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.