陳 偉

(安徽省馬鞍山市水利局,安徽 馬鞍山 243000)

長江馬鞍山河段是《長江流域綜合規(guī)劃》確定的長江干流中下游16個重點治理河段之一。近十幾年來,馬鞍山河段河道沖刷較明顯,崩岸頻繁,且強度較大,對河勢穩(wěn)定、防洪安全及岸線利用等帶來極為不利的影響。因此,急需對河道進行綜合治理、系統(tǒng)治理,對已建護岸工程進行加固,繼續(xù)發(fā)揮馬鞍山河段一期整治效果;同時對已出現(xiàn)的新崩岸險情進行治理,以便有力維護河段河勢和岸坡穩(wěn)定。水下拋石作為河道整治工程中最常用的措施之一,廣泛應(yīng)用于各類護岸、護底工程。傳統(tǒng)的水下拋石計量大多采用船上量方或吃水線法,在數(shù)量控制上稍有不嚴,就會產(chǎn)生很大虛方量,影響整體工程質(zhì)量。為更好地達到水下拋石“準、足、勻”的質(zhì)量目標,在剛剛通過竣工驗收的長江馬鞍山河段二期整治工程七標段中,首次采用了浮吊船料斗稱重拋石法,并全過程視頻監(jiān)控錄像,取得了良好的效果。

1 工程概況

長江馬鞍山河段二期整治工程是國家172項節(jié)水供水重大水利工程的子項目之一,是安徽省重點工程。工程治理范圍為長江干流陳家洲汊道段中部的四褐山至馬鞍山河段尾,全長約42km。工程任務(wù)是維護馬鞍山河段河勢和岸坡穩(wěn)定,保障地區(qū)防洪安全、岸線利用、供水安全及航道穩(wěn)定。工程建設(shè)內(nèi)容為新建護岸工程11.5km,加固護岸工程26.1km,新建小黃洲左汊口門護底工程0.9km。主要工程量:土方開挖及回填19.76萬m3、散拋塊石274.11萬m3、預(yù)制塊護坡17.86萬m2、塞克格賓13.65萬m3、系混凝土塊軟體排42.19萬m2、土枕填槽25.42萬m3和混凝土鉸鏈排8.50萬m2。護岸工程采用平順護岸型式,分水上護坡和水下護腳兩部分。水上護坡分別采用生態(tài)混凝土鎖塊、雷諾護墊、生態(tài)混凝土鎖塊結(jié)合格賓石籠和散拋塊石等型式,水下護腳分別采用散拋塊石、塞克格賓、混凝土鉸鏈排等型式。工程批復(fù)概算投資102750萬元。共劃分7個施工標段,其中當涂縣境內(nèi)4個施工標,和縣境內(nèi)2個施工標,馬鞍山市區(qū)1個施工標,見圖1?？傮w上分三個階段實施。2019年汛前,實施一、五標段;2019年汛后,實施二、六標段;2020年實施三、四、七標段。計劃工期36個月。主體工程于2019年1月開工,2021年8月完工,實際工期32個月,比計劃工期提前4個月。

圖1 工程總平面布置示意圖

該工程水下散拋塊石總量274.11萬m3。量大點多面廣,工期緊、任務(wù)重。其中,七標段合同價25964.67萬元,水下拋石數(shù)量80.14萬m3,在整個工程拋石量中占比30%,也是本工程中開工最遲、投資最多、難度最大的標段。由于該標段施工區(qū)域水流復(fù)雜,主航道區(qū)域船舶交通流量大,且冬雨季特殊時期施工易受大風、雨雪等天氣影響,安全因素多,施工困難大。2020—2021年期間,受開采條件限制,馬鞍山市本地及周邊地區(qū)石料供應(yīng)嚴重不足,價格大幅上漲。經(jīng)調(diào)查,外地如武漢、重慶等地有石料供應(yīng)。因路程較遠,只有選擇大噸位深艙自航駁船運輸才最經(jīng)濟合理。但深艙船運輸面臨計量難問題,若按之前幾個標段采用的平板船吃水線法計量拋投,外地深艙船運輸石料抵達工程區(qū)域后,需先到指定碼頭卸料,再由挖掘機裝料到已劃定吃水線的平板船,再運至工程現(xiàn)場掛擋拋投,無形中增加了成本,也降低了工效。因此,在七標段拋石施工時,各參建單位結(jié)合實際,大膽實踐,采用浮吊船料斗稱重拋石法控制水下拋石質(zhì)量。

2 浮吊船料斗稱重拋石法的應(yīng)用

2.1 作業(yè)程序

以浮吊船作為定位船,在浮吊船起重機吊鉤下掛電子吊秤,再將制作好的鋼質(zhì)料斗作為石料裝具,掛在電子吊秤下方[1]。深艙自航駁船抵達施工區(qū)域后,建設(shè)、監(jiān)理和施工單位(以下簡稱三方)先對船上裝載石料質(zhì)量進行初驗,驗收通過后運料船靠泊在浮吊船外側(cè),挖掘機將石料裝入料斗,浮吊船起重機起吊,待料斗提升到一定高度穩(wěn)定后,電子吊秤數(shù)據(jù)鎖定,施工員打印稱重小票,起重機操作員再將料斗轉(zhuǎn)至內(nèi)側(cè)指定區(qū)域拋投。待料斗石料拋凈后,回轉(zhuǎn)至石料船艙,準備下一輪裝料及拋投作業(yè),如此反復(fù)操作。拋石施工流程見圖2。浮吊船水下拋石施工現(xiàn)場見圖3。

圖2 拋石施工流程

圖3 浮吊船水下拋石施工現(xiàn)場

2.2 施工準備

2.2.1 施工船舶及特種作業(yè)人員配備

選擇旋轉(zhuǎn)變幅式起重船(即浮吊船)作為定位船兼拋石船[2],起重機有FQ10-25、FQ20-25、FQ525等型號,吊車起吊能力在15～50t,吊臂最大長度達26.8m。石料船為深艙自航駁船(噸位3000～6000t)。共投入深倉船28艘,浮吊船15艘,交通艇7艘,錨艇10艘,應(yīng)急拖輪2艘,挖掘機20臺;配置施工現(xiàn)場特種作業(yè)人員:深艙船駕駛員36人,浮吊船駕駛員12人,挖機操作手6人,電工2人。

2.2.2 料斗制作安裝

采用鋼質(zhì)方形料斗裝載石料,在料斗上口四個角連接6根φ14鋼絲繩。其中,提升側(cè)吊頭兩個吊點各連接2根吊繩,用于提升料斗拋投石料。料斗自重約3t,每斗石料毛重12～18t,凈重9～15t。

2.2.3 電子吊秤選擇

選擇20t電子吊秤(型號:OCS-20),具有無線遠傳功能,配無線遙控器,可無線打印小票。票據(jù)顯示內(nèi)容有:日期、時間、流水號、石料凈重等信息。

2.2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)布置

在浮吊船上安裝移動布控球機、紅外網(wǎng)絡(luò)槍機、硬盤錄像機、視頻存儲磁盤柜、UPS、8T企業(yè)級硬盤等。設(shè)置3處視頻監(jiān)控點,一處監(jiān)控石料船艙,錄制挖掘機裝斗過程;一處監(jiān)控料斗,錄制起重機起吊、穩(wěn)定稱重、旋轉(zhuǎn)、定點拋投及空料斗回轉(zhuǎn)入艙,繼續(xù)裝填下一斗的全過程;一處監(jiān)控稱重小票打印控制室,錄制人員值守、票據(jù)打印及票據(jù)信息。

2.2.5 輔助船及其他有關(guān)設(shè)備配置

為強化現(xiàn)場施工管理,配備應(yīng)急拖輪、起錨艇、交通船、警戒船,以及高頻對講機、GPS測量儀器、RTK、攝像機、臺式電腦、打印機、發(fā)電機等。

2.3 關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制

2.3.1 拋石定位偏移量確定

在正式拋投前,先進行漂距試驗。稱取30cm、40～50cm、60cm粒徑塊石各一塊,分別注上標記,選擇不同水深和流速區(qū)域進行試驗。通過試驗得到實測漂距,并將實測水深、流速及塊石重量等數(shù)據(jù)代入經(jīng)驗公式L=0.8VH/W1/6計算,將兩者結(jié)果進行比對,從而分析確定不同粒徑塊石在不同區(qū)域的漂距[3]。

2.3.2 浮吊船定位

按照預(yù)先測量放樣好的橫斷面定位線駐位,船身平行于水流方向,采用“四錨法”固定,在船頭及船尾兩側(cè)分別用兩根錨呈八字形斜拉固定。先在浮吊船船邊拋石側(cè)設(shè)置兩個定位點,做初步定位,再采用GPS-RTK對浮吊船前后兩個拋點進行精確定位,預(yù)留出漂距,定好里程樁。定位時考慮漂距,偏移設(shè)計網(wǎng)格線進行定位,見圖4。

圖4 定位船定位示意圖 (單位:m)

2.3.3 拋投施工作業(yè)

水下拋石施工遵循“先遠后近,先深后淺,先上游后下游”的順序進行[4],以達到“先鎮(zhèn)腳,后穩(wěn)坡”的護岸效果。將石料船靠泊在浮吊船外側(cè),船身平行于浮吊船,內(nèi)側(cè)為拋石施工區(qū)域,完成上述流程后即可進行拋投作業(yè)。

a.每天開工前,三方首先檢查攝像頭位置及工作狀態(tài);其次檢查電子吊秤與接收器;三是檢查起重機纜繩、吊環(huán)等設(shè)施是否完好;最后測量實時流速、漂距,精準調(diào)整拋投點位置。

b.拋投作業(yè)時,第一吊先稱料斗自重,并同往期數(shù)據(jù)比對、復(fù)核。正式起吊后,施工員做好每斗計量和拋投擋位記錄,監(jiān)理工程師旁站、建設(shè)單位派員全程監(jiān)督。

c.斷面拋完后,按照設(shè)計要求及時將定位船移至下一個斷面拋投。

d.拋投過程中,采用多波束儀器進行測量,檢查塊石拋投效果。

e.拋投結(jié)束后,施工人員及時準確地將拋投量繪在擋位圖上,每天完成當天拋投量統(tǒng)計、匯總,認真收集施工記錄、稱重票據(jù)及視頻錄像,做好整理和存檔,見圖5～圖7。

圖5 水下拋石每日統(tǒng)計

圖6 電子吊秤稱重票據(jù)

圖7 浮吊船水下拋石施工

2.4 質(zhì)量控制要點

水下拋石工程隱蔽性強,受外部客觀因素影響大,質(zhì)量控制是關(guān)鍵。施工過程中,既要嚴格把好塊石原材料關(guān),更要從“拋準、拋足、拋勻”三個方面強化過程控制。

2.4.1 石料控制

所選塊石要求質(zhì)地堅硬,濕抗壓強度大于50MPa,軟化系數(shù)大于0.7;塊石含泥量不得超過1%;比重不小于2.55t/m3;單塊重量通常在20～90kg。杜絕尖角、條狀、薄片等形狀的塊石及風化石、水解石、碎石等不合格的石料。為保證拋石整體具有良好的級配,塊石粒徑通常在0.3～0.6m,不宜過大或過小,不符合設(shè)計要求粒徑的石料不超過5%～10%。石料進場前,三方共同派員查驗石料;進場后,在監(jiān)理工程師見證下取樣,送有資質(zhì)的檢測公司檢驗,檢測合格后方可使用[5]。

2.4.2 拋準控制

將拋投區(qū)域按15m×5m劃分為若干個單元網(wǎng)格,沿順水流方向長15m、垂直水流方向5m為一個擋位,精準定位拋投。施工單位測量員按設(shè)計給定的拋投區(qū)域坐標數(shù)據(jù),通過GPS平面控制與浮吊船載RTK聯(lián)測,建立船載RTK網(wǎng)格平面測控數(shù)據(jù)網(wǎng)[6]。監(jiān)理工程師再利用GPS對浮吊船位置進行復(fù)測,并監(jiān)督現(xiàn)場施工技術(shù)人員做好漂距測量,確保拋投位置準確;拋投過程中施工人員時刻關(guān)注浮吊船位置和方向,一旦發(fā)現(xiàn)GPS異常、監(jiān)控畫面偏移、定位船偏位等現(xiàn)象,立即暫停施工,及時報告,待查明原因排除故障后,調(diào)整復(fù)位,恢復(fù)作業(yè)。

2.4.3 拋足控制

足額拋投單元網(wǎng)格石料是衡量水下拋石質(zhì)量的重要標準,只有做到拋石數(shù)量達到設(shè)計要求方量,工程質(zhì)量才有保證。因此,施工中采取“以小格保大格”的方式,足額拋投每個單元網(wǎng)格石料。

a.石料拋投過程中,質(zhì)檢員通過電子吊秤機打小票實時累計拋投數(shù)量,確保每個擋位拋投數(shù)量達到設(shè)計要求。一個單元網(wǎng)絡(luò)拋投結(jié)束后,通過視頻回放,若發(fā)現(xiàn)夾雜不合格石料時,予以扣方,進行補拋,補拋量由三方共同確定?？鄯搅靠蓞⒄账鶌A雜不合格料在整船中占比進行扣除,以保證每個網(wǎng)格實際拋投量必須大于或等于設(shè)計量。

b.為保證計量準確,施工單位投入使用的電子吊秤必須出具檢定證書或產(chǎn)品合格證,且在有效期限內(nèi)。監(jiān)理部另配一臺電子吊秤,不定期復(fù)核校驗浮吊船使用的稱重系統(tǒng),若出現(xiàn)實際稱重誤差大于標定報告允許偏差值,要求所在浮吊船立即停止施工,復(fù)核及更換吊秤,合格后方可繼續(xù)拋投作業(yè)。

2.4.4 拋勻控制

為保證拋投均勻度,根據(jù)浮吊船起重機旋轉(zhuǎn)半徑和吊臂長度,將15m×5m單元小區(qū)再等分成上、中、下3個拋區(qū)(5m×5m)。采取單斗分次鋪開均勻拋投的方法,分層拋投,在一個拋區(qū)內(nèi)拋石層不應(yīng)少于2～3層,以保證河床上任何部位都能至少覆蓋2層以上塊石,防止河床遭受沖刷[7]。特別遇設(shè)計拋石厚度較小時,督促浮吊船操作員嚴格起吊操作規(guī)程,控制好吊臂旋轉(zhuǎn)角度,精準定位拋投,嚴禁集中拋投。

如:按水下拋石厚度0.8m計算,一個單元網(wǎng)格方量為15×5×0.8=60m3。按照1.7系數(shù)換算成噸位即60×1.7=102t,分攤到5m×5m每個小格方量為102÷3=34t。按照每斗石料凈重9～15t計,一個小格可按3～4斗控制。

除做好以上方面過程控制外,該工程采取全過程水下跟蹤測量。單元施工前,三方采用多波束儀器對拋石區(qū)域水下原地形進行聯(lián)合測量;施工完成后,施工單位及時進行自測,自驗合格后,將測量成果上報監(jiān)理部;監(jiān)理部及時按平行檢測頻率進行復(fù)測。單元完成后,建設(shè)單位委托第三方竣工檢測單位及時進行竣工復(fù)測,對工程所在測區(qū)跟蹤進行地形圖和斷面圖測量。若發(fā)現(xiàn)存在漏拋或欠拋現(xiàn)象,及時進行定位補拋,待達到設(shè)計要求后,方可通過驗收。

2.5 安全管理措施

2.5.1 施工安全

a.本方法為水上吊裝作業(yè),水上工人作業(yè)必須戴安全帽、穿救生衣,配備救生船,派潛水員值班監(jiān)護。工程所用浮吊船、運料船等水上作業(yè)船機須經(jīng)船舶檢驗部門檢查合格后方可投入使用[8]。

b.嚴格遵守吊裝作業(yè)相關(guān)操作規(guī)定,起吊作業(yè)由專人指揮,起吊前掛鉤人員仔細檢查,保證掛鉤牢靠,掛好料斗后及時撤離,避免提升后鋼絲繩斷裂或塊石墜落發(fā)生安全事故。要經(jīng)常性檢查浮吊船起重機械鋼絲繩、吊具設(shè)施等,消除設(shè)備安全隱患。施工期間,安排專人跟蹤維修、保養(yǎng),經(jīng)常性開展安全檢查,確保施工機械運行安全[9]。

c.當出現(xiàn)大風、大霧等惡劣天氣不適合施工作業(yè)時,現(xiàn)場需停止施工并加強安全巡查,定位船及掛擋靠泊的石料船必須有專人24小時值班。

2.5.2 通航安全

a.由于工程施工區(qū)域位于長江主航道,浮吊船長期占用航道,工程所需石料船、交通船在航線上頻繁穿梭,對過往的船舶航行也會產(chǎn)生一定影響,存在安全隱患。為此,工程開工前就向航道、海事部門報告,提前做好《通航安全保障方案》《專用航標設(shè)置方案》編制,并及時報請審查,辦理通航水上水下施工作業(yè)許可。

b.作業(yè)水域范圍經(jīng)航道部門批準發(fā)布通告后,按要求在工程施工區(qū)域四周設(shè)置了多處警示標志(浮標)和防護設(shè)置,夜間保證有足夠的照明和信號;并配置警示船在作業(yè)區(qū)上下游全天護航,防止過路通航船只進入施工區(qū)域。

3 拋投效果檢測與分析

3.1 測繪方法與設(shè)備

采用RTK+海卓MS400多波束測深系統(tǒng)對拋石區(qū)進行水下地形掃測,掃測結(jié)果全數(shù)字化成圖[10]。對拋前、拋后的水下地形資料進行對比,計算出典型斷面的拋石厚度。該工程地形圖測繪比例尺為1∶1000,基本等高距為1.0m。橫斷面測量間距:施工前測量為200m左右,施工后測量為40m左右,橫斷面圖繪圖比例尺為1∶500。

3.2 測繪成果

工程水下測量工作自2019年4月開始,至2021年8月結(jié)束。共完成1∶1000地形圖測量合計23.5km2,1∶500河道橫斷面957條,合計斷面線292.8km。通過施工前后斷面對比分析,拋石區(qū)域水下地形明顯增高,符合規(guī)范及設(shè)計要求。本工程共檢測拋石厚度點數(shù)2895個,合格點數(shù)2216個,合格率76.55%?？⒐を炇諟y量成果報告數(shù)據(jù)顯示,七標段水下拋石厚度測點合格率最高,可以看出拋石效果最好,見表1。

表1 拋石厚度測點統(tǒng)計

4 浮吊船料斗稱重拋石法優(yōu)勢分析

4.1 拋投準度高

采用浮吊船作為定位船,通過GPS平面控制與浮吊船載RTK聯(lián)測,有效解決了定位船的位移問題。加上浮吊船起重機的精確定位,提升了拋投的準確度,保證了拋投斷面的成型質(zhì)量。

4.2 計量精度高

水下拋石計量通常采用船上量方和吃水線法,兩種方法都存在很大的人為因素影響[11]。浮吊船料斗稱重拋投法借助浮吊船起重機吊鉤下掛電子吊秤自動稱重系統(tǒng),采取“以單斗保單元,以單元保整體”的方式,做到了石料拋投數(shù)量控制精細化、規(guī)范化、透明化。

4.3 掛擋效率高

深艙自航駁船裝載噸位大,遠程運輸成本低。運料船行駛到施工區(qū)域后直接靠泊定位船,三方驗收合格后,即可進行掛擋拋投作業(yè),不僅省去了石料船在碼頭二次倒運成本,又提高了工作效率。

4.4 安全系數(shù)高

平板船配合挖掘機拋石作業(yè)時,因偏離重心,使得挖掘裝置自身與石料船缺乏穩(wěn)定性,過擋期間很容易造成重心偏斜,導(dǎo)致挖掘機落水或運輸船傾斜[12]。尤其在冬季溫度較低的氣候環(huán)境下,施工安全隱患多。若采用浮吊船自帶起吊裝置拋投,可避免挖掘機在甲板船上拋投作業(yè),施工安全更有保障。

4.5 適用性能強

從實踐效果看,浮吊船拋投在惡劣天氣,特別是冬季低溫雨雪、大霧等天氣,以及水深、浪大等情況下,仍能表現(xiàn)出穩(wěn)定性好、抗風浪能力強等特點。

4.6 通航影響小

采取深艙運輸船直接靠泊浮吊船上擋,減少了拋投區(qū)域石料運輸船的投入數(shù)量及出行頻次(深艙船裝載能力是平板船的好幾倍),特別是七標段位于長江主航道小黃洲左汊,水深流急,過航船只多,只有有效控制施工作業(yè)船只的數(shù)量,才能減少施工作業(yè)對通航安全的影響。

5 結(jié) 語

實踐證明,浮吊船料斗稱重拋石法在長江馬鞍山河段二期整治工程中的應(yīng)用成效是顯著的,做到了每船每斗石料都稱重計量,每斗石料都精準定位拋投。施工過程中,建設(shè)、監(jiān)理單位對拋投作業(yè)實行全過程監(jiān)管,不定期復(fù)核查驗施工單位電子吊秤準確性,確保石料計量真實、準確。工程進行全過程視頻監(jiān)控錄像,做到了每船石料事后可溯源,每段施工過程可回看,創(chuàng)建了水下拋石數(shù)量控制標準化、精細化的管理典范,實際應(yīng)用效果達到預(yù)期設(shè)想目標,可在今后類似工程中推廣應(yīng)用。