区地质条件，可充分利用当地丰富的石料资源，造价低，且结构简单，便 于施工，加快施工进度，并有较强的防冲刷和抗船舶碰撞的能力。倒梯形断面是在集镇段以外的农村段，除岸坡土质为砂性土考虑设置混凝土护坡外，其余河段原设计从节省工程投资，降低工程出发，均采用原状土裸坡。坡比以岸坡整体稳定控制，一般为1∶3，从而形成倒梯形断面。后在具体实施过程中取消了裸坡，改为小驳岸、化纤(法 布)或混凝土块护岸结构形式。对于护坡结构形式，经过干砌块石、浆砌片石、混凝土预制 块和现浇混凝土块等多种形式的技术经济比较，采用混凝土预制块(厚度7～9cm)下铺透水无 纺土工布的护坡形式。为增加护坡的整体稳定性，在坡顶、坡脚及坡中部设置浆砌块石格埂 。这种护坡结构的特点是结构简单，施工方便，工程造价低，可有效防止船行波对岸坡的冲刷 ，但不足之处是混凝土块受船舶碰撞后易破损且修复困难。在镇江及常州的一些航段上较多地采用了这种护岸结构，而在无锡西段的洛社农村段，为了减少修筑施工围堰对船舶航行的影响，采用了不筑施工围堰，用挖泥船下挖方整平后，直接在坡面上进行水下浇筑混凝土的模袋(法布)护坡结构。这种护坡结构不需筑施工围堰，有利于进行不断航施工，且土方量较少，模袋混凝土厚度达15cm，整体性好，可有效抵抗船行波及船舶的碰撞，但一般多适用于岸坡土质为粘土或亚粘土。另在苏州市河的农村段有近5km范围内，采用浆砌块石后仰式挡墙结构，墙高在3m之内，墙 后开挖边坡4∶1，墙身迎水面坡比为∶1。4 护岸结构设计与施工 混凝土预制块护坡以苏南运河丹阳陵口段“难工河段”的航道整治中的混凝土预制块护坡为例。设计人员针对该段航道地质以极细砂为主，且夹有亚粘土、泥炭、淤泥及杂填土等多种土质互层的第4 层系全新统(Q4)现代沉积层的情况，选择在临河边采用轻型井点排水以降低地下水的施工方法。设计采用400g/m2的无纺土工布为滤层，其主要物理力学性质见表2。表2项 目 单位面积重量 厚 度 断裂强度 断裂伸长率 纵横向强度比指标 400g/m2 ≥600N/5cm ≥80% ＜项目 梯形撕裂强度 圆珠顶破强度 有效孔径 渗透系数 孔隙率指标 ≥400N ≥900N ≥ ≥5×10cm/s ≥90%与传统的砂石滤层相比，土工织物除了具有透水、保砂的作用外，还具有固坡的特点，即土工织物将土质坡面捆成一个整体，对于防止护坡坍塌起到比较重要的作用。经测算，应用土 工布较传统的砂石滤层单位造价节省15%～20%，经过6～7年的交付使用，不仅经济效益显著 ，且工程质量优良，也成为我国内河航道使用土工织物最多的航段之一。混凝土预制块护坡结构在施工中应特别注意的是：土工织物的铺设应一次到顶，并应立即砌筑顶格埂，顶格埂开挖后及青坎范围内应立即用30～40cm厚的粘性土分层并回填夯实，对极 细砂、粉砂质河段更应如此，主要是防止地表雨水漫流下串，涮坑后危及边坡稳定或平整度 ；采用土工织物作滤层的护坡，不宜采用现场浇筑混凝土块，这主要是因为大面积混凝土现 场浇筑质量难以保证，且水泥浆极易堵塞土工织物的孔隙，影响其排水性能，另外在今后的 通航使用中损害处维修也很困难。需要说明的是：根据江苏省交通规划设计院与南京水利科学研究院联合进行的《苏南运河防浪护岸工程物理模型试验》，护面混凝土块的临界稳定厚度仅为4cm，之所以实际采用的混凝土块的厚度达7～9cm，一是考虑到船舶航行时的水位骤涨骤落，使得岸坡内的水不能 及时排出，从而对护面混凝土块产生不利影响，故需考虑一定的安全系数，而将其厚度增加 为7cm(从强度方面进行验算，厚度7cm时的抗裂安全系数为)；二是普遍存在的较多船舶 未按规定在指定位置(停泊锚地内)停泊，而是在航道内随意停泊，这种现象在一定时期内恐 难以消除，所以不得不通过增加混凝土块的厚度来提高其抗船舶碰撞的能力，尽可能地避免 混凝土块在使用过程中损坏(见图1)。 模袋(法布)护坡在无锡洛社农村段，由于该航段河面较宽，如采用常规的混凝土块护坡方案，则要先填筑围堰后施工，为减少修筑围堰对船舶安全航行的影响，结合该段地形及土质情况，提出了不筑 围堰而在坡面上直接进行水下浇筑混凝土的模袋(法布)护坡结构。图1 无纺土工布在丹阳陵口航道中的应用该段堤顶高程一般在～间，土质情况除地表为耕植土外，至河床底均为黄灰色或灰黄色粘土或亚粘土，其主要物理力学指标值均为上限，经岸坡整体稳定计算，可采用水下1∶2、水上1∶1的施工坡比进行开挖。混凝土浇筑利用机织土工模袋作为柔性模板进行施工。该模袋采用高强化纤长丝机织而成，柔性机织模袋完全适应地形条件，并能保证混凝土由下而上填充形成，适应水上、水下施工，毋须填筑围堰。另外在填充料未达到设计 强度前，模袋面层能对水流及风浪等的变化起到过渡性的保护作用。 施工时需要注意的是：(1)关于土工模袋的纵向分段接头以及顶部压顶及基脚的处理，由于航道中水的流速较小，加之该段土质较好，且高度不大，分段模袋采用搭接方法，下压 宽的土工布，并在基脚处进行水下清槽、挖沟深埋和固定压脚 ；顶部端头为防止雨淋水渗 或其它可能产生的机械性位移，须采取加压顶(宽度≥)的措施。(2)护坡泄水孔设置在 坡面高程处，泄水孔的施工与模袋的高压喷灌混凝土同步进行，排水塑料管内填塞化纤 透水材料。模袋内采用泵车自下而上从灌口喷送15号小石子(瓜子片)混凝土，坍落度15～20 cm。土工模袋护坡结构具有占地少、开挖土方量少的特点，就经受船舶碰撞而言，较斜坡式混凝土块护坡的抗损能力强，并减少了修筑围堰的费用，且有利于施工期的通航安全。以总体造 价来说，比浆砌块石驳岸造价要节省10%～15%(见图2)。 浆砌块石重力式驳岸一般由混凝土压顶、浆砌块石墙身、夹石混凝土底板三部分组成。20号混凝土压顶通常宽为 ～，厚，10号浆砌块石墙身不应采用风化的石料或光面卵石，砂浆或混凝土填料 应保证密实无空隙，亦不允许块石与块石直接搭接，15号夹石混凝土底板通常厚～ ，有的为满足抗滑要求而设前趾或后趾，并要求夹石混凝土底板的夹石量不大于10%。图2 土工模袋纵剖面布置图施工时应特别注意的是，在整个驳岸施工期间必须做好基坑排水，以确保基坑边坡稳定和干 地施工，对于处于粉砂土或亚粘土夹粉砂的地段，还必须采用轻型井点排水来降低地下水位 。另当墙身浆砌块石强度达到70%以上时方可进行墙后回填，回填土必须分层回填，分层夯 实，层厚不超过，采用人工或机械夯实均可，且同时应注意边角处的夯实，回填土干容 重应控制在15kN/m3以上。 浆砌块石衡重式驳岸衡重式较重力式驳岸，同样由混凝土压顶、浆砌块石墙身、夹石混凝土底板三部分组成，只是在墙背中部设一平台，然后以倒坡直至基底，从而形成一卸荷板，起到减小墙后土压力， 减小墙身断面的效果，如此则要求基坑土质好，基础承载力较大，达150kPa以上。以无锡新安镇段的浆砌块石衡重式驳岸为例，详见图3。 驳岸基础的软基处理措施苏南运河沿线驳岸基础下均存在局部厚度不一的软弱土层，根据各地驳岸高度及地质情况， 经论证分别采用不同的软基处理方案。图3 衡重式驳岸结构图(1)通常软弱土层较薄，基础下厚度在1～2m范围内的，采用将软土挖除然后进行抛石，采用抛石基床扩大基础加固地基为最经济合理的处理措施。(2)在常州、无锡等地段，驳岸墙高在4～5m范围内，基础下淤泥质粘土或亚粘土厚度在3～8 m，较常采用振冲碎石桩加固后复合地基承载力可达135kPa以上。(3)而在镇江丹阳市河段，有一段长度1500m的驳岸基础落在淤泥质亚粘土上，土层厚度最高 达，最大含水量为，其地基承载力仅为60～70kPa。在考虑软基处理方案时，从 丹阳城区房屋密集、基坑开挖和施工作业面狭小，及墙后若回填大量轻质煤渣则供料困难等 多方面综合考虑，以及综合造价的比较，最终选用直径50cm的粉喷桩加固地基。驳岸地 基采用粉喷桩处理后，形成复合地基，由于复合地基抗剪强度的提高，将改变岸坡原有的最 不利滑动面，从而增加了岸坡的整体稳定，其安全系数可提高20%左右。同时将驳岸基坑土 方开挖和混凝土底板浇筑由湿地施工改为干地施工，既提高了地基承载力，又大大减少了施 工难度，保证了施工质量。粉喷桩加固地基在施工时需注意：由于搅拌桩施工至顶端范围内，因上覆土压力较小，导致搅拌质量较差，故必须将顶端50cm挖除，以确保桩身强度；另在混凝土底板下应设置一碎石 垫层，其作用一是避免由于顶面整平情况不良而导致“脱空”现象的出现，改善基础与复合 地基的结合条件；二是由于桩顶刺入垫层，使得桩力在垫层中扩散，从而减少了桩对底板的 应力集中(见图4)。(4)在苏州吴江市三里桥以南段，土质表层为左右耕植土，其下为灰黄色的厚2～ 3. 5m的亚粘土层，下部为灰色淤泥切含大量腐植物，局部夹有泥炭层带细粉砂，含水量最高达76%，高压缩呈流塑状态，允许承载力仅为30～50kPa。为了既保证驳岸安全又节省投资，进 行了三种软基处理方案各试验了30m。一是小木桩群加固地基方案(见图5)，小木桩长为，桩梢直径为12cm，平面布置为50×50cm之梅花形布置；二是铺石基床加土工格栅方案(见图6)，基床在基础下超挖～，在铺石基床底部及中间各铺一层土工布格栅，基床上层为块石，下层为碎石垫层；三是铺石基床加有纺土工布方案，基床超挖～，先垫3 0cm厚中粗砂，然后铺土工布，再铺碎石及块石。图4 驳岸结构图(单位：mm)图5 驳岸 地基运用小木桩断面通过对这3个试验段的沉降与变形测试，并经施工完建期最不利工况的检验，发现3个方案的墙身均未发生变化，14天后沉降仅1～2cm，使用一年后也未见墙身发生变形(墙前的水下方 已按设计要求挖除)，说明处理方案是成功的。经各方面共同研究论证，认为上述三种软基处理方案技术上均可行，且造价相差不大，但小 木桩加固方案不要求基础下超挖，施工难度小，且木桩制作与施工方便、迅速，当地施工队 伍又有成熟经验，故决定采用小木桩加固方案，在吴江市软土段普遍使用。从现今运行情况 看，效果良好。图6 驳岸地基运用土工网格断面5 结束语苏南运河护岸工程在满足航道要求，节省投资和方便施工的前提下，因地制宜，可谓形式多样，种类甚多，为内河航道护岸工程建设积累了较多的成熟经验和成果。