拋枕及質量控制技術在航道整治工程中的應用

李晶晶+于濤

摘 要：航道整治工程主要選擇在枯水季節(jié)進行，一般工期較緊，筑堤工程的效率直接影響航道整治工程的實施進度。文章通過工程實例，闡述了拋枕工藝在航道整治工程中的實施過程及施工要點，驗證了施工過程中的質量檢測、控制技術并達到預期的實施效果，拋枕施工具有成本低、施工效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，結合拋枕施工工藝的特點，證明在整治工程中應用是可行的。

關鍵詞： 拋枕 施工技術 質量控制

“拋枕”是利用吸沙泵將沙沖灌入預置在拋枕船上的沙袋中，形成長5至10米、寬1.5至2米的大型“沙枕”，然后利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)或全站儀結合錨機組合系統(tǒng)進行放樣，將“沙枕”拋筑到設計擺放位置的一種施工工藝。它是在流速較大的深水區(qū)域用充灌沙袋材料進行筑堤、筑壩等圍堰常用的施工方法。

施工設備

根據(jù)施工進度和工程量要求，調遣施工機械及相關配套設備，主要包括拋枕船、拋枕架（如圖1）、供電設備、吸沙泵、充水泵及管線等。

拋枕船是整個拋枕作業(yè)的基本工作平臺，一般拋枕船為非自航、箱型船體，船體為單底、單甲板結構，充枕、拋枕作業(yè)主要在甲板上進行，以功能劃分，主甲板可分為艉錨泊作業(yè)區(qū)、水上充拋枕裝置作業(yè)區(qū)及艏錨泊作業(yè)區(qū)。拋枕船作業(yè)時，將一艘沙駁靠在拋枕船舷邊，用起吊裝置將一臺充沙泵進沙駁的泥倉內，通過兩臺沖水泵和四套沖水頭的聯(lián)合工作，進行充枕作業(yè)。

拋枕架是充、拋枕袋的關鍵設備，施工準備期間，將拋枕架安裝固定在拋枕船上，以便制作枕袋并拋投水中。充枕架一般長10米，寬2米，通過軸和軸承座與船體連接，并有掛鉤鎖緊裝置限制枕架轉動。待沙袋充枕完畢后，松開鎖緊裝置，并用力快速翻轉枕架，達到拋枕目的。拋枕后，使枕架回轉恢復原位，并鎖緊，接著下一輪充枕拋枕作業(yè)。

吸沙泵、充水泵及管線是充灌真的必要設備。充水泵將向沙中沖水，使沙水混合形成沙漿，便于吸沙泵吸沙作業(yè)。吸沙泵與充水泵的組合，決定著充灌沙袋的速度和效率。

拋枕施工在整治工程中的應用

臘林洲處在沙市河段，位于宜昌市下游約133km，上起陳家灣，下至觀音寺，全長約33km，屬人工護岸控制的順直、微彎分汊河道。沙市河段河道歷來很不穩(wěn)定，河床演變劇烈，以河道內主流頻繁擺動、洲灘互為消長、汊道興衰交替為主要變化特征，長期以來，一直是長江中游重點礙航水道。1998及1999 年大洪水后，原有的三八灘沖失，北設計通航孔所在的北汊淤積嚴重，枯季難以通航，南設計通航孔淤塞，船舶被迫改走非設計通航孔，通航與橋梁安全矛盾十分突出，采用了拋枕施工工藝進行修復整治。

1、施工工藝

1.1現(xiàn)場勘察及水下地形測量

工程利用數(shù)字單頻測深儀結合GPS-RTK對水下地形按比例尺1：500進行測量來確定。

1.2編制施工方案

根據(jù)施工區(qū)域的測量圖，繪制出水底斷面，根據(jù)斷面情況編制施工預案，確定各個控制點的坐標，作為施工過程中放樣、檢驗及矯正的依據(jù)。不同河段情況，將需要制作不同長度的沙袋，根據(jù)設計要求，由水深區(qū)域至水淺區(qū)域，合理安排枕袋級配及搭接，進行有序施工。

1.3船舶定位、放樣與漂移距計算

由于在拋枕過程中枕袋受到水深和水流等參數(shù)的影響，在放樣之前，必須掌握該枕袋所拋區(qū)域的水流速度和水深。工程在施工時分以下幾個步驟：

根據(jù)施工區(qū)域水深及水流首先用拖輪將拋枕船拖至施工水域，使船舶平行于待施工圍堰的軸線進行拋錨，并根據(jù)拋枕船上艏艉兩套差分GPS和岸上的一套差分GPS系統(tǒng)進行施工前的粗定位；

根據(jù)充枕用沙的比重和枕袋的尺寸估算出所充沙袋的體積和重量，再根據(jù)待拋區(qū)域的水深、水流速度及枕袋重量估算出枕袋下落到水底后的水平位移量，估算公式如下：

式中：Ld—拋枕水平位移量；H—拋枕處水深；Vf—水流速度；G—枕袋重量（Kg）。一般情況下，亦可通過現(xiàn)場拋石試驗來掌握拋枕的水平位移量。

在考慮枕袋落水后位移量的前提下，啟動移船絞車，對船舶精確定位至擬鋪設第一個沙枕的位置。

拋枕船定位完成后，將儲沙方駁輕輕靠在拋枕船舷邊，準備充灌沙袋工作。

1.4充灌沙袋

根據(jù)施工河段的情況，制作不同長度的枕袋進行拋枕作業(yè)。施工過程中充枕供沙方式為吸、運、吹一體船運沙，卸于專用儲沙方駁供充枕灌袋使用的拋枕供沙方式，充灌沙袋時由兩臺充水泵、兩臺充沙泵、四套充水頭（兩臺沙泵泵頭各一個，兩個人工操作）聯(lián)合作業(yè)。充灌時枕袋盡量向中間靠攏，將輸送沙管插入枕袋袖口中綁牢，啟動吸沙泵，向枕袋內充灌砂水混合物，充灌過程中，人工不斷地踩拍以保證沙枕充盈率，當充盈率達80%至85%左右，停止充灌并系牢袖口。

1.5拋枕

待沙袋充枕完畢后，經檢查沙枕無破損后，校正船位，松開枕架開關，使枕架傾斜，沙枕自動翻入水中，經過漂移枕袋正好落入設計位置。拋枕完成后后，使枕架回轉恢復原位并鎖緊，接著下一輪充枕拋枕作業(yè)。

拋投時，沙枕長度方向垂直水流，根據(jù)漂移距、拋枕船船寬確定拋枕船的移位與沙枕的入水位置，由坡腳底外緣邊線向內逐層拋填均勻。當預定水域拋枕完畢后，利用組合錨機及GPS-RTK對充枕船重新移位、定位。如此循環(huán)往復，達到設計要求為止。

沙枕拋填補坡嚴格按設計枕位分層拋填，填筑第2輪、3輪時適當增加拋筑厚度（每次拋填高度控制在2米之內，1米后調整枕架枕袋位置）。層與層之間和沙枕袋之間應交錯嵌緊，不形成垂直的通縫，小的空隙輔以3米枕。

2、質量檢測與控制

在施工過程中，沙枕與沙枕之間有嚴格的間距要求，間距過大需要補拋，枕袋重疊過多造成浪費，這兩種情況不但會使拋枕成本增加，對以后的圍堤也形成安全隱患，因此，在施工過程中要不斷檢測拋枕質量，提高拋枕效率。拋枕的質量與安全控制主要通過以下幾個方面實施：endprint

拋枕軸線校核。在施工過程中每次拋枕完成后對拋枕軸線進行重新放樣校核，以免在施工過程中使圍堰軸線偏離設計目標。

水流及水深的校核。在不同的時段，施工區(qū)域的水流速度和水深會隨潮水的漲落發(fā)生變化，而水深和水流速度是估計枕袋偏移量的重要參數(shù)，因此，在施工過程中要時常對拋枕區(qū)水流和水深進行校核，減少施工過程中的拋枕誤差。

拋枕后探摸。每次拋枕完成后，第二天對前一天拋枕情況進行探摸，一般用竹篙或鋼管探摸法。在浮體上用竹篙或鋼管觸探水底枕袋，及時掌握是否有枕袋間距過大、枕袋偏移量過大或滑枕現(xiàn)象發(fā)生。發(fā)現(xiàn)問題及時采取補拋等補救措施，消除質量和安全隱患。

拋枕后水下地形測量。每層拋枕施工完成后，對拋枕后的情況進行水下地形測量，根據(jù)測量結果掌握拋枕的平整度、拋枕后的回淤情況和棱體坡比情況等，以進行下一層拋枕施工計劃與方案編制，達到優(yōu)化質量的目的。

斷面測量。在拋枕施工完成后，對拋枕形成的圍堤進行斷面測量，檢測是否達到設計要求，并對下一步護坡施工提供有效的數(shù)據(jù)資料。

3、施工效果

工程在施工過程中和完工后均進行了探摸測量及水下地形經測量，通過測量數(shù)據(jù)分析，各項數(shù)據(jù)指標均達到設計要求，主體工程完工后，經受到了2011-2013年汛期及洪水考驗，未出現(xiàn)任何異常的現(xiàn)象，達到預期整治效果。

總結

根據(jù)工程拋枕施工技術在工程中的應用實踐，可以看出拋枕施工有以下特點：

成本低，穩(wěn)定性高。相對于土石筑堤，拋枕筑堤在可以從附近直接獲取海沙，成本相對較低。在施工過程中，沙枕塊大體重，加強了圍堰的整體性，提高了圍堤的防風抗浪能力。

定位速度快，操作便捷。采用GPS-RTK船舶和拋枕進行施工定位，操作便捷，且定位精度高，速度快，大大提高了施工效率。

水上作業(yè)，降低施工難度。與水下充沙灌袋相比，拋枕工藝在充枕過程中完全在水上操作，避免了由于水流作用而造成的袖口斷裂、沙袋卷曲折疊等現(xiàn)象。

充枕效率高，拋枕速度快。充枕時，若安排兩個袖口同時充灌，充一只7m×1.5m的沙枕在10min內即可完成。拋枕時，打開鎖緊裝置之后，拋枕架快速翻轉，幾秒內便可完成拋枕作業(yè)。沙袋在自重的作用下，迅速拋入水中預定位置，受水流影響相對較小，拋枕精度較高。

充枕供沙，因地制宜。若選用專用沙駁儲沙，把泵直接調入沙駁內即可投入工作，不需要支撐浮筒等配套設備，起吊設備可以隨時對沙泵移位，有利于降低人工勞動強度，提高工作效率。若選用可就地取材的沙源，潛水泵式吸沙泵在浮體上可以直接吸沙充枕，施工方便，減少沙源轉運成本。

航道整治工程主要選擇在枯水季節(jié)進行，工期緊，筑堤工程的效率直接關系到航道整治工程的實施進度，同時也關系到施工單位的經濟效益。拋枕施工工藝除了具有施工安全，操作簡單外，還具有施工效率高、施工成本低等特點，是施工單位在保證施工質量的前提下，加快施工進度、提高經濟效益理想工藝。

參考文獻：

[1]程少江，劉鵬等.長江航道拋枕船的設計.船舶設計交流[J].2006年第4期

[2]鐘茂華. 土工布袋裝砂枕壩在山區(qū)河流航道整治工程中的應用.交通科技[J].2003年第6期

[3]何遠海.小欖水道航道整治護岸工程砂枕護腳施工探索.珠江水運[J].2004年4月

（作者單位：長江南京航道工程局）endprint

拋枕軸線校核。在施工過程中每次拋枕完成后對拋枕軸線進行重新放樣校核，以免在施工過程中使圍堰軸線偏離設計目標。

水流及水深的校核。在不同的時段，施工區(qū)域的水流速度和水深會隨潮水的漲落發(fā)生變化，而水深和水流速度是估計枕袋偏移量的重要參數(shù)，因此，在施工過程中要時常對拋枕區(qū)水流和水深進行校核，減少施工過程中的拋枕誤差。

拋枕后探摸。每次拋枕完成后，第二天對前一天拋枕情況進行探摸，一般用竹篙或鋼管探摸法。在浮體上用竹篙或鋼管觸探水底枕袋，及時掌握是否有枕袋間距過大、枕袋偏移量過大或滑枕現(xiàn)象發(fā)生。發(fā)現(xiàn)問題及時采取補拋等補救措施，消除質量和安全隱患。

拋枕后水下地形測量。每層拋枕施工完成后，對拋枕后的情況進行水下地形測量，根據(jù)測量結果掌握拋枕的平整度、拋枕后的回淤情況和棱體坡比情況等，以進行下一層拋枕施工計劃與方案編制，達到優(yōu)化質量的目的。

斷面測量。在拋枕施工完成后，對拋枕形成的圍堤進行斷面測量，檢測是否達到設計要求，并對下一步護坡施工提供有效的數(shù)據(jù)資料。

3、施工效果

工程在施工過程中和完工后均進行了探摸測量及水下地形經測量，通過測量數(shù)據(jù)分析，各項數(shù)據(jù)指標均達到設計要求，主體工程完工后，經受到了2011-2013年汛期及洪水考驗，未出現(xiàn)任何異常的現(xiàn)象，達到預期整治效果。

總結

根據(jù)工程拋枕施工技術在工程中的應用實踐，可以看出拋枕施工有以下特點：

成本低，穩(wěn)定性高。相對于土石筑堤，拋枕筑堤在可以從附近直接獲取海沙，成本相對較低。在施工過程中，沙枕塊大體重，加強了圍堰的整體性，提高了圍堤的防風抗浪能力。

定位速度快，操作便捷。采用GPS-RTK船舶和拋枕進行施工定位，操作便捷，且定位精度高，速度快，大大提高了施工效率。

水上作業(yè)，降低施工難度。與水下充沙灌袋相比，拋枕工藝在充枕過程中完全在水上操作，避免了由于水流作用而造成的袖口斷裂、沙袋卷曲折疊等現(xiàn)象。

充枕效率高，拋枕速度快。充枕時，若安排兩個袖口同時充灌，充一只7m×1.5m的沙枕在10min內即可完成。拋枕時，打開鎖緊裝置之后，拋枕架快速翻轉，幾秒內便可完成拋枕作業(yè)。沙袋在自重的作用下，迅速拋入水中預定位置，受水流影響相對較小，拋枕精度較高。

充枕供沙，因地制宜。若選用專用沙駁儲沙，把泵直接調入沙駁內即可投入工作，不需要支撐浮筒等配套設備，起吊設備可以隨時對沙泵移位，有利于降低人工勞動強度，提高工作效率。若選用可就地取材的沙源，潛水泵式吸沙泵在浮體上可以直接吸沙充枕，施工方便，減少沙源轉運成本。

航道整治工程主要選擇在枯水季節(jié)進行，工期緊，筑堤工程的效率直接關系到航道整治工程的實施進度，同時也關系到施工單位的經濟效益。拋枕施工工藝除了具有施工安全，操作簡單外，還具有施工效率高、施工成本低等特點，是施工單位在保證施工質量的前提下，加快施工進度、提高經濟效益理想工藝。

參考文獻：

[1]程少江，劉鵬等.長江航道拋枕船的設計.船舶設計交流[J].2006年第4期

[2]鐘茂華. 土工布袋裝砂枕壩在山區(qū)河流航道整治工程中的應用.交通科技[J].2003年第6期

[3]何遠海.小欖水道航道整治護岸工程砂枕護腳施工探索.珠江水運[J].2004年4月

（作者單位：長江南京航道工程局）endprint

拋枕軸線校核。在施工過程中每次拋枕完成后對拋枕軸線進行重新放樣校核，以免在施工過程中使圍堰軸線偏離設計目標。

水流及水深的校核。在不同的時段，施工區(qū)域的水流速度和水深會隨潮水的漲落發(fā)生變化，而水深和水流速度是估計枕袋偏移量的重要參數(shù)，因此，在施工過程中要時常對拋枕區(qū)水流和水深進行校核，減少施工過程中的拋枕誤差。

拋枕后探摸。每次拋枕完成后，第二天對前一天拋枕情況進行探摸，一般用竹篙或鋼管探摸法。在浮體上用竹篙或鋼管觸探水底枕袋，及時掌握是否有枕袋間距過大、枕袋偏移量過大或滑枕現(xiàn)象發(fā)生。發(fā)現(xiàn)問題及時采取補拋等補救措施，消除質量和安全隱患。

拋枕后水下地形測量。每層拋枕施工完成后，對拋枕后的情況進行水下地形測量，根據(jù)測量結果掌握拋枕的平整度、拋枕后的回淤情況和棱體坡比情況等，以進行下一層拋枕施工計劃與方案編制，達到優(yōu)化質量的目的。

斷面測量。在拋枕施工完成后，對拋枕形成的圍堤進行斷面測量，檢測是否達到設計要求，并對下一步護坡施工提供有效的數(shù)據(jù)資料。

3、施工效果

工程在施工過程中和完工后均進行了探摸測量及水下地形經測量，通過測量數(shù)據(jù)分析，各項數(shù)據(jù)指標均達到設計要求，主體工程完工后，經受到了2011-2013年汛期及洪水考驗，未出現(xiàn)任何異常的現(xiàn)象，達到預期整治效果。

總結

根據(jù)工程拋枕施工技術在工程中的應用實踐，可以看出拋枕施工有以下特點：

成本低，穩(wěn)定性高。相對于土石筑堤，拋枕筑堤在可以從附近直接獲取海沙，成本相對較低。在施工過程中，沙枕塊大體重，加強了圍堰的整體性，提高了圍堤的防風抗浪能力。

定位速度快，操作便捷。采用GPS-RTK船舶和拋枕進行施工定位，操作便捷，且定位精度高，速度快，大大提高了施工效率。

水上作業(yè)，降低施工難度。與水下充沙灌袋相比，拋枕工藝在充枕過程中完全在水上操作，避免了由于水流作用而造成的袖口斷裂、沙袋卷曲折疊等現(xiàn)象。

充枕效率高，拋枕速度快。充枕時，若安排兩個袖口同時充灌，充一只7m×1.5m的沙枕在10min內即可完成。拋枕時，打開鎖緊裝置之后，拋枕架快速翻轉，幾秒內便可完成拋枕作業(yè)。沙袋在自重的作用下，迅速拋入水中預定位置，受水流影響相對較小，拋枕精度較高。

充枕供沙，因地制宜。若選用專用沙駁儲沙，把泵直接調入沙駁內即可投入工作，不需要支撐浮筒等配套設備，起吊設備可以隨時對沙泵移位，有利于降低人工勞動強度，提高工作效率。若選用可就地取材的沙源，潛水泵式吸沙泵在浮體上可以直接吸沙充枕，施工方便，減少沙源轉運成本。

航道整治工程主要選擇在枯水季節(jié)進行，工期緊，筑堤工程的效率直接關系到航道整治工程的實施進度，同時也關系到施工單位的經濟效益。拋枕施工工藝除了具有施工安全，操作簡單外，還具有施工效率高、施工成本低等特點，是施工單位在保證施工質量的前提下，加快施工進度、提高經濟效益理想工藝。

參考文獻：

[1]程少江，劉鵬等.長江航道拋枕船的設計.船舶設計交流[J].2006年第4期

[2]鐘茂華. 土工布袋裝砂枕壩在山區(qū)河流航道整治工程中的應用.交通科技[J].2003年第6期

[3]何遠海.小欖水道航道整治護岸工程砂枕護腳施工探索.珠江水運[J].2004年4月

（作者單位：長江南京航道工程局）endprint