船閘護坦水下修復技術應用研究

郭瑋

（揚州市港航事業發展中心，江蘇 揚州 225003）

1 基本情況

1.1 研究背景

江蘇省瀕江臨海，河流成網，水運資源十分豐富，內河等級航道總里程8700 余公里，交通管轄船閘多達80 多座。2021 年，江蘇省內河航道貨運量約9.68 億噸。為適應交通水運事業快速發展的形勢和船舶大型化的發展趨勢，十三五以來，江蘇加快了航道、船閘基礎設施的建設和改造步伐，通過基本建設手段從根本上提升通航能力，消除通航安全隱患。但除此之外，仍存在一部分60 年代至80 年代建造的，分布在較低等級航道上的船閘，這部分船閘的共性特點為建設標準低、船閘尺度小，無法滿足船舶大型化的發展需求，近期內也不能通過基本建設程序完全實現擴容改造，只能結合船閘養護工程的實施，“短、平、快”地解決重點問題，消除安全隱患。

1.2 船閘概況

高郵運西船閘建成于1986 年，上游為京杭大運河，下游為高郵湖，是連接蘇皖兩省、溝通淮河和京杭運河的重要水運通道。船閘單線雙向通航，基本尺度：100×16×2.5 米（閘室有效長度×閘室有效寬度×門檻水深），上游設計最高通航水位為 8.2 米，設計最低通航水位為 5.5 米。下游設計最高通航水位為 8.5 米，設計最低通航水位為 5.0 米[1]。年設計船舶通過量為350 萬噸，2019 年實際船舶通過量已經達到905 萬噸，船閘運行較為繁忙。

1.3 護坦修復的必要性

運西船閘護坦為干砌塊石結構。近年來，因自身結構耐久性較差，加之受大型船舶過閘、船閘運行灌泄水形成的水流沖刷等因素影響，護坦塊石大面積松動、翻起，主要帶來三方面的問題：一是護坦塊石堆積在護坦表面，成為水下礙航物，易造成擱淺、船損事件，影響船舶通航安全[2]；二是護坦塊石被帶至閘首門檻部位，卡阻閘門啟閉，損壞閘門底部橡膠止水等運轉件，對閘門結構和船閘運行帶來不利影響；三是塊石松動后，護坦失去護底功能，水流沖刷會造成引航道口門區斷面土方流失，時間長久沖刷嚴重后將影響鄰近導航墻等助、導航建筑物結構穩定性。為此，需要對運西船閘上游護坦實施修復工程以解決上述問題。

2 護坦修復技術方案的確定

在船閘水工建筑設施受損修復技術中，護坦修復難度較大。對于本次工程來說，一是因為護坦處于閘首修理門槽外側，無法通過安裝修理門抽水后實施；二是因為護坦修復必須停航，且實施快速修理難度大，船閘停航時間長會造成較大的社會影響；三是如果實施水下施工，工程質量和安全控制難度大。為此，我們經過實踐探索，總結研究了一套較為快捷有效的護坦水下修復技術。下面，以高郵運西船閘上游引航道護坦修復為例，總結護坦水下修復技術的應用研究。

2.1 護坦修復的平面位置

本次修復位置位于上游引航道口門區外側，原有護坦為干砌塊石結構，頂高程2.5m，厚度350mm，護坦損壞位置從上游導航墻外側沿船閘軸線方向75m 長，橫向20m 寬，需要修復面積約1500m2，具體見圖1。

圖1 高郵運西船閘護坦修復平面位置圖

2.2 護坦修復工程量

清除1500 m2范圍內的水下護坦干砌塊石和砼格埂，共525m3；澆筑厚度350 mm 砼（C40）[3]，共525 m3，護坦砼頂高程嚴格控制在2.45—2.5m 之間。

2.3 技術方案選擇

本次護坦修復遵循以下原則：一是結構整體性、耐久性較好，適應大型船舶航行時產生的船行波的沖刷，不易損壞；二是工期相對較短，將因實施修復工程造成的船閘停航時間盡量縮短，減少航運企業、船員的等待時間；三是技術成熟、施工較為便捷，能夠用常規的施工機械、工藝工法施工，符合養護工程投資少見效快的要求。目前能夠實施的修復方案主要有三種：構筑圍堰抽水修復法、氣壓沉柜修復法、水下砼澆筑法。三種修復技術方案比選見表1。

表1 修復技術方案比選表

綜上所述，綜合考慮設備、工期、投資、實施效果等因素，水下砼澆筑法盡管護坦砼頂高程和澆筑質量控制難，施工中需要潛水人員在水下進行作業控制，有一定的安全風險，但能夠通過建立安全保障措施，優化施工工藝來保證工程順利實施。這是最快捷的修復方案，投資較小，縮短了停航時間能帶來最大的經濟效益和最小的社會影響。因此，選定了水下砼澆筑技術方案。

3 護坦修復技術方案的實施要點

3.1 總體施工流程

總體施工流程見圖2。

圖2 總體施工流程圖

3.2 水下地形測量放樣

根據施工圖設計文件進行水下斷面測量復核，工序要點是須由潛水員摸清施工區域現狀護坦周圍的混凝土格梗位置，在水下插好定位標志桿，確定施工范圍的邊界線，以利下一步清除工作的順利進行。

3.3 原護坦塊石、格埂清除

采用抓斗挖泥船，將塊石、格梗混凝土破碎，貨駁配合裝運。工序要點是控制好開挖邊線和挖掘高程，按照“先中間，后邊界”的原則，保護好邊界格埂混凝土，高程上嚴格控制超挖，保護基底不受擾動。

3.4 水下測量精確放樣

原護坦塊石清理結束后進行水下精確測量，確保原護坦塊石、格埂清除干凈。

3.5 水下立模

由于修復面積較大，水下混凝土澆筑需分區塊進行。分塊形狀和面積大小考慮充分利用施工區域邊界現有完好格梗混凝土作為邊模，且方便澆筑后潛水員在水下平整混凝土表面。按沿垂直船閘軸線方向20m、順船閘軸線方向3m 進行分塊，一次澆筑面積60m2，澆筑方量21m3，共分25 塊澆筑。為控制護坦頂高程，在施工區域按照井字型布設水下高程樁，高程控制為▽2.5，間距約3m。水下打鋼管樁及立模水上有人配合，由水上人員控制高程和位置，并且由水上人員施打。控制樁總計大約有504根，預計每天完成打樁200根，打樁需2.5天，布設控制鋼管需1 天，水下立模（大運河面）需1 天，則水下立模總計約5 天時間。

3.6 水下砼澆筑

模板及高程樁及高程鋼管布好后進行水下砼澆筑。每塊區域為橫向長20m，縱向長3m。澆筑時依次從一端向另一端推進，完成一塊再澆筑相鄰的一塊。嚴格按配合比配制C40 水下混凝土，摻加早強不分散減水劑，塌落度在20cm 以上，保證混凝土拌合物和易性及流動性良好，容易自流平，且在水下不易分散[4]。混凝土澆筑采用輸送泵，輸送導管與河底靠近，與邊界保持適當距離。澆筑時，混凝土一次集中泵送一部分，保持導管位置不變，混凝土直接進入護坦面里，減少了在水中沖刷。混凝土拌合物先自流平，潛水員在水下用掛尺將超出頂高程的部分刮平。本次水下砼總計約525m3，預計水下澆筑時間約2 天。考慮水下混凝土澆筑質量不易控制，實際施工時實行首件認可制，選擇第一塊護坦作為首件，將各工序技術要求進行技術交底，明確澆筑方量控制、導管移動、水下混凝土表面整平、水上水下配合等關鍵環節技術要求，確保首件一次成功，并將施工參數固化以利后續護坦分塊澆筑遵循。

3.7 頂高程復測

每塊澆筑完成后，對頂高程進行復測，按照“精準控制，寧低勿高”的原則，控制頂高程不高于2.5m，且在2.45—2.5m 之間。復測數據作為工序質量驗收原始資料。

3.8 水下混凝土養護

水下混凝土澆筑后，盡可能避免擾動，在自然條件下養護14 天。

4 工程實施后使用效果

工程于2019 年當年實施，工期22 天，在做好施工組織設計、優化工期安排、加大機械設備班組保障的前提下，工程得以提前完工，為船閘盡早復航、水運企業及船舶盡早恢復正常運營爭取了時間。

工程完工船閘復航以來至目前，管理人員在養護管理工作中對上游護坦的修復情況及使用效果進行多次監測。一是對引航道進行斷面測量，根據測量水深結果顯示，修復區域的高程均在2.5m以下，基本上在2.45—2.5m之間，每年測量結果無較大變化，說明護坦無掏空、翹起等情況，較為穩定；二是采用多波束設備進行掃測，與引航道斷面測量結果進行印證，結果顯示修復區域混凝土表面較為平整，見圖3。兩種方法證明運西船閘上游護坦屬下修復較為成功。同時，通過這幾年的船閘繁忙運行，大型化的、深吃水的船舶頻繁進出船閘，未出現過船舶碰損、閘門卡阻情況，說明水下護坦結構穩定性較好，船舶安全通航、船閘安全運行得到了有效保障。

圖3 多波束掃測成果圖

5 結語

20 世紀60 至80 年代建造的船閘較多采用砌石結構護坦，較易破損，需要通過實施養護工程來進行修復。通過在運西船閘護坦修復中應用水下混凝土修復技術，較好地解決了這一問題，且具有結構穩定、便捷高效且經濟的優點。在后續的樊川船閘上游護坦修復和芒稻船閘下游引航道鋼板樁護岸靠船段墻前防沖刷中，應用水下混凝土修復技術均取得了良好效果。實踐證明通過加強工序質量控制，實施精細化施工管理，水下混凝土修復技術在船閘水下護坦修復及類似水下混凝土結構修復中應用效果較好，具有推廣價值。