荊江河段航道整治工程高流速下透水構件安裝工藝的改進

李偉

摘 要：長江中游荊江河段航道整治工程張家灣潛丁壩中直線段28～128m范圍為透水壩，透水構件在透水壩拋石基床整平完成后安裝。由于透水構件安裝施工期間，河段自然環境與歷年有所不同，水位高，流速快，常規的透水構件安裝施工方案實施效果欠佳，已不能滿足施工需要。為確保透水構件安裝的質量，提高功效，項目部對高流速下透水構件安裝工藝進行了改進，最終保證了透水構件的順利安裝及潛丁壩總體的施工質量和功效。文章對構件安裝的新工藝進行闡述。

關鍵詞：航道整治 透水壩 透水構件 測量桁架

1.工程概況

張家灣潛丁壩位于長江中游荊江周天河段顏家臺下游，周天河段位于長江中游上荊江末端，距武漢市428km，上起郝穴，下迄古長堤，全長27km。潛丁壩結構由護底、壩身、壩頭3部分組成，其主體結構全部分布于水下。

護底：采用D型排護底，排上拋石，排體下游邊緣拋投透水框架，排體上游邊緣及靠近航道側預留變形區邊緣設置備填石。

壩身：為透水壩、鋼絲網石籠筑壩和拋石壩混合型壩，其中直線段28～128m范圍為透水壩段，勾頭前端120m為鋼絲網石籠筑壩，其余壩體采用拋石筑壩。

壩頭：頂端部為直徑3m的半圓，呈輻射狀與河底相接；沿壩軸線向河坡坡比為1：5，向上、下游逐漸變坡比與壩身平順銜接。

2.透水段壩體及透水構件的結構形式

透水段壩體長100m，里程為28～128m段，由下至上依次為D型排護底、拋石基床、透水構件和模袋混凝土護面。

透水構件為C 3 0鋼筋混凝土結構，由底板和上部齒形體組成，高度為2 . 5 m，底板尺寸為3m×3m×0.3m，底板設20個直徑160mm的透水減壓孔，上部齒形體由水流方向混凝土柱墻和壩軸線方向兩個懸臂胸墻組成，每個胸墻尺寸為1m×1m×1.4m。透水構件體積10.48m3，重量為26.2t，共33件。透水構件結構圖見圖1。

3.透水構件常規安裝施工工藝

3.1透水構件常規安裝施工工藝流程

透水構件安裝施工工藝流程如下：施工準備→構件場內吊裝→平板車場內轉運→構件吊裝上船→水上運輸→起重船定位→工作船靠泊→運輸船靠泊→構件安裝→檢測調整→下一個構架安裝。

3.2透水構件安裝施工方法及要點

（1）施工準備

構件運輸、安裝前，應先對構件的預制質量進行檢查驗收，驗收合格后，方可進行出運。

新廠預制場距張家灣潛丁壩施工現場水上約12km。透水構件通過預制場自有斜坡道碼頭上船，碼頭起重船舶為現場安裝構件的起重船，此方案節約了碼頭起重設備的費用，技術經濟性較為合理。轉運碼頭斜坡道路為碎石路面道路，由于道路受洪水浸泡時間長，構件轉運前需先補充碎石，再用20T壓路機進行3～5次均勻碾壓，達到穩定、平整度要求，確保出運碼頭道路安全。

（2）透水構件場內轉運

場內轉運包括：構件從預制場吊上平板車、平板車運至碼頭。起重設備選用50T輪胎式起重機，運輸設備選用長9m、寬2.5m的平板車。

每次轉運一件透水構件，構件起吊前，在平板車構件放置處，預先擱置厚約2cm的橡膠墊板，平板車尾部焊制[10槽鋼作為擋板，擋板內側采用橡膠墊片進行包裹，對構件周邊間隙采用楔形木方進行固定，并采用尼龍繩和手拉葫蘆進行捆綁、固定防止構件在出運碼頭斜坡上滑落、破損。平板車倒進碼頭斜坡道路停穩后，采用楔形木方塞至平板車后輪胎處，防止車輛下滑。

（3）構件上船及水上運輸

構件上船及水上運輸采用100t起重船（50m×20m×3.6m）、600T方駁（41m×8.5m×2.5m）等設備施工。

為解決運輸船甲板不平、構件碰損等問題，在600T方駁甲板上采用砂帶進行底板鋪平，砂帶厚度為10cm。構件裝駁后同樣需要采取尼龍繩和手拉葫蘆進行必要的固定，防止在運輸過程中發生傾斜或墜落等事故，采取對稱法裝駁，起重船采取拖輪拖運；采用100T起重船將33件透水構件起吊至兩艘600T方駁上；一艘運輸船先至施工現場進行安裝，另一艘在預制場臨時碼頭等待，待安裝完成一船后，再到達施工現場。

（4）現場起重船定位、運輸船靠泊

起重船設有4個電動絞關，定位時拋八字錨，通過錨纜控制起重船的位置。起重船定位于潛丁壩的上游，平行于壩體軸線方向，船舷距離構件邊線2m處定位，構件運輸船平行停靠于起重船上游船舷。工作船在起重船下游，與起重船垂直定位。工作船主要作用為：潛水員設備堆放、構件安裝拉導向繩等。

（5）構件安裝

基床整平驗收后，開始安裝工作，安裝由起重船與潛水員配合完成。

起重船精確定位后，構件運輸方駁停靠在定位船下游側，在起重船上用GPS定位出軸線位置，引導施工，起重船沿壩軸線移動。構件起吊前，起重船的吊鉤先掛好構件吊環，保持一定拉力（不吊起），在構件頂部安裝上采用兩臺GPS進行定位。為防止構件在入水過程中在水流作用下，產生旋轉偏移；在構件入水前在構件兩側吊環處綁系φ20mm尼龍繩（八字繩），尼龍繩長度為30m。

每個透水構件吊裝前，采用交通船在構件的4個角點處各放置一道長度為4m的豎向鋼管作為測量標桿，鋼管的連線呈正方形，正方形的中心坐標與構件底部的中心坐標重合，正方形的邊長為5m，即鋼管各角點超出構件底部各角點的距離均為1m，鋼管采用GPS定位。鋼管放置前其底部各焊接一塊50cm×50cm×5cm鋼板，鋼管與鋼板表面垂直。

起吊工作由專人指揮，檢查無誤后開始起吊。先吊離船體、穩定、提高、吊轉、八字繩牽引到定位船、入水、依靠定位船與八字繩初步定位，構件慢慢入水，構件入水過程中，工作船作業人員同步放尼龍繩。當構件底距基床0.3m左右時，停止落鉤，潛水員復測，量取構件每個角點與測量標桿的距離，再結合相鄰構件的縫寬和邊線的錯臺對構件進行定位，如偏差過大，重新調整定位，確保構件的角點與測量標桿的距離的差值≤5cm，相鄰構件的邊線錯臺≤5cm，縫寬≤3cm，經監理工程師認可后，方可解扣。

根據起重船性能參數，起重船在每安裝6個構件后進行移位，工作船每安裝完成2個，沿壩體軸線前移 6m。

4.透水構件安裝施工工藝面臨的困難

透水構件安裝于2015年10月21日開始施工，11月20日完成。根據歷年的平均水位，施工時區域水深為3～3.2m，水流速度為0.8～1.2m/s。由于上游雨水多，河段受到三峽大壩放水的影響，施工期間實測水深為6～7m，表面流速約2.5m/s，透水構件安裝存在的困難如下：

（1）透水構件的高度為2.5m，而施工區域的水深為6～7m，透水構件入水后，船上的測量人員和起重船操作人員無法看到構件的方位，難以獲得構件偏位的準確數據，起重船操作人員只有通過潛水員上報的數據對構件調整就位，但水下能見度低，且水上水下的信息傳遞效果相對欠佳，所讀取數據的準確性大大降低，需多次重復起落鉤才能安裝就位，導致安裝質量下降，同時造成效率低下。

（2）透水構件基礎為拋石壩基床，基床表面形成了翻壩水流，水流對構件產生一定的沖擊，增加了構件就位的難度，而安裝區域空曠，潛水員在水下缺乏有效的著力點，水流的沖擊使潛水員行動不便，潛水員工作效率也大大降低，需長時間停留在水下，直到構件安裝就位為止，同時潛水員在不斷獲取數據的過程中，需長時間靠近構件，安全風險高。

（3）原計劃測量標桿的高度為4m，小于實際水深，不滿足施工要求，實際選用的標桿長度為8m。雖然標桿長度滿足施工要求，但長度增加后，撓度也隨之增大，而河段流速快，標桿放置就位后受到水流連續的沖擊，標桿一直處于擺動狀態，穩定性欠佳，施工過程中進一步產生偏差。

5.透水構件安裝施工工藝的改進

為解決在高流速下透水構件安裝面臨的困難，項目部對透水構件安裝的施工工藝進行了改進，采用測量桁架輔助透水構件進行定位安裝。測量桁架具有一定的抗水流能力、操作簡單等優點，將透水構件的水下安裝施工轉變為水上安裝施工。測量桁架由Ф48mm×3.5mm腳手架搭設而成。桁架搭設的步驟如下：

（1）桁架共設置8根豎向立桿，每根長度為9m，立桿通過扣件對接接長，每根立桿底部分別伸入透水構件底板內側的各8個減壓孔中，立桿緊貼構件上部齒形懸臂胸墻。

（2）在懸臂胸墻的頂部和底部各設置4根縱向鋼管，每根鋼管長度為1.5m，鋼管的方向與懸臂胸墻的方向垂直，縱向鋼管和豎向立桿通過扣件連接，與透水構件的懸臂胸墻連接成整體，并確保立桿豎直。

（3）在透水構件頂部至立桿頂端6.5m的豎向范圍內，共設置6層鋼管加固，每層的間距為1m，即每層設置4道縱向鋼管和2道橫向鋼管，縱向鋼管每根長1.5m，橫向鋼管每根長3m，縱、橫向鋼管與豎向立桿采用扣件連接成整體。

（4）每2m豎向范圍內設置1對斜撐，斜撐與每根立桿連接，設置于桁架的上、下游兩側，共需設置12根斜撐，每根斜撐長度為4m。

（5）桁架搭設完成后（見圖2），從最外側的4根立桿中任意選擇3根立桿，在立桿頂部的正中心各放置1臺GPS，通過3臺GPS對透水構件進行精確定位。由于測量桁架立桿長度為9m，大于施工區域的水深（6～7m），施工過程中GPS完全位于水面以上。

透水構件安裝前，通過每臺GPS所對應的底板減壓孔的位置以及每個透水構件安裝的中心坐標，先計算出每個透水構件安裝時3臺GPS各自的理論坐標值，在構件安裝過程中，測量人員能簡單準確地讀取安裝的偏差值，給起重船操作人員提供了準確地數據，安裝質量和安裝功效大大提高，安裝功效從0.5個/d增加至2個/d。

透水構件安裝時，先確保第一個透水構件的方位準確，下一個構件安裝完成后，潛水員進行復核，可確保構件的軸線偏差值≤5cm，相鄰構件的縫寬≤3cm，構件的安裝方位滿足設計及規范要求。

第一個透水構件安裝完成后，拆除懸臂胸墻底部的4根縱向鋼管，將測量桁架整體吊裝至下一個構件后，再將4根縱向鋼管重新安裝，使桁架與構件連接成整體。施工過程中，應隨時關注立桿的垂直度，若立桿產生傾斜或桁架產生變形，則及時糾偏。

透水構件安裝完工圖見圖3。

由于構件安裝主要通過GPS控制，潛水員只需在構件安裝落位后對構件的錯臺情況和線性進行復核，無需全程靠近構件讀取偏差數據，大大減少了潛水員的工作量，也大大降低了人員作業的安全風險。

6.結束語

綜上所述，通過對透水構件安裝工藝的改進，有效地克服了高流速下常規的安裝工藝面臨的困難，此方法操作簡單，實施更為安全，確保了構件安裝及潛丁壩總體的施工質量和安全，提高了施工功效，也為類似項目提供了可以借鑒的施工經驗。

參考文獻：

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