朱 啟 劉衛(wèi)國

(1.安徽省引江濟淮集團有限公司,安徽 合肥 230000;2.中國水利水電第四工程局有限公司,青海 西寧 810000)

在水利水電施工過程中,對河道邊坡通常采用混凝土預制塊襯砌的方式進行防護。這種傳統(tǒng)的施工技術雖然成熟可靠,但是需要耗費大量的人力、物力,占用工作面大,工效低。在引江濟淮工程中很多河段都是利用原有的河道進行擴挖作業(yè),水下邊坡的防護受自然條件限制,旱地施工顯然并不科學。因此探索一種克服水下作業(yè)條件、實現(xiàn)帶水作業(yè)的河道邊坡防護技術,是十分必要的。在引江濟淮工程東淝河水下邊坡防護施工過程中,項目人員通過對國內多地航道整治工程調研并結合現(xiàn)場實際,研發(fā)出預制塊聯(lián)鎖矩陣軟體結構水下鋪排施工技術。該技術適用于內河河道邊坡防護施工,施工機械化效率高、經(jīng)濟環(huán)保、質量有保障。

1 工程概況

引江濟淮工程等別為Ⅰ等,工程規(guī)模為大(1)型。其中東淝河邊坡防護工程位于安徽省淮南市境內,施工樁號為J77+070～J97+505(茶庵鎮(zhèn)至瓦埠湖)、J141+600～J151+008(瓦埠湖出口至滁新高速橋),全長29.843km,包括輸水渠道工程和交叉建筑物兩部分。輸水渠道底寬60m,底高程13.4m,水下預制塊鋪排面積達146.3萬m2。

混凝土預制塊護坡采用C25混凝土預制塊,單體尺寸為560mm×500mm和580mm×438mm兩種,厚度為150mm。預制塊采用工廠化制作工藝、蒸汽養(yǎng)護達到設計強度要求。塊體采用鋪排布連接,選用230g/m2機織布+150g/m2無紡布,加筋帶與綁扎帶采用聚丙烯編織土工布,其中加筋帶寬5cm,綁扎帶寬3cm。

2 技術原理

首先采用陸地拼排吊裝沉排施工方法,該方法對吊機站位、吊臂長度和預制塊矩陣拼接場地等要求極高,導致很多河段無法開展施工。采用沉排施工工藝,沉排施工方法在國內水下鋪設鋪排工藝經(jīng)驗少、技術難度大,預制塊間聯(lián)鎖的卡鎖扣破損嚴重,塊體損壞率高,適應變形能力差,嚴重影響邊坡防護施工質量。

針對以上問題,通過實踐研究發(fā)現(xiàn),預制塊聯(lián)鎖矩陣軟體結構水下鋪排施工技術適合本項目。首先對預制塊結構型式進行優(yōu)化,施工時在鋪排船甲板上展鋪排布,在排布上編排預制塊單體,通過綁扎使其固定在排布上,形成整體的軟排體,再通過鋪排船將其鋪設到指定的水下岸坡位置,這樣形成一種平順柔性的護岸形式。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 測量定位

鋪排船主要依靠GPS衛(wèi)星水上導航系統(tǒng)的導航圖移至鋪排施工的范圍內,并垂直于排布軸線方向逐一拋投定位錨,確保船只的滑板方向與一級平臺方向垂直。在岸坡一級平臺外側要根據(jù)測量的點位布置石灰線,石灰線要確保平順,作為鋪排船定位的基準線。

3.2 坡面整修

河道水下疏挖后,配備削坡船結合衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)對坡面進行修整,使坡面平整,坡肩順直,不得欠挖并確保護坡外觀平順。露出施工期實測水位以上的坡面平整度允許偏差宜不大于15cm。

3.3 船只定位

進船前,進行施工區(qū)段的水位測量,保證船只能夠靠近岸坡,使船只滑板能夠靠近一級邊坡。

施工時,將船只移動至指定位置,船身平行于河道水流方向,開始拋錨定位;船頭、船尾兩側各拋設兩只錨索,收緊錨索,使船只固定,在船頭設置主纜連接鐵錨,可以承受下漂拉力,并在尾部應用尾纜,能夠同時控制船舶的移動,有效提升了系統(tǒng)控制的安全性和便捷性[1]。通過卷揚機收放錨索將鋪排船靠近一級平臺,并下放滑板,滑板放置與一級平臺頂部齊平。鋪排施工平面見圖1。

圖1 鋪排施工平面

3.4 排布展鋪

水下排布展鋪時,吊機將成捆的排布吊至甲板上,由工人將鋪排布展開,排尾拉環(huán)和滾筒上鋼纜相系,打開滾筒開關將排布自動卷入滾筒,直到排頭與滑板前沿平齊,關閉滾筒開關,停止卷布。

展鋪時,鋪排船將滑板放平,操作人員站在滾筒及排體兩側,人工繃緊排布,使排布無皺折,平順地鋪在甲板上。

根據(jù)進場的鋪排船甲板長度確定排體幅寬,兩塊排布搭接長度不小于1.5m,搭接寬度允許偏差±50cm。鋪排布沿排寬方向設有寬5cm的縱向加筋條,加筋條間距按編排需要定制,用于固定系結條和增加鋪排布抗拉強度,其長度與排長相同。在排布邊緣處的每個加筋帶上均設一個綁扎環(huán),環(huán)直徑80mm。順坡方向設置加筋帶,間隔按預制塊尺寸確定,以保證在每塊混凝土預制塊下布置加筋帶,以增加排布整體強度,加筋帶寬度為5cm,以防止鋪設過程中的撕裂和破壞。排布示意圖見圖2。

圖2 排布示意圖

排布排頭排位部位設置拉環(huán),以便于排頭埋設和排位連接,確保排體的整體平整。排布加筋帶上布置綁扎帶,以便于預制塊單體與鋪布間的固定。

卷鋪時,吊機將成捆排布吊至甲板上,由工人將鋪排布展開,排尾拉環(huán)和滾筒上鋼纜相系,啟動滾筒開關將排布自動卷入滾筒,直到排頭平展在滑板前沿,關閉滾筒開關。

展鋪時,鋪排船將滑板放平,操作人員站在滾筒及排體兩邊,用人力繃緊排布,使?jié)L筒上排布無皺折,平鋪在甲板和翻板上的排布,用人力拉平直,防止排布皺折、收縮。

3.5 水下預制塊編排

排布完成展鋪后,開始預制塊的編排,通過試驗段的鋪排效果以及對外觀質量和平整度的分析,確定本標段排體采用全順排的編排方式,以滿足設計要求和坡面的整體美觀性。

編排時,預制塊由運輸船運至現(xiàn)場,由船上起重機將預制塊吊到甲板上。在甲板的排布上進行編排,利用排布加筋帶上預設的綁扎帶將左右相鄰的兩塊預制塊進行綁扎,采用邊編排邊沉排的方式進行,根據(jù)甲板與滑板的寬度確定每次編排的長度。

3.6 預制塊排頭埋設固定

為保證水上與水下預制塊的結合平順,確保護坡的整體性、美觀性及施工工序的銜接性,同時能夠有效地保證水下預制塊排頭的固定牢靠,對水下預制塊的排頭固定采用兩種方案:對于右岸有一級平臺的部位采用平臺和水下坡面一體鋪設成型的方式,平臺處的排頭采用鋪設水上預制塊的進行固定;對于左岸無平臺處的部位采用開挖埋設槽的方式進行固定。岸邊作業(yè)見圖3。

圖3 岸邊作業(yè)示意圖

3.7 移船鋪放

鋪排船上配置專職測量人員,鋪排前預設定位軸線,軸線布置在一級平臺處,定位軸線始終保持與河道中心線平行,通過邊緣的點位控制排體的方向,以確保護坡的平順,減少疊排現(xiàn)象。

預制塊排頭固定以后,利用橫移錨將船只平緩退移,下放滑板,利用卷揚機釋放軟體排,在甲板上每次鋪排時通過GPS衛(wèi)星指導移船,使軟體排鋪設到位,當甲板上已編排的最后一行預制塊滑到甲板邊緣時,利用卷揚機將排體固定,停止移船。編排后半幅預制塊,直至編排完畢,再次移動船體,直至最排尾預制塊由于自重下沉,到達預定位置,剪斷排尾處尼龍繩,單塊排體鋪排完成。

排尾處拉環(huán)連接φ14尼龍繩,且始終處于緊繃狀態(tài),以保證鋪設坡面的整體平整度。船體滑板下的最大傾角控制在30°～40°。排體一端預留出1.5m排布,以便于下一排體的順利搭接,水上部分鋪排完成后人工重新進行編排,以確保與上一排體相互銜接良好。沉排作業(yè)見圖4。

圖4 沉排作業(yè)

3.8 外觀檢查驗收

完成鋪排施工后,對鋪設鋪面利用水上無人船進行測量驗收,將收集的數(shù)據(jù)進行整理,與鋪排前完成削坡的測量數(shù)據(jù)斷面進行對比,滿足坡比及平整度和搭接寬度要求后進入下一道工序。

4 材料設備與質量控制

4.1 材料與設備配置

材料及設備配置見表1。

表1 材料及設備配置

4.2 質量控制

4.2.1 根據(jù)水流調整工藝

在施工過程中,移船鋪排方向與水流方向垂直,水流會沖擊上游側排體,造成上游側軟體排收縮較大。在施工中應及時記錄水位與流速,為保證施工質量,當流速較大時暫停施工,待流速減小后恢復施工,同時可以視現(xiàn)場情況,將鋪排船向上游移動一定距離,以此彌補上游側排體收縮的損失[2]。

4.2.2 搭接寬度控制

a.明確下排位置。由于水流、移船對排頭鋪設位置影響較大,因此,移船開始鋪排時,根據(jù)實際水流情況,超前理論設計排邊一定距離,保證鋪排完成后邊線符合設計要求。

b.預留充足橫向收縮量。在鋪設排體時,排體單邊預留不小于1.5m寬的搭接排布,以保證與下一排體的搭接,搭接時,注意控制排頭的定位,確保排體的單邊能夠準確地按壓在預留的搭接帶上,避免出現(xiàn)疊排現(xiàn)象。完成鋪排后對水上部分搭接斷面進行人工修整,確保相鄰預制塊單體間相互銜接。

c.合理選擇下排時間。為避免排頭下放時受水流的過大影響,在施工時應選擇高平潮時下放排頭,在落潮時施工,每小時潮差小,水流平緩,水流方向與鋪排船移動方向相反,頂水鋪排,使排布展開充分,可以有效保證排體搭接[3]。

4.2.3 排頭固定

排頭固定是決定排體固定就位和排體安全保護的關鍵,設有一級平臺的部位進行水下預制塊鋪設時,排頭部位通過水上預制塊鋪設按壓進行錨固,確保整體沉排時排體穩(wěn)定。未設有一級平臺的灘地等地段,預制塊鋪設施工時,排頭向岸坡方向延伸3m,并采用壓載物(沙袋、預制塊、錨樁)將排頭部位進行壓載穩(wěn)固。施工時將預制塊全部綁扎到位,使之與排布形成一個整體。

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4.2.4 適時調整滾筒

適時調整滾筒,保持排體處于合適的松弛狀態(tài),避免同一處排體始終與翻板摩擦,造成排體疲勞破壞,防止排體出現(xiàn)起毛、撕裂現(xiàn)象。

4.2.5 避免排布撕裂

鋪設前及時檢查驗收排布的完整性,檢查完好后方可卷入滾筒。鋪設時隨時檢查排布,編排過程中嚴格落實排布的保護措施,確保每一塊排體下的排布完整,無撕裂現(xiàn)象。

4.2.6 做好成品保護

聯(lián)鎖塊之間及聯(lián)鎖塊與排體之間需要連接牢固緊密,對于已鋪好的排布,需要及時做好保護措施,避免各類突發(fā)情況損壞已鋪好的排布[4]。

5 安全及環(huán)保措施

6 效益分析

6.1 縮短工期

使用預制塊聯(lián)鎖矩陣軟體結構水下鋪排施工技術,加快了施工進度,完成效率較高,預制塊破損率明顯降低,此外施工單位還使用了聯(lián)鎖混凝土體工廠化生產(chǎn)技術,機械化生產(chǎn)效率高,預制塊提供充足,實際工期比計劃工期提前3個月。

6.2 節(jié)約投資

與傳統(tǒng)旱地施工工藝相比,該工程施工采用的預制塊聯(lián)鎖矩陣軟體結構水下鋪排施工技術節(jié)約投資約6600萬元。

6.3 社會效益好

該施工技術具有廣泛的適應性,適應水下復雜的岸坡環(huán)境,突破了以往旱地水下混凝土襯砌的局限性,實現(xiàn)了綠色環(huán)保的生態(tài)河道治理理念,符合可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)保理念。

7 結 論

預制塊聯(lián)鎖矩陣軟體結構水下鋪排施工技術已在引江濟淮工程中成功應用。預制塊聯(lián)鎖矩陣軟體結構水下鋪排施工技術突破了水下預制塊矩陣軟體結構搭接控制、撕排、疊排的技術瓶頸,形成了一套比較成熟的施工工藝,該技術解決了河道水下岸坡防護施工難題,減少了施工難度,加快了施工進度,具有到良好的社會效益和廣泛的應用前景。