長江中游荊江河段航道整治工程沉排施工質量控制

李偉 李子俠 余南

摘 要：文章結合長江中游荊江河段航道整治工程第Ⅲ標段垂直水流沉排施工工藝，對沉排施工質量控制的關鍵點進行論述和探討，并對控制排布橫向收縮裝置的改進進行闡述。

關鍵詞：荊江河段 航道整治 軟體排

1.工程概況

長江中游荊江河段航道整治工程，工程河段范圍上起昌門溪，下至熊家洲，全長280.5km，共分為6個標段，對9個灘段的13處淺灘或不穩定航槽實施全面系統治理，改善航道條件。航道建設等級為Ⅰ級，建設標準為3.5m×150m×1000m（水深×航寬×彎曲半徑），通航保證率為98%。第Ⅲ標段的主要建設內容為：張家灣潛丁壩，長度451m；天星洲高灘左緣上段守護工程，長度2850m；天星洲高灘左緣下段守護工程，長度2640m。

2.沉排在長江航道整治工程中的作用

近年來，在長江中游航道整治工程中廣泛采用系結壓載軟體排（D型排）護底，對于保護河床原有形態、穩定邊灘或心灘、防止航槽變動、維護和改善航道條件起著重要的作用，其主要功能是有效減緩水動力對河床的沖刷作用而造成的河勢改變。

“萬里長江，險在荊江”，整治荊江航道是一個世界級的難題，荊江河段多為沙質河床，河段九曲回腸，航道演變劇烈，尤其在三峽工程蓄水運行后，壩體下游河段的來水來沙條件發生了較大的變化，打破了荊江航道原有的動態平衡，進一步加劇了荊江河段航道演變的復雜性和治理難度。為了達到航道整治的效果，各個環節的施工質量至關重要，其中沉排的質量控制為最關鍵的質量控制點之一。

3.沉排的施工工藝

荊江河段航道整治工程第Ⅲ標段的張家灣潛丁壩、天星洲高灘左緣上段守護工程和天星洲高灘左緣下段守護工程的系結壓載軟體排護底采用垂直于水流方向沉排的施工工藝，工藝如下：

3.1施工準備

施工前，先采用測量船對水下施工區域進行掃床測量，如發現有突出尖狀物則立即處理，防止排布下沉時遭受破壞，并測量施工區域水深和流速，繪制水下地形圖和水上沉排軌跡計劃線。

3.2排頭的固定

張家灣潛丁壩D型排的排頭采用系排梁固定；天星洲高灘左緣上、下段守護工程D型排的排頭設置在護坡枯水平臺下，按設計要求在護岸坡面上采用塊石壓載，表面再采用鋪石壓載，但實際施工中岸坡開挖的進度滯后于沉排的進度，采用在岸坡上打木樁的方式固定排頭。

3.3沉排船定位及移動

沉排船采用5個液壓卷揚機控制5根鋼纜繩控制船體的定位和移動，其中位于船頭的主纜連接1個重量為7t的鐵錨，承受整個沉排船下漂的拉力，同時控制船體上下移動；船頭船尾各設2根開錨和相應的鋼纜繩，控制船舶左右移動。

根據設計要求，相鄰排體沉排按自下游往上游方向的順序依次逐條沉放。沉放時由GPS動態控制沉排軌跡和搭接寬度，繪出排體的實時軌跡，并校核軌跡與排布的實際長度、設計范圍是否吻合，同時與理論軌跡對照，若誤差超出允許偏差值，立即校正船位，防止排體偏離軌跡線。

3.4排布沉放

把預先加工好的排布卷入沉排船的卷筒，將排頭通過卡排梁平鋪于工作平臺，然后采用人工將砼塊綁系于排布上，待砼塊按設計要求系滿后松開卷筒和卡排梁，移動沉排船，卷筒轉動，砼塊隨排布共同沉入江底，以此循環。

4.沉排施工質量控制要點

4.1防止排布橫向收縮的質量控制措施在垂直水流沉排施工中，排布在水流的橫向沖擊力作用下會產生橫向縮排現象，該河段沉排施工時，最大表面流速約為2m/s，高流速給沉排施工帶來了一定的困難。縮排會造成排布水下搭接寬度減少，從而直接影響航道整治的護底效果。

控制橫向縮排常用的技術措施為：在沉排船上游端滑板邊緣設置牽引鋼導軌，導軌上安裝若干鐵鉤，每個鐵鉤一端勾住導軌，另一端與對應的排布上的加筋條采用牽引繩活扣相連，沉排時鐵鉤與排布共同下滑至斜翻板盡頭，通過橫向的牽拉作用控制縮排。

該控制橫向縮排的裝置在使用中存在一定的弊端：由于鋼軌道與鐵鉤之間為滑動摩檫，摩擦力較大，鐵鉤與排布往往難以同步下滑，甚至出現鐵鉤卡住的現象，導致牽拉的另一端的加筋條受力不均，局部受力集中會造成排布撕裂。

為了解決以上難題，施工中研發了實用新型專利《一種牽引排布控制縮排的輔助裝置》（專利號：ZL 2014 2 01817689，證書號：第 3866949號）。具體做法：采用四角滑輪牽引裝置取代鐵鉤，并對沉排船上游端滑板邊緣的鋼導軌進行改造，使其與四角滑輪匹配。由于滑輪與導軌為滾動摩擦，摩擦力大大減小，杜絕了牽引裝置與導軌卡住的現象，有效避免了因受力不均而造成排布撕裂，且每個裝置設有四個滑輪，下滑時更加順暢、穩固，詳見圖1和圖2。

排布下滑時，通過牽引繩拉動排布上游側，防止水流使排布向下游移動而造成滑輪遠離軌道，確保滑輪順利套入軌道中，四腳滑輪緊貼鋼導軌隨同排布同步下滑，始終保持著對排布的橫向牽拉作用，確保了排布在不縮排的情況下沉入江底，緊貼河床。插銷上的孔和回收繩使滑輪在脫離導軌后能重新回收再次利用。通過實踐，本實用新型專利能有效地控制橫向縮排情況，縮排能控制在50cm以內。

4.2沉排軌跡的實時監控措施

根據沉排施工范圍、沉排施工順序以及每張排布的鋪設長度，通過GPS定位測量確定每張排布的理論坐標值，制定沉排船的設計運動軌跡線，以便在沉排施工時根據設計軌跡線控制排布的搭接寬度和鋪設的水平長度。

施工前，預先在施工區域附近設置固定的GPS基準站，同時在沉排船上設置GPS移動站。施工時，沉排船根據電腦顯示的設計沉排網格移船，同時電腦自動繪制實際沉排軌跡，GPS實時測量水上沉排船的運動軌跡，自動計算實際偏差值，若偏差值超出規定，電腦自動發送指令給液壓錨機，根據數據指令自動絞移控制船位的5根鋼纜，不斷校正船位，以確保排體按設計方位入水。

4.3沉排橫向搭接寬度的實時監測措施

采用GPS實時監控的同時，聲吶技術也應用于排體橫向搭接寬度的全過程實時監測中，可對排體的搭接寬度進行動態跟蹤。聲吶設備實時監控具體方案如下：

（1）在沉排船上排體搭接一側安裝船舷固定式支架放置探桿。

（2）沉排船每完成一段排體的沉放后，在綁系砼塊、船體暫未移動期間，聲吶監控設備對已鋪設的排體進行掃描，實時采集排體搭接的數據，排體的搭接狀況在沉排船操作室顯示屏上清晰地展現出來（實體質量采集見圖3）。

（3）監測人員將沉排的搭接情況連續地向沉排船操作人員匯報，若出現異常現象，操作人員可隨時調整船舶，及時糾偏（檢測方案示意見圖4）。

4.4排尾沉放的施工質量控制

每塊排布沉排臨近結束時，采用工作排布牽引施工排布至河床底部、再收回工作排布的方式對排尾進行處理。具體操作方法為：安裝施工排布前，預先在沉排船的卷筒上安裝一段工作排布，工作排布與滾筒連接牢固，施工排布與工作排布采用尼龍繩活扣連接，待每塊排布還剩余一個水深長度的排布未沉放時，將放排卷筒的速率設置為零，再進行船舶移動，帶動活扣，下放尾排，收回尼龍繩和工作排布，從而完成排尾處理，較好地控制了排尾縮排。

通過第Ⅲ標段沉排施工的多次試驗與實施，證明此方法可行有效，較好的控制了排尾縮排，既能確保排尾的到位率，又能節約材料，減少浪費，得到了業主、設計及監理的一致認可。

4.5相鄰排布搭接質量的檢測

沉排完成后，為了便于排布搭接質量的檢測，在排體設計搭接寬度處預先設置一道彩色檢測條。潛水員進行水下檢測時，若在設計搭接寬度處未發現該彩色檢測條，表明相鄰排布的橫向搭接寬度足夠，滿足設計要求，否則，表明搭接寬度小于設計值。如圖5所示為相鄰排布水下檢測示意圖。潛水員檢測的具體操作方法為：

（1）排布搭接處的下排布有無彩色檢測條，可判斷搭接寬度是否符合要求。

（2）發現彩色檢測條時，用鋼尺測量彩色檢測條到上排布邊緣的距離。搭接寬度=設計搭接寬度-檢測條到上排體邊緣距離。

（3）若發現排布存在未搭接、有明顯脫開的現象時，采用鋼尺或標尺繩連接上、下兩塊排布邊緣，測定未搭接寬度。

在泥沙較多、水質渾濁的水域，潛水員可采取近距離拍攝、斜側光拍攝、頂流或側流方向拍攝的方式提高水下拍攝清晰度。

通過以上質量控制措施，長江中游荊江河段航道整治工程第Ⅲ標段所有的D型軟體排均順利通過驗收，既保證了沉排的施工質量，又節約了施工工期。通過各項質量控制措施，尤其是控制橫向縮排技術的創新，取得了良好的經濟效益和社會效益，為水上沉排施工特別是長江中游垂直水流沉排工藝積累了施工經驗，開創了新的思路，具備深遠的戰略目標意義。

5.結束語

綜上所述，通過對沉排效果的論證，該技術適用于長江中游荊江河段航道整治工程第Ⅲ標段的沉排，尤其是控制橫向縮排技術的創新能連續、較好的完成本工程的水流復雜區域沉排施工，能做到經濟投入合理，施工操作簡便。長江航道整治工程中復雜水流情況下的沉排技術將會是長江航道整治中一個亟需解決的課題，希望能通過本項目起到拋磚引玉的效果。

參考文獻：

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