水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工技術

董秋絨

（中國水電建設集團十五工程局有限公司,陜西 西安 710068）

0 引言

輸水渠道護坡長期以來都是水利工程項目施工的難點和重點,影響護坡效果的因素比較多,且施工條件比較復雜,任何一個細節把控不當,都會影響最終的護坡效果。傳統混凝土護坡、砌塊護坡等,普遍存在工程量大,施工難度大,工期長等特點,而且美化效果比較差,不符合生態護坡理念的要求。水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工技術,可有效彌補傳統護坡存在的弊端,既能提升護坡的強度、穩定性,提升渠道水的利用系數,減少糙率,而且可創建出生態、綠色、安全、美觀的護坡工程。基于此,開展水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工技術的分析研究就顯得尤為必要。

1 工程概述

引江濟淮工程輸水渠道系利用現有派河河道擴挖疏浚而成,為了防止渠道沖刷破壞、保護坡面不直接受水沖刷及船行波對坡面沖擊,提高渠道水利用系數,減少糙率,加大流速,確保岸坡安全,對南岸一級平臺以下邊坡采用12 cm 厚C25水下聯鎖式軟體排鋪設護岸,從而達到保土、防浪、抗沖刷、防淘等功能要求。

2 施工重難點分析

水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工技術是一種先進的輸水渠道護坡技術,鋪設流程為：垂直水流方向由岸邊逐漸向河道中心進行鋪陳,順著水流方向從下游開始依次向上游鋪陳。利用鋪排船以及船上自帶的GPS 定位系統來完成水下軟體排的鋪設。就案例工程,在應用水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工技術時存在的重難點,主要體現在以下幾個方面：

第一,水下聯鎖式軟排護坡鋪設對施工連續性有很高的要求,在正式施工前,需要好切做好各項準備工作、技術交底等,才能滿足施工要點。但案例工程,工程范圍廣,施工技術復雜,影響施工質量的因素比較多,如何有效做好施工前的準備工作是施工的主要難點之一。

第二,相比于傳統護坡技術,水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工技術既存在水中施工,也存在岸邊施工。選擇合適的位置修建碼頭,用于預制塊的運輸,是本工程施工的難點之一。

第三,預制好的預制塊聯鎖片可通過水上運輸船運輸到鋪排船上,通過鋪排船上自帶的吊裝設備,轉到鋪排船甲板和鋪排系統上,開始連續式的沉排。因此,鋪排船的精確定位和卷鋪排布對施工質量有極大的影響,在具體施工中必須高度重視這一點。

3 水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工技術的應用要點

3.1 注重施工前的技術準備

相比于傳統的輸水渠道護坡施工技術,水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工技術雖然在很多方面都有非常顯著的優勢,但其施工工序更多,施工難度更大,對施工的連續性、有效性、質量有更高的要求。因此,在正式施工前,必須切實做好施工前的各項準備工作。施工方需要提前熟悉圖紙和相關設計資料,按照水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工工藝的特點以及技術要求,及時找到實際情況和設計圖紙上存在的差異,提前進行整改處理,以保證設計圖紙的準確性和完整性[1]。施工單位還需充分了解本工程的地質資料,掌握水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工技術的工法特點和工藝流程,對所有的參與施工的人員進行技術交底和安全培訓。由于在水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工是需要準備足夠的C25 預制塊,這就需要加強現場檢驗,保證預制塊質量達標后,再運輸到施工現場進行堆放。在施工前還需對鋪排船、運輸船、錨艇進行質量檢查和現場調試。此外,還需在水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工現場布設測量控制網,以便于和水上鋪排船GPS 定位系統相互校核,以保證排體沉放位置的準確性,以保證正式施工中,各道工序能夠高效、有序地開展。

3.2 臨時碼頭修建和預制塊運輸技術

由于本工程缺乏預制塊堆放和中轉的條件,需要在合適的位置修建臨時碼頭,選擇在蓮花路橋（11+650）位置的西側,修建一個臨時碼頭,作為北岸排頭固定的壓載梁,以及用于鋪排布和填縫碎石等施工材料的臨時周轉,臨時碼頭的建設面積為600 m2（長50 m,寬12 m）,高程控制在8.6 m 左右。為保證臨時碼頭的穩定性,解決不均勻沉降問題,需要將臨時碼頭施工范圍內的淤泥質土清除后,換填上性能好的回填料,分層回填,分層碾壓,最上層鋪設不少于30 cm 厚的磚渣,利用壓路機壓實整平。本工程施工中用到的C25 預制塊通過水上運輸到指定位置,在運輸前,需要保證每塊預制塊的強度等級,都達到設計要求的100%,選擇1000 t 的自航深艙駁進行運輸。靠近鋪排船后,緩慢向鋪排船靠攏,通過鋪排船上自帶吊裝設備,吊裝到工作面進行安裝。

3.3 GPS 衛星水上導航技術

鋪排船定位精度直接關系到水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工的總體質量,因此,必須精確定位鋪排船的位置。本工程選用的鋪排船上自帶GPS 衛星水上導航系統,可用于鋪排船的定位,具體做法為：先將鋪排船開到鋪排施工范圍內,將鋪排船垂直于排布軸線方向后,將船錨拋下水,再通過現場GPS 測量系統,將鋪排船精確定位施工位置后定錨,促使鋪排船滑板的中心線和理論的排位的中心線相互重合,滑板外緣邊線需要和排頭變形相互平齊。并依照提前布設在連系梁上的放樣點,校核GPS 定位的準確性。但在本工程施工中,受到水體的影響,最后下水的排體,可能會因為水流的影響,造成和下一塊排體搭接不到位的情況。為解決這一問題,需要將每塊排布末端的兩個角上系上一個小錨浮,在鋪設下一塊排體時,需要先將鋪排船移動到錨浮前方,可安排潛水人員下水檢查排體搭接是否到位,及時調整,控制排體水下搭接的長度不小于2 m。

3.4 卷鋪排布技術

本工程在水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工中鋪排布采用了380 g/ m2的丙綸長絲織復合布,通過鋪排船上的吊機,將排布布設到甲板之上,再通過人工調整,將排尾拉環和滾筒上的繩纜系到一起。再啟動滾筒開關,將排布自動卷入到滾筒中,直到排頭平展在翻板前沿,關閉滾筒開關,通過人工將排頭牽引到連系梁預埋拉環上進行固定[2]。在卷鋪排布施工中,為保證排布的效果,需要在卷筒兩端至少安排4 名操作人員相互配合,促使排布處于繃緊狀態,以保證排布的平整性。排布平鋪到甲板和翻板上之后,人工拉平、拉直,不能存在折皺、收縮等問題。

運輸船將排體運輸到鋪排船上,通過吊機配合吊裝托架,開展排體吊裝操作,每輔排體都需要沿著平行于水流方向布設9 各矩陣,沿垂直于水流方向布置6 個矩陣,從排頭開始,依次向排未吊裝。排頭第一行矩陣吊裝完成后,要及時調整相鄰矩陣之間的距離,確保各矩陣之間的距離一致后,再進行排體綁扎。預制塊矩陣四周和排布之間需用直徑不小于14 mm 的丙綸繩綁扎牢固。在排頭位置綁扎時,需將混凝土連系梁上的預埋鋼筋拉環、排布排頭丙綸帶拉環,以及預制塊矩陣上拉環系到一起。其余和水流方向平行的兩個矩陣上的拉環和排布預留的丙綸帶環系緊。和水流方向垂直的預制塊矩陣上的吊裝繩和排布縱向加筋帶上預留的拉環系緊。當一行矩陣吊裝和綁扎完成后,及時進行沉排操作,如此循環往復。

4 施工技術的創新

水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工技術是一種新型的河道護坡施工技術,和傳統技術在很多方面都有明顯區別,如排頭鎖扣固定技術、移船沉排是本工程的主要創新點,在案例工程的成功應用,可為今后類似工程的施工提供一定的參考和借鑒。

4.1 排頭鎖扣固定技術

排頭固定是本工程施工的重點和難點,也是水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工技術應用的關鍵環節,在施工中必須結合實際情況,選擇合適的固定方法。就案例工程而言,南岸3+340～18+220 段,以及北岸16+870～18+220 段,在排頭固定施工中均采用了鎖扣固定方法[3]。具體做法為：提前將直徑不小于8 mm 的鋼筋拉環預埋在混凝土連系梁之上,控制鋼筋拉環間距為510 mm,保證和軟體排排頭預留的鎖扣間距相同,在進行軟體排鋪排操作時,鋪排船需要將排頭滑板停靠在坡面之上,通過人工將依次排布的排頭牽引到預埋好的鋼筋拉環上綁扎固定好,具體情況見圖1。

圖1 南岸3+340～18+220 段和北岸16+870～18+220 段排頭固定示意圖

本工程北岸J3+240～16+870 段則采用挖地溝、梯形預制塊壓頂的方法來固定軟體排排頭,地溝選擇了梯形斷面,底部寬度為0.6 m,深度為0.9 m,兩側邊坡的坡比為1∶0.5,地溝開挖完成后,將軟體排排頭牽引到地溝下,在溝底埋設一塊軟體排預制塊,沿著梯形斷面斜坡埋2 塊軟體排預制塊,確保地溝內每次預埋3 塊軟體排預制塊后,再將C25 混凝土壓頂塊利用鋪排船自帶的吊裝設備吊裝到地溝內,牢牢壓住軟體排排頭。壓頂可采用C25 等腰梯形預制混凝土塊,其規格為長度2 m,底部寬度0.58 m,頂部寬度1.36 m,高度為0.78 m,上部還需設置2 道鋼筋吊環,以便后期吊裝施工[4]。地溝可利用1.2 m3挖掘機進行開挖和回填。若局部高程變化范圍比較大,需要整平處理時,可用1.2 m3挖掘機進行開挖、回填、整平處理。局部壕溝需要回填的區域, 可選擇1.2 m3挖掘機進行挖裝,20 t 自卸車運輸,220 HP 推土機推平, 回填土料可選擇附近灘地的疏浚開挖材料。具體的施工示意見圖2。

圖2 北岸J3+240～16+870 段排頭固定示意圖

考慮到排布為聚丙烯材料,為防止紫外線照射,導致排布質量降低,在水位變幅區 6.1 m～8.6 m 高程范圍內,預制塊之間采用 16 mm～31.5 mm 碎石回填,主要目的是促淤防曬,保護土工布。

4.2 移船沉排技術

當排體排頭牽引固定到位后,及時開展水上部分軟土塊鋪設,利用GPS 定位給出的指引,緩慢調整船體,邊調整船體,邊啟動滾筒,但要保證滾筒的速度和船體移動速度基本一致,以免二者速度不同出現軟體塊被撕裂的問題。船體在移動時還需控制滑板沿著坡面逐漸下傾,當滑板上的排體寬度僅剩2 塊時,可及時固定船錨,停止鋪排船移動,與此同時剎住滾筒,開始下一排預制塊矩陣的吊裝和綁扎。水上部分鋪排完成后,及時進行水下鋪排,具體做法為：將滑板繼續下傾,下傾的角度要能夠保證軟體矩陣證塊靠著重力自由下滑,本工程水下聯鎖式軟體排矩陣鋪設施工中,將下傾角控制在30°左右,松開滾筒,繼續進行軟體排沉排施工,但要保證鋪排船移動速度、距離相互一致。可按照水體深度、水下排體的長度,計算出移船的距離,以免因為距離大或者過小,引起排體在坡面上重疊、起折等問題[5]。由于本工程護坡坡度為1∶4,每排軟體排矩陣垂直河道方向長度為5 m,因此,移船距離約為4.85 m,鋪排船可通過GPS 衛星水上導航系統精確計算出移動距離,以保證水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工質量。為確保排尾沉放準確,在沉放施工中,需用繩索將丙綸加筋帶穿好,繩索尾部固定在鋪排船上,當軟體排排體矩陣剩余最后3～4 排預制塊時,要停止移船,通過滾筒將整幅排體拉到緊繃狀態,以保證整幅排體平整順直后,解開尾繩,下傾滑板,促使剩余的排體沉放完成。

5 結語

綜上所述,結合實際案例,分析了水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工技術,分析結果表明,輸水渠道護坡施工難度較大,尤其是遇到水體深度大,現場條件復雜的地段,其施工難度會成倍增加。采用水下聯鎖式軟排護坡鋪設施工技術,可利用鋪排船來完成水下軟排護坡鋪設,既能有效提升施工速度,也可以降低對水體環境造成的擾動和影響,可為類似工程施工提供一定的參考和指導。