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        長江南京以下12.5 m深水航道工程深水軟體排設(shè)計施工

        2014-12-18 11:19:52阮學(xué)成王翔劉滔
        中國港灣建設(shè) 2014年12期
        關(guān)鍵詞:軟體深水水深

        阮學(xué)成,王翔,劉滔

        (1.中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司,上海 200032;2.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司,天津 300222)

        1 工程概況

        1.1 工程地形變化

        長江南京以下12.5 m深水航道一期工程通州沙整治建筑物工程于2012年9月份開工建設(shè),開工前對水下地形進(jìn)行工前測量,分析地形資料發(fā)現(xiàn)狼山沙左緣在半年間出現(xiàn)了5 m、10 m、12.5 m等深線均后退40~50 m的情況,其中T12+45—T12+50段后退70~160 m間,并且出現(xiàn)無規(guī)律的間斷沖刷坑,沖刷坑最大深度15~21 m不等,且沖刷坑邊坡陡于1∶3,給軟體排的鋪設(shè)施工帶來安全問題,需進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)計,同時需對軟體排的鋪設(shè)船機(jī)進(jìn)行必要改造。

        1.2 采取措施

        針對地形變化,根據(jù)工前地形測量資料采取如下措施:1)對局部沖刷坑進(jìn)行處理;2)對深水段的軟體排結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整;3)根據(jù)工前測量資料,調(diào)整軟體排布置。

        2 深水軟體排設(shè)計

        2.1 對沖刷坑的處理

        根據(jù)該區(qū)域整治建筑物的穩(wěn)定設(shè)計和地基土壤的穩(wěn)定分析,岸坡的穩(wěn)定坡度一般在1∶3左右,出現(xiàn)沖刷坑后,灘面與深坑的坡度變陡,在受到一定的荷載作用后,邊坡土體極易發(fā)生塌陷和下滑,從而對鋪設(shè)的軟體排造成變位和破壞,不滿足軟體排鋪設(shè)后的長期安全穩(wěn)定使用要求,因而需要對沖刷坑進(jìn)行必要的拋填袋裝砂進(jìn)行修坡,直到坡度緩于1∶3再進(jìn)行軟體排鋪設(shè)。采用4 m×6 m、2.8 m×2.8 m規(guī)格的230 g/m2長絲機(jī)織布充填砂袋進(jìn)行拋填處理。

        2.2 深水軟體排加筋帶設(shè)計

        2.2.1 排體加強(qiáng)設(shè)計

        軟體排的強(qiáng)度由排體布和加筋帶共同構(gòu)成,考慮到軟體排的鋪設(shè)方式為卷筒纏繞排體,混凝土聯(lián)鎖片壓載塊系結(jié)在加筋帶上,排體的受力主要由加筋帶承擔(dān),在最不利受力時基本不考慮排體布的強(qiáng)度,因而對軟體排的加強(qiáng)設(shè)計主要通過增大加筋帶規(guī)格或增加加筋帶數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。加筋帶技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

        表1 加筋帶技術(shù)指標(biāo)Table1 The technical indicators of reinforced belts

        2.2.2 不同水深加筋帶根數(shù)計算

        不同水深加筋帶根數(shù)計算見表2。

        表2 加筋帶計算結(jié)果Table2 The calculation results of reinforced belts

        2.2.3 加筋帶布置示意

        根據(jù)軟體排鋪設(shè)斷面的水深變化,加筋帶數(shù)量可分段布設(shè)。按照水深15 m、20 m、25 m、30 m等不同數(shù)值分別計算各個深度段軟體排所需的加筋帶數(shù)量,示意圖如圖1。

        以30 m水深的軟體排示例,每m布置8根5 cm的丙綸加筋帶,每個聯(lián)鎖片單元的加筋帶布置如圖2。

        圖2 聯(lián)鎖片單元軟體排加筋帶布置示意圖(單位:cm)Fig.2 The layout of reinforced belt with soft mattressin interlocking blocks unit(cm)

        聯(lián)鎖片單元為400 cm×500 cm(每個單元包含80個480 mm×480 mm規(guī)格聯(lián)鎖塊單體,用丙綸繩連接),沿400 cm(寬度方向)每m布設(shè)8根加筋帶,即4×8=32根加筋帶。

        3 深水軟體排計算

        3.1 計算標(biāo)準(zhǔn)與計算外力

        根據(jù)《水運(yùn)工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》[1]中9.2.4條,軟體排抗拉安全系數(shù)在滿足施工期和使用要求的情況下宜取3;混凝土聯(lián)鎖塊按照均布荷載施加于排體上;排體考慮水流力作用,根據(jù)潛堤軸線與水流流向關(guān)系,水流力作用與排體間按照15°角考慮;施工過程中,排體所受外力主要由加筋帶承受,且排體丙綸機(jī)織布的延伸率與加筋帶不同,不會同時達(dá)到最大拉力值,因此排布拉力考慮0.5的折減系數(shù);軟體排移船距離按照小于20 m計算;施工過程中波浪力影響、排體自重與收縮影響等均包含在3.0的安全系數(shù)內(nèi),不再另外考慮。

        3.2 計算方法

        排體按照懸鏈線雙曲余弦函數(shù)計算[2],軟體排沉排軌跡公式為:

        水流力計算文獻(xiàn)[3]為:

        式中:K為擋水形狀系數(shù),矩形取1.0;A為有效受力面積;rw為水的重度,取10.25 kN/m3。

        計算條件:鋪排船甲板到水面高度2 m,鋪排船翻板角度取40°,斷面垂線平均流速取2 m/s,排體寬度取38.5 m,混凝土聯(lián)鎖塊占軟體排面積核算后取92.16%,混凝土聯(lián)鎖塊水下重度取13 kN/m3。

        4 深水軟體排施工工藝

        深水軟體排鋪設(shè)受流速、潮汐和排長影響更甚于普通軟體排,鋪排施工過程中的風(fēng)險因素增加,排體收縮較大。深水鋪排對施工船舶性能提出了極高的要求,同時也要改進(jìn)施工工藝,才能保證深水鋪排的施工安全和排體鋪設(shè)后的平面位置及搭接要求。

        4.1 施工船機(jī)參數(shù)

        目前國內(nèi)軟體排鋪設(shè)水深基本都在20 m以內(nèi),經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐證明難以勝任本工程20~30 m水深軟體排鋪設(shè)任務(wù)。為了確保工程質(zhì)量及安全,施工單位結(jié)合現(xiàn)場水深、流速及航道工況對軟體排鋪設(shè)船進(jìn)行了重新設(shè)計,設(shè)計改造了2條深水鋪排船“半潛1號”和“反駁126”,其中“半潛1號”深水鋪排船的船機(jī)參數(shù)如表3。

        表3 半潛1號船體參數(shù)Table 3 Theparametersof Banqian I vessel

        重點(diǎn)設(shè)計改造了錨泊設(shè)備與翻板系統(tǒng):采用7 t大抓力錨,船首和船尾各配置3個,錨機(jī)采用功率110 kW的500 kN變頻錨絞車;增設(shè)2臺20 t克令吊;增設(shè)軟體排張卷滾筒,滾筒長40 m,滿足38.5 m寬軟體排鋪設(shè)需要;考慮翻板結(jié)構(gòu)端部豎向荷載和被動滾筒受排布拉力增大,加強(qiáng)了翻板固定裝置和滾筒的驅(qū)動裝置。

        4.2 施工工藝

        深水軟體排施工工藝與普通軟體排基本相同,不同之處在于移船的方式。首先將排布展開卷到滾筒上,鋪排船準(zhǔn)確定位,聯(lián)鎖塊運(yùn)輸船靠泊在鋪排船的另一側(cè),由鋪排船上吊機(jī)吊聯(lián)鎖塊工人輔助將聯(lián)鎖塊擺設(shè)在軟體排上,綁扎聯(lián)接繩完成后,按照異步放排移船鋪排方式[2]鋪設(shè)軟體排。

        4.3 施工注意事項(xiàng)

        以潛堤B2-148號典型深水軟體排施工為例,排體所在區(qū)域的水下地形起伏較大,泥面標(biāo)高從-4.3 m降到-31.1 m(為85高程),平均水位在0.8 m左右。施工注意事項(xiàng)[4]如下:

        1)深水軟體排排體末端的加筋圈和卷筒上各系點(diǎn)所設(shè)置的鋼絲繩,因排體布置的加筋帶增多,系點(diǎn)鋼絲繩也增多,為使排體受力均勻,卷起的鋼絲繩和丙綸繩每條繩都需要有工人監(jiān)看,以便隨時糾正繩位,使繩位始終卷在系點(diǎn)左右位置,排體上卷時卷筒的兩端需工人隨時糾正排體位置,同時甲板上排體兩側(cè)也需要工人整平預(yù)卷排體,確保排體平整均勻卷在卷筒上。

        2)深水軟體排懸掛長度增加,移船距離需精確計算,根據(jù)滑板下邊緣到水底泥面的距離、排體定位的坐標(biāo)和已下放的軟體排長度,計算出已沉放到泥面上的軟體排長度,以確定移船的距離,同時要避免排體定位失誤。移船距離要略小于落在泥面上的軟體排的長度,減少排布受力,防止排體被拖移或排布撕裂。

        3)鋪排施工水深最大達(dá)30 m以上,軟體排懸掛較長,現(xiàn)場流速觀測發(fā)現(xiàn)落潮流速大于漲潮流速,最大瞬間流速達(dá)5 m/s,排體側(cè)向受水流力收縮較大,斷面垂線平均流速大于2 m/s時需暫停鋪設(shè)避流,以減小縮排,保證鋪排質(zhì)量。

        4)深水軟體排檢測:目前軟體排施工質(zhì)量檢測一般采用傳統(tǒng)的浮標(biāo)倒垂法加潛水員水下探摸檢測方式。水深較深,浮標(biāo)系繩較長,拉伸不直,不能確保浮標(biāo)系繩拉緊處于垂直狀態(tài),測量浮標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)偏差較大,精度不高。另外,深水潛水的工作效率及潛水員安全因素問題也很突出。因此深水軟體排的鋪設(shè)質(zhì)量檢測需要采用高精度、適合深水區(qū)的盤掃聲吶、短基線等新型軟體排檢測方式。

        5 結(jié)語

        從實(shí)際施工過程看,按照上述計算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計加工的軟體排在施工過程中是安全可靠的,未出現(xiàn)排體撕裂、斷開現(xiàn)象;同一張軟體排排體強(qiáng)度、構(gòu)造按照水深分段設(shè)計是可行的;排體計算安全系數(shù)取3.0,由于規(guī)范中未明確說明安全系數(shù)所包括的各項(xiàng)因素、內(nèi)容,因而在計算時不能進(jìn)行針對性的優(yōu)化,某些情況下可能造成安全系數(shù)偏大。

        深水軟體排的施工主要依靠軟體排鋪設(shè)船機(jī)的施工能力,包括錨及錨機(jī)能力,若不滿足要求則會出現(xiàn)鋪設(shè)中船舶走錨,甚至出現(xiàn)排體帶著船舶漂移的現(xiàn)象。每張軟體排鋪設(shè)時應(yīng)選擇平潮時段進(jìn)行排頭鋪設(shè),在流急時段應(yīng)避流暫停施工;丙綸加筋帶的強(qiáng)度相對低于滌綸加筋帶,但縫制性能好于滌綸加筋帶;30 m水深排體的加筋帶非常密,加工與鋪設(shè)均存在難度,實(shí)際施工中未發(fā)現(xiàn)排體斷裂現(xiàn)象,對此應(yīng)該可以作進(jìn)一步優(yōu)化。

        [1]JTJ239—2005,水運(yùn)工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].JTJ 239—2005,Technical codefor application of geosynthetics for port and waterway engineering[S].

        [2]馮海暴.長江航道整治工程惡劣工況深水鋪排懸鏈線理論研究及應(yīng)用[J].中國港灣建設(shè),2014(1):22-25,31.FENGHai-bao.Theoretical study and application on thearrangement of catenary in deepwater under severe operation conditions of the Yangtze River channel regulation project[J].China Harbour Engineering,2014(1):22-25,31.

        [3]JTS144-1—2010,港口工程荷載規(guī)范[S].JTS144-1—2010,Load codefor harbor engineering[S].

        [4]中交第一航務(wù)工程局有限公司.長江南京以下12.5 m深水航道一期工程通州沙整治工程深水軟體排鋪設(shè)施工方案[R].天津:中交第一航務(wù)工程局有限公司,2012.CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.Construction scheme of laying deepwater soft mattress for the Tongzhousha regulation project of 12.5 m deepwater channel phaseⅠproject from Nanjing in the Yangtze River[R].Tianjin:CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,2012.

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