谈利用浮箱配合挖掘机进行深水土工布铺设

刘继民，韩桂喜，陈文君

（济南市黄河工程局，山东 济南 250032）

济南市小清河玉清湖沉砂池补水工程是利用玉清湖沉砂池沉沙后原水对小清河实施补源的专项工程。工程自玉清湖沉砂池起，沿黄河大堤至睦里闸进水口，设计输水流量约3～5 m3/s，输水线路长2.6 km，设计进水涵闸1座，坝顶高程38.5 m。

管道段：设计双排直径1.4 m的输水管道输水，其中管道的进出水口采用钢管输水，中间段采用HDPE管输水，输水流量约3～5 m3/s。在管道段共设7个小型结构物，分别为：压力水池1座、蝶阀井2座、排气阀井2座、测流井1座及压力井1座。

进水涵闸段：设计进水闸1座，混凝土等级为C25混凝土。闸门选用PGZ2×2平面闸门，启闭机选用QLZ-50-SD型。采用钢筋混凝土穿堤涵洞，尺寸2 m×2 m，混凝土等级为C25混凝土。

该项目于2011年3月30日开工，5月底按期完成主体工程。合同工程完成进水闸1座、箱涵6节、进出口段压力水池各1座、双排输水管线。

1 问题的提出

济南市小清河玉清湖沉砂池补水工程设计利用玉清湖水对小清河进行补源。设计在玉清湖沉砂池填筑围堰，并在围堰临河位置铺设一布一膜复合土工布防渗。围堰顶高程38.0 m，设计边坡1:5，玉清湖水位2011年3月高水位运行，水位一般达36.0 m，最高水位36.5 m，然后停止沉砂池的进水，水位开始逐渐下降，一般达34.5 m，最低水位33.0 m，湖底水位27.0 m左右。设计临河侧铺设土工布56 m左右，其中水位以下铺设土工布41 m左右。

由于受水流和水深的影响，以前直接向水中摊铺压实的方法很容易造成土工布漂浮或折叠的现象，有时还容易被水冲走造成损失。

为了能满足施工的要求，确保铺设过程的安全、有效，根据多年的施工经验，结合济南市小清河玉清湖沉砂池补水工程填筑围堰的现状，确定出一套深水铺设土工布的施工工艺。

2 施工方法

利用浮箱作为水上支撑平台，并在浮箱上配置挖掘机等相应铺设装置，采取人工配合挖掘机的方法进行围堰临河侧一布一膜复合土工布的铺设。

施工时间：2011年 4月 27日—2011年 4月28日。

工艺流程：地面准备工作—铺料装上浮箱—铺设。

2.1 地面准备工作

首先，在土工布的一端卷入1根Φ25 mm的细钢管，然后用钢丝每隔15 cm进行绑扎；同时，在滚筒端部缠绕细麻绳，麻绳长度依水深而定（大于铺设末端水深2 m）；将细麻绳的末端固定在细钢管的两端，最后缠绕土工布。一般情况下在卷绕过程中，在滚桶两边用人工拉直以防土工布在卷绕过程中弯曲折叠。

2.2 铺料装上浮箱

将土工布滚桶吊至浮箱上，把提升钢丝绳固定在滚桶两端的滚轴上，并事先预留水位以上土工布的铺设长度。将镇压土工布的土工袋、碎石包一起装入浮箱上，这一过程采用人工铺助、机械为主的方法，充分利用现场的施工机械，提高施工效率。

2.3 铺设

首先，在围堰堰顶挖50 cm×50 cm U型槽，在U型槽内先铺设土工布再在U型槽内回填土料、人工压实，以增加摩擦力，用于防止土工布的滑动；然后在填平的U型槽上方压盖土工袋、碎石包。进行铺设时需放下铺设滚桶。

在土工布的铺设过程中水位以上部分沿围堰边坡每隔2 m用土工袋进行镇压；水位以下部分改用接触土工布的部分采用土工袋，在土工袋之上用抛投碎石包的方法将摊铺的土工布压住，防止上浮。抛投土工袋和碎石包采用反铲单斗长臂挖掘机进行，有效地提高了施工效率。在放下铺设滚桶至铺设基面时，如有凹凸不平的须以较高点为准，只要观察一下提升钢丝绳的张紧度就可确定桶有无着地，并根据两端钢丝绳下放的长度就可确定出铺设基面有无高差。

由于整个摊铺过程是在水下操作，所以对水流和流向的影响极小，为了减小水流和流向的影响，在铺设时尽量采用顺流或逆流方向进行。当钢丝绳将滚桶牵引出水面时表示土工布铺设至末端，取下滚桶，根据麻绳的倾斜度判断土工布末端位置，利用反铲单斗长臂挖掘机抛投土工袋和碎石包将围堰坡脚底部土工布压住；根据麻绳的张紧度也可以判断土工布的铺设末端是否压紧。

整个铺设过程完成后，利用反铲单斗长臂挖掘机移动铺设浮箱，进行下一幅土工布的铺设。铺设是整个铺设过程中的关键工序，它直接关系到铺设质量的好坏。

3 铺设设备

本土工布铺设设备由2节浮箱拼装而成；由箱体、土工布铺设装置等组成。

1）箱体是水上的支承平台，在其上有提升卷扬机、发电设备、臂架等。主要是为整个铺设过程提供基础保证，并且具有一定的抗风浪能力。发电设备主要为船舶作业提供动力。

2）土工布铺设装置由铺设滚桶、提升钢丝绳、臂架、提升卷扬机等组成。铺设滚桶是土工布的缠绕基轴并且摊铺时在水底滚动，所以必须要有一定的抗弯曲强度才能保证进行顺利铺设；提升钢丝绳为起吊滚桶的绳索，由于在铺设时的拉力较大，因此钢丝绳必须具有足够的抗拉强度才能保证不被破坏。臂架为滚桶的悬臂支承架。提升卷扬机主要为滚桶的牵引及提升动力，在铺设时用以调节滚桶的深度，以防止滚桶过分的压紧铺设基面，使土工布滚桶因阻力太大而滚动困难，造成土工布不能连续铺设。

4 施工工艺的先进性

利用浮箱配合挖掘机进行深水位土工布的铺设具有以下特点。

1）铺设设备易于制作和安装，并且施工过程简单，有效地提高了施工效率，加快了施工进度。

2）能够有效地克服因水流、水深对铺设过程的影响，铺设效果明显，有效地提高了施工质量。

3）由于是深水铺设土工布，对放样定位要求高且难度大，采用黄河流域常用的浮箱进行铺设，有效地提高了定位的准确性，提高了施工质量。

4）挖掘机、浮箱以及卷扬机等主要铺设设备，为黄河堤防加固中的常用施工机械，利用已有施工机械进行施工，有效地降低了施工成本。

5 结语

利用浮箱配合挖掘机进行深水土工布的铺设并未在黄河堤防加固中普遍推广开来，随着黄河堤防加固工程的迅速发展，利用土工布进行围堰等临时工程的防渗在堤防加固中发挥了越来越重要的作用，深水土工布铺设工艺及设备已逐渐受到人们的关注。

此工艺及设备已在济南市小清河玉清湖沉砂池补水工程中投入应用，最大水深在10 m以上，累计完成铺设水下土工布6 000 m2，取得了较好的效果。该工程在施工难度较大的情况下，按时完成了施工任务，没有发生质量缺陷和问题，也没有发生返工现象，得到了建设单位的好评。

利用浮箱铺设土工布因其良好的铺设效果、较高的施工效率、较低的施工成本和广泛的适用范围，使其在黄河堤防加固中具有很好的应用前景。