混凝土連鎖排護底在灘淺海蝕退地基中的應(yīng)用

張文喜

(中國石化集團勝利石油管理局海上石油工程技術(shù)檢驗中心 東營 257000)

梁 捷 邵德朋

(上海宏波工程咨詢管理有限公司 上海 200232)(勝利油田勝利工程建設(shè)(集團)有限責(zé)任公司 東營 257811)

1 前言

我國海域遼闊，海岸線長，其中灘淺海區(qū)域多為軟土、粉質(zhì)土，地質(zhì)條件差，抗剪指標(biāo)較低，強度低，工程性能差，灘地極易受沖刷而造成蝕退現(xiàn)象。近幾年，隨著灘海陸岸開發(fā)規(guī)模的逐漸擴大，修建的灘海陸岸工程也不斷增加，由于新建構(gòu)筑物的形成，改變了該區(qū)域流場的方向，使海流順構(gòu)筑物方向來回流動，加之構(gòu)筑物形成后，因波浪而形成的涌流往返涌動，堤前灘地極易蝕退，形成深溝，使構(gòu)筑物周圍防護體出現(xiàn)不同程度的掏空、塌陷，導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，形成安全隱患。為保證構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其正常功能，工程投入運行后需經(jīng)常進行維修加固。剛性防護存在建設(shè)費用高、建設(shè)速度慢，后期維護費用高等諸多問題，而混凝土連鎖排是一種新型的柔性護底結(jié)構(gòu)，鋪設(shè)于堤前灘地，能夠有效防止海浪對構(gòu)筑物附近海底泥面的進一步?jīng)_刷，從而達到保護堤前灘地的目的。

2 工藝原理及特點

2.1 工藝原理

混凝土連鎖排由軟體排及混凝土連鎖塊(壓載物)兩部分組成，連鎖塊綁扎固定在排布上，采用專業(yè)鋪排船鋪設(shè)，鋪設(shè)位置由GPS定位系統(tǒng)進行控制，鋪排船的起始位置應(yīng)使滑板前端邊緣位于設(shè)計軟體排邊線的正上方，采用拋錨固定，確保船只不受漲、落潮及海流影響。初始放排時，可根據(jù)施工位置的水深，確定放排的長度，并通過排布及連鎖塊的重量沉至海底，保證排頭鋪放位置準(zhǔn)確。施工過程中，鋪排船通過錨機松、緊錨繩進行移位、放排時，滾筒轉(zhuǎn)動速度、船只兩端松緊錨繩的力度及鋪排船后退速度等均應(yīng)保持協(xié)調(diào)一致，確保排體鋪放位置正確，搭接寬度符合要求，且鋪放平整。

2.2 工藝特點

a.軟體排材料是一種防老化高強度聚丙烯機織針刺復(fù)合土工布，具有強度高、耐老化性能好、使用壽命長的特點。

b.軟體排具有良好的柔性和整體性，防御底部泥沙免受沖刷能力強，適應(yīng)灘地多向變形能力強。

c.可采用專用鋪排設(shè)備施工，施工速度快。

d.在石料較匱乏、價格較高的地區(qū)，采用混凝土連鎖排護底結(jié)構(gòu)，能夠顯著降低工程造價，經(jīng)濟性效果明顯。

e.工程投產(chǎn)運行后，維護費用低。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示:

圖1 施工工藝流程

3.2 操作要點

3.2.1 混凝土連鎖塊預(yù)制

混凝土連鎖塊預(yù)制采用特制定型鋼模板(見圖2)，底部鋪設(shè)一層塑料布，首先安放并固定放繩架，將丙綸繩按設(shè)計間距連成框格形繩網(wǎng)(見圖3)，再將特制的定型鋼模板吊放在已連成框格形的繩網(wǎng)上，使繩網(wǎng)均卡在模板的預(yù)留槽內(nèi)，再插上特制的鐵片，防止混凝土從預(yù)留槽下部流出及固定丙綸繩的位置，將模板四角用鋼釬固定牢固。

圖2 連鎖塊定型鋼模板

圖3 丙綸繩框格網(wǎng)

預(yù)制連鎖塊混凝土配比須滿足設(shè)計強度、抗凍等級要求，混凝土所需材料應(yīng)滿足規(guī)范要求，并檢驗合格。連鎖塊混凝土應(yīng)嚴(yán)格施工配比計量拌和，拌和好的混凝土裝入漏斗，用吊車(或桁吊)吊至澆筑位置，均勻鋪放在模板內(nèi)，用插入式振搗棒振搗至密實，頂面壓光處理(見圖4)。預(yù)制好的連鎖塊達到一定強度(根據(jù)施工季節(jié)的氣溫情況控制提模時間，以棱角不損傷為原則)后，吊除定型鋼模，然后覆蓋草簾，灑水養(yǎng)護7天左右。

圖4 連鎖塊混凝土澆筑

混凝土連鎖塊根據(jù)試驗確定起吊強度，在達到起吊強度后(達到設(shè)計強度的70%)，將連鎖塊吊放至堆存場地存放，疊放高度不應(yīng)大于10層，并用遮陽網(wǎng)覆蓋，防止丙綸繩暴曬老化。由于混凝土連鎖塊網(wǎng)片面積較大，且呈軟體狀態(tài)，吊裝過程中極易造成網(wǎng)片混亂，使片與片之間互相交錯，致使二次裝運或鋪設(shè)時難以理順，降低工效。因此，通過試驗研制了混凝土連鎖塊專用吊裝工具——混凝土連鎖塊網(wǎng)片吊排架(見圖5)。利用網(wǎng)片吊排架堆放、擺放連鎖塊，施工速度快，且連鎖塊網(wǎng)片形狀保持完好。

圖5 利用網(wǎng)片吊排架吊裝連鎖塊

3.2.2 排布加工

排布采用復(fù)合土工布，可按設(shè)計防護基底寬度在現(xiàn)場縫制或在廠家加工成型，拼幅采用“丁縫”或“包縫”連接，單個塊體長度可根據(jù)每天的施工能力設(shè)置。施工前排布上的加筋帶必須縫制好。用來固定連鎖塊，使連鎖塊與排布形成一個整體。

3.2.3 鋪排船定位

采用GPS定位系統(tǒng)進行動態(tài)控制，定位前，先根據(jù)設(shè)計給定的坐標(biāo)點，計算出每塊軟體排的中心以及四角坐標(biāo)點，根據(jù)計算的坐標(biāo)點，由GPS定位測量人員指揮船舶駕駛?cè)藛T進行鋪排船移位及定位，使其與設(shè)計鋪排位置吻合。最后用錨艇對鋪排船拋錨定位固定。拋錨時，錨位與鋪排方向夾角不宜過大，且錨位不能拋在已鋪設(shè)好的排體上。施工過程中鋪排船通過錨機松、緊錨繩進行前后移位。排體鋪放前，保持鋪排船滑板前端邊緣位于設(shè)計排體邊線的正上方。

3.2.4 連鎖塊運輸

連鎖塊混凝土達到設(shè)計強度后，陸運至裝船碼頭存放或直接裝船，倒運至施工現(xiàn)場。

3.2.5 卷排布

a.將制作成型的排體卷捆裝船，運至鋪排船位置，并緊靠鋪排船停泊，由鋪排船上自備吊將排體吊到專用鋪排船卷筒前的甲板上，松開剎軋，引出滾筒上雙股丙綸繩索，將排體末端的加筋圈和卷筒上各點所設(shè)置的鋼絲繩連接起來。

b.卷筒上每1m設(shè)一吊鼻，用鋼絲繩與卷筒連接，鋼絲繩末端設(shè)兩根鍍鋅環(huán)，兩根鍍鋅環(huán)上對應(yīng)鋼絲繩焊吊鼻，鋼絲繩與吊鼻通過卡環(huán)連接。排體與鍍鋅環(huán)通過尼龍繩連接，尼龍繩一端對應(yīng)鋼絲繩位置栓在鍍鋅環(huán)上，另一端穿過排體加筋帶扣孔系在鍍鋅環(huán)上，打活結(jié)。

c.啟動滾筒端部的電動絞車，卷起尼龍繩，每兩條繩需要一名工人，以便隨時糾正繩位，避免卷偏、卷皺，甲板上排體兩側(cè)需要工人整平拉挺排體(見圖6、圖7)。

圖6 人工卷排布

圖7 排布展開示意圖

3.2.6 排布展開及連鎖塊吊裝

a.起吊滑板放成水平，將排布從卷筒上引至滑板端部，在甲板及滑板上展開排布，當(dāng)排布前端與滑板邊緣齊平時，停止卷筒。

b.連鎖塊由船上吊機通過網(wǎng)片吊排架將混凝土連鎖塊按設(shè)計位置擺放在排布上，用14mm丙綸繩與排布加筋帶上的綁扎環(huán)聯(lián)結(jié)固定，每次擺放1～3排(見圖8、圖9)。

圖8 連鎖塊吊裝擺放

圖9 連鎖塊壓載示意圖

3.2.7 連鎖排鋪設(shè)

a.鎖定卷筒啟動控制開關(guān)，使滑板前端緩慢下降至下傾40°左右并檢查船位，要求滑板前端線與設(shè)計混凝土連鎖排的水下鋪設(shè)端線處于一個垂直面上，如有偏差，絞動鋪排船的6根錨纜予以調(diào)整。

b.啟動卷筒使排體徐徐下降，并不斷吊放和綁扎混凝土連鎖塊，至排體的排頭著地為止，重新校正船位，此時滑板前端線位置即鋪排設(shè)計邊線位置(見圖10)。然后邊啟動卷筒使排體下滑，邊平行移船，使排體平整鋪于水底，放排過程中，測量人員對移船絞錨進行糾偏和指揮，并對排體沉放進行動態(tài)控制。在完成最后一排連鎖塊安裝后，排體通過繩索拉緊，船只繼續(xù)后退，繩索慢慢放松，連鎖排通過自身重量慢慢沉入海底，完成一塊連鎖排的鋪放(見圖11)。

圖10 首排鋪設(shè)示意圖

圖11 連鎖塊鋪設(shè)示意圖

c.接著重復(fù)上述鋪設(shè)的過程，進行下一段排體的鋪設(shè)作業(yè)，直至完成整個連鎖排的鋪設(shè)。

4 施工質(zhì)量控制

4.1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

連鎖塊預(yù)制允許偏差和軟體排制作、鋪排允許偏差見表1、表2。

表1 連鎖塊預(yù)制允許偏差

表2 軟體排制作、鋪排允許偏差

4.2 質(zhì)量控制措施

a.嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量。軟體排按設(shè)計規(guī)格在現(xiàn)場縫制或在生產(chǎn)廠家加工成型，材料進場時，軟體排應(yīng)采用黑色塑料包裝，包裝保持軟體排質(zhì)量不損傷。成品軟體排必須有合格證及廠家的自檢報告。進場的軟體排，必須逐批檢查，其主要的物理和技術(shù)性能必須經(jīng)過檢測單位進行檢驗合格后方可使用。

b.在垂直建筑物方向，軟體排應(yīng)整塊制作，不準(zhǔn)搭接或縫接，順建筑物軟體排可以搭接或縫接，搭接寬度不得小于2m。

c.軟體排在現(xiàn)場堆放過程中，不得直接暴露在陽光下，防止材料老化。

d.混凝土所用的水泥、水、骨料、外加劑等材料及配合比、配料計量偏差和拌和物的質(zhì)量均應(yīng)符合規(guī)范要求。

e.混凝土的抗壓強度、抗凍等級應(yīng)滿足設(shè)計要求和有關(guān)規(guī)定。

5 施工總結(jié)

混凝土連鎖塊護底技術(shù)采用專業(yè)鋪排船施工，施工速度快、工期短，且混凝土連鎖塊與排體聯(lián)結(jié)固定，屬于柔性防護，整體性好、耐沖刷、韌性好，能夠適應(yīng)海底基面的變化，護底效果大大優(yōu)于傳統(tǒng)的剛性防護結(jié)構(gòu)(大面積的拋石和扭工體)，工程投資也大幅降低，同時還減少了后期的維護費用，長期經(jīng)濟效益更加顯著。多年的工程實踐證明:混凝土連鎖排防護對于與環(huán)渤海灣灘淺海環(huán)境類似的江河、灘淺海區(qū)域的開發(fā)具有很好的推廣應(yīng)用前景。?

1 JTS 257—2008水運工程質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)［S］．

2 JTJ/T 239—20058水運土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范［S］．

3 JTJ 268—96水運工程混凝土施工規(guī)范［S］．

4 Q/SH 1024—2004灘海油田進海路及海油陸采平臺工程施工及驗收規(guī)范［S］．

5 曹根祥．長江口深水航道治理工程護底軟體排施工成套工藝及設(shè)備的開發(fā)［J］．水運工程，2006(z1):6．