郭瑋

（揚州市港航事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 揚州 225003）

1 基本情況

1.1 研究背景

江蘇省瀕江臨海，河流成網(wǎng)，水運資源十分豐富，內(nèi)河等級航道總里程8700 余公里，交通管轄船閘多達(dá)80 多座。2021 年，江蘇省內(nèi)河航道貨運量約9.68 億噸。為適應(yīng)交通水運事業(yè)快速發(fā)展的形勢和船舶大型化的發(fā)展趨勢，十三五以來，江蘇加快了航道、船閘基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和改造步伐，通過基本建設(shè)手段從根本上提升通航能力，消除通航安全隱患。但除此之外，仍存在一部分60 年代至80 年代建造的，分布在較低等級航道上的船閘，這部分船閘的共性特點為建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、船閘尺度小，無法滿足船舶大型化的發(fā)展需求，近期內(nèi)也不能通過基本建設(shè)程序完全實現(xiàn)擴容改造，只能結(jié)合船閘養(yǎng)護工程的實施，“短、平、快”地解決重點問題，消除安全隱患。

1.2 船閘概況

高郵運西船閘建成于1986 年，上游為京杭大運河，下游為高郵湖，是連接蘇皖兩省、溝通淮河和京杭運河的重要水運通道。船閘單線雙向通航，基本尺度：100×16×2.5 米（閘室有效長度×閘室有效寬度×門檻水深），上游設(shè)計最高通航水位為 8.2 米，設(shè)計最低通航水位為 5.5 米。下游設(shè)計最高通航水位為 8.5 米，設(shè)計最低通航水位為 5.0 米[1]。年設(shè)計船舶通過量為350 萬噸，2019 年實際船舶通過量已經(jīng)達(dá)到905 萬噸，船閘運行較為繁忙。

1.3 護坦修復(fù)的必要性

運西船閘護坦為干砌塊石結(jié)構(gòu)。近年來，因自身結(jié)構(gòu)耐久性較差，加之受大型船舶過閘、船閘運行灌泄水形成的水流沖刷等因素影響，護坦塊石大面積松動、翻起，主要帶來三方面的問題：一是護坦塊石堆積在護坦表面，成為水下礙航物，易造成擱淺、船損事件，影響船舶通航安全[2]；二是護坦塊石被帶至閘首門檻部位，卡阻閘門啟閉，損壞閘門底部橡膠止水等運轉(zhuǎn)件，對閘門結(jié)構(gòu)和船閘運行帶來不利影響；三是塊石松動后，護坦失去護底功能，水流沖刷會造成引航道口門區(qū)斷面土方流失，時間長久沖刷嚴(yán)重后將影響鄰近導(dǎo)航墻等助、導(dǎo)航建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。為此，需要對運西船閘上游護坦實施修復(fù)工程以解決上述問題。

2 護坦修復(fù)技術(shù)方案的確定

在船閘水工建筑設(shè)施受損修復(fù)技術(shù)中，護坦修復(fù)難度較大。對于本次工程來說，一是因為護坦處于閘首修理門槽外側(cè)，無法通過安裝修理門抽水后實施；二是因為護坦修復(fù)必須停航，且實施快速修理難度大，船閘停航時間長會造成較大的社會影響；三是如果實施水下施工，工程質(zhì)量和安全控制難度大。為此，我們經(jīng)過實踐探索，總結(jié)研究了一套較為快捷有效的護坦水下修復(fù)技術(shù)。下面，以高郵運西船閘上游引航道護坦修復(fù)為例，總結(jié)護坦水下修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用研究。

2.1 護坦修復(fù)的平面位置

本次修復(fù)位置位于上游引航道口門區(qū)外側(cè)，原有護坦為干砌塊石結(jié)構(gòu)，頂高程2.5m，厚度350mm，護坦損壞位置從上游導(dǎo)航墻外側(cè)沿船閘軸線方向75m 長，橫向20m 寬，需要修復(fù)面積約1500m2，具體見圖1。

圖1 高郵運西船閘護坦修復(fù)平面位置圖

2.2 護坦修復(fù)工程量

清除1500 m2范圍內(nèi)的水下護坦干砌塊石和砼格埂，共525m3；澆筑厚度350 mm 砼（C40）[3]，共525 m3，護坦砼頂高程嚴(yán)格控制在2.45—2.5m 之間。

2.3 技術(shù)方案選擇

本次護坦修復(fù)遵循以下原則：一是結(jié)構(gòu)整體性、耐久性較好，適應(yīng)大型船舶航行時產(chǎn)生的船行波的沖刷，不易損壞；二是工期相對較短，將因?qū)嵤┬迯?fù)工程造成的船閘停航時間盡量縮短，減少航運企業(yè)、船員的等待時間；三是技術(shù)成熟、施工較為便捷，能夠用常規(guī)的施工機械、工藝工法施工，符合養(yǎng)護工程投資少見效快的要求。目前能夠?qū)嵤┑男迯?fù)方案主要有三種：構(gòu)筑圍堰抽水修復(fù)法、氣壓沉柜修復(fù)法、水下砼澆筑法。三種修復(fù)技術(shù)方案比選見表1。

表1 修復(fù)技術(shù)方案比選表

綜上所述，綜合考慮設(shè)備、工期、投資、實施效果等因素，水下砼澆筑法盡管護坦砼頂高程和澆筑質(zhì)量控制難，施工中需要潛水人員在水下進(jìn)行作業(yè)控制，有一定的安全風(fēng)險，但能夠通過建立安全保障措施，優(yōu)化施工工藝來保證工程順利實施。這是最快捷的修復(fù)方案，投資較小，縮短了停航時間能帶來最大的經(jīng)濟效益和最小的社會影響。因此，選定了水下砼澆筑技術(shù)方案。

3 護坦修復(fù)技術(shù)方案的實施要點

3.1 總體施工流程

總體施工流程見圖2。

圖2 總體施工流程圖

3.2 水下地形測量放樣

根據(jù)施工圖設(shè)計文件進(jìn)行水下斷面測量復(fù)核，工序要點是須由潛水員摸清施工區(qū)域現(xiàn)狀護坦周圍的混凝土格梗位置，在水下插好定位標(biāo)志桿，確定施工范圍的邊界線，以利下一步清除工作的順利進(jìn)行。

3.3 原護坦塊石、格埂清除

采用抓斗挖泥船，將塊石、格梗混凝土破碎，貨駁配合裝運。工序要點是控制好開挖邊線和挖掘高程，按照“先中間，后邊界”的原則，保護好邊界格埂混凝土，高程上嚴(yán)格控制超挖，保護基底不受擾動。

3.4 水下測量精確放樣

原護坦塊石清理結(jié)束后進(jìn)行水下精確測量，確保原護坦塊石、格埂清除干凈。

3.5 水下立模

由于修復(fù)面積較大，水下混凝土澆筑需分區(qū)塊進(jìn)行。分塊形狀和面積大小考慮充分利用施工區(qū)域邊界現(xiàn)有完好格?；炷磷鳛檫吥?，且方便澆筑后潛水員在水下平整混凝土表面。按沿垂直船閘軸線方向20m、順船閘軸線方向3m 進(jìn)行分塊，一次澆筑面積60m2，澆筑方量21m3，共分25 塊澆筑。為控制護坦頂高程，在施工區(qū)域按照井字型布設(shè)水下高程樁，高程控制為▽2.5，間距約3m。水下打鋼管樁及立模水上有人配合，由水上人員控制高程和位置，并且由水上人員施打?？刂茦犊傆嫶蠹s有504根，預(yù)計每天完成打樁200根，打樁需2.5天，布設(shè)控制鋼管需1 天，水下立模（大運河面）需1 天，則水下立?？傆嫾s5 天時間。

3.6 水下砼澆筑

模板及高程樁及高程鋼管布好后進(jìn)行水下砼澆筑。每塊區(qū)域為橫向長20m，縱向長3m。澆筑時依次從一端向另一端推進(jìn)，完成一塊再澆筑相鄰的一塊。嚴(yán)格按配合比配制C40 水下混凝土，摻加早強不分散減水劑，塌落度在20cm 以上，保證混凝土拌合物和易性及流動性良好，容易自流平，且在水下不易分散[4]?；炷翝仓捎幂斔捅?，輸送導(dǎo)管與河底靠近，與邊界保持適當(dāng)距離。澆筑時，混凝土一次集中泵送一部分，保持導(dǎo)管位置不變，混凝土直接進(jìn)入護坦面里，減少了在水中沖刷?；炷涟韬衔锵茸粤髌?，潛水員在水下用掛尺將超出頂高程的部分刮平。本次水下砼總計約525m3，預(yù)計水下澆筑時間約2 天?？紤]水下混凝土澆筑質(zhì)量不易控制，實際施工時實行首件認(rèn)可制，選擇第一塊護坦作為首件，將各工序技術(shù)要求進(jìn)行技術(shù)交底，明確澆筑方量控制、導(dǎo)管移動、水下混凝土表面整平、水上水下配合等關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)要求，確保首件一次成功，并將施工參數(shù)固化以利后續(xù)護坦分塊澆筑遵循。

3.7 頂高程復(fù)測

每塊澆筑完成后，對頂高程進(jìn)行復(fù)測，按照“精準(zhǔn)控制，寧低勿高”的原則，控制頂高程不高于2.5m，且在2.45—2.5m 之間。復(fù)測數(shù)據(jù)作為工序質(zhì)量驗收原始資料。

3.8 水下混凝土養(yǎng)護

水下混凝土澆筑后，盡可能避免擾動，在自然條件下養(yǎng)護14 天。

4 工程實施后使用效果

工程于2019 年當(dāng)年實施，工期22 天，在做好施工組織設(shè)計、優(yōu)化工期安排、加大機械設(shè)備班組保障的前提下，工程得以提前完工，為船閘盡早復(fù)航、水運企業(yè)及船舶盡早恢復(fù)正常運營爭取了時間。

工程完工船閘復(fù)航以來至目前，管理人員在養(yǎng)護管理工作中對上游護坦的修復(fù)情況及使用效果進(jìn)行多次監(jiān)測。一是對引航道進(jìn)行斷面測量，根據(jù)測量水深結(jié)果顯示，修復(fù)區(qū)域的高程均在2.5m以下，基本上在2.45—2.5m之間，每年測量結(jié)果無較大變化，說明護坦無掏空、翹起等情況，較為穩(wěn)定；二是采用多波束設(shè)備進(jìn)行掃測，與引航道斷面測量結(jié)果進(jìn)行印證，結(jié)果顯示修復(fù)區(qū)域混凝土表面較為平整，見圖3。兩種方法證明運西船閘上游護坦屬下修復(fù)較為成功。同時，通過這幾年的船閘繁忙運行，大型化的、深吃水的船舶頻繁進(jìn)出船閘，未出現(xiàn)過船舶碰損、閘門卡阻情況，說明水下護坦結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，船舶安全通航、船閘安全運行得到了有效保障。

圖3 多波束掃測成果圖

5 結(jié)語

20 世紀(jì)60 至80 年代建造的船閘較多采用砌石結(jié)構(gòu)護坦，較易破損，需要通過實施養(yǎng)護工程來進(jìn)行修復(fù)。通過在運西船閘護坦修復(fù)中應(yīng)用水下混凝土修復(fù)技術(shù)，較好地解決了這一問題，且具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、便捷高效且經(jīng)濟的優(yōu)點。在后續(xù)的樊川船閘上游護坦修復(fù)和芒稻船閘下游引航道鋼板樁護岸靠船段墻前防沖刷中，應(yīng)用水下混凝土修復(fù)技術(shù)均取得了良好效果。實踐證明通過加強工序質(zhì)量控制，實施精細(xì)化施工管理，水下混凝土修復(fù)技術(shù)在船閘水下護坦修復(fù)及類似水下混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)中應(yīng)用效果較好，具有推廣價值。