长江南京以下12.5 m深水航道工程深水软体排设计施工

阮学成，王翔，刘滔

（1.中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

1 工程概况

1.1 工程地形变化

长江南京以下12.5 m深水航道一期工程通州沙整治建筑物工程于2012年9月份开工建设，开工前对水下地形进行工前测量，分析地形资料发现狼山沙左缘在半年间出现了5 m、10 m、12.5 m等深线均后退40~50 m的情况，其中T12+45—T12+50段后退70~160 m间，并且出现无规律的间断冲刷坑，冲刷坑最大深度15~21 m不等，且冲刷坑边坡陡于1∶3，给软体排的铺设施工带来安全问题，需进行补充设计，同时需对软体排的铺设船机进行必要改造。

1.2 采取措施

针对地形变化，根据工前地形测量资料采取如下措施：1）对局部冲刷坑进行处理；2）对深水段的软体排结构进行调整；3）根据工前测量资料，调整软体排布置。

2 深水软体排设计

2.1 对冲刷坑的处理

根据该区域整治建筑物的稳定设计和地基土壤的稳定分析，岸坡的稳定坡度一般在1∶3左右，出现冲刷坑后，滩面与深坑的坡度变陡，在受到一定的荷载作用后，边坡土体极易发生塌陷和下滑，从而对铺设的软体排造成变位和破坏，不满足软体排铺设后的长期安全稳定使用要求，因而需要对冲刷坑进行必要的抛填袋装砂进行修坡，直到坡度缓于1∶3再进行软体排铺设。采用4 m×6 m、2.8 m×2.8 m规格的230 g/m2长丝机织布充填砂袋进行抛填处理。

2.2 深水软体排加筋带设计

2.2.1 排体加强设计

软体排的强度由排体布和加筋带共同构成，考虑到软体排的铺设方式为卷筒缠绕排体，混凝土联锁片压载块系结在加筋带上，排体的受力主要由加筋带承担，在最不利受力时基本不考虑排体布的强度，因而对软体排的加强设计主要通过增大加筋带规格或增加加筋带数量来实现。加筋带技术指标如表1所示。

表1 加筋带技术指标Table1 The technical indicators of reinforced belts

2.2.2 不同水深加筋带根数计算

不同水深加筋带根数计算见表2。

表2 加筋带计算结果Table2 The calculation results of reinforced belts

2.2.3 加筋带布置示意

根据软体排铺设断面的水深变化，加筋带数量可分段布设。按照水深15 m、20 m、25 m、30 m等不同数值分别计算各个深度段软体排所需的加筋带数量，示意图如图1。

以30 m水深的软体排示例，每m布置8根5 cm的丙纶加筋带，每个联锁片单元的加筋带布置如图2。

图2 联锁片单元软体排加筋带布置示意图(单位：cm)Fig.2 The layout of reinforced belt with soft mattressin interlocking blocks unit(cm)

联锁片单元为400 cm×500 cm（每个单元包含80个480 mm×480 mm规格联锁块单体，用丙纶绳连接），沿400 cm（宽度方向）每m布设8根加筋带，即4×8=32根加筋带。

3 深水软体排计算

3.1 计算标准与计算外力

根据《水运工程土工合成材料应用技术规范》[1]中9.2.4条，软体排抗拉安全系数在满足施工期和使用要求的情况下宜取3；混凝土联锁块按照均布荷载施加于排体上；排体考虑水流力作用，根据潜堤轴线与水流流向关系，水流力作用与排体间按照15°角考虑；施工过程中，排体所受外力主要由加筋带承受，且排体丙纶机织布的延伸率与加筋带不同，不会同时达到最大拉力值，因此排布拉力考虑0.5的折减系数；软体排移船距离按照小于20 m计算；施工过程中波浪力影响、排体自重与收缩影响等均包含在3.0的安全系数内，不再另外考虑。

3.2 计算方法

排体按照悬链线双曲余弦函数计算[2]，软体排沉排轨迹公式为：

水流力计算文献[3]为：

式中：K为挡水形状系数，矩形取1.0；A为有效受力面积；rw为水的重度，取10.25 kN/m3。

计算条件：铺排船甲板到水面高度2 m，铺排船翻板角度取40°，断面垂线平均流速取2 m/s，排体宽度取38.5 m，混凝土联锁块占软体排面积核算后取92.16%，混凝土联锁块水下重度取13 kN/m3。

4 深水软体排施工工艺

深水软体排铺设受流速、潮汐和排长影响更甚于普通软体排，铺排施工过程中的风险因素增加，排体收缩较大。深水铺排对施工船舶性能提出了极高的要求，同时也要改进施工工艺，才能保证深水铺排的施工安全和排体铺设后的平面位置及搭接要求。

4.1 施工船机参数

目前国内软体排铺设水深基本都在20 m以内，经过现场实践证明难以胜任本工程20~30 m水深软体排铺设任务。为了确保工程质量及安全，施工单位结合现场水深、流速及航道工况对软体排铺设船进行了重新设计，设计改造了2条深水铺排船“半潜1号”和“反驳126”，其中“半潜1号”深水铺排船的船机参数如表3。

表3 半潜1号船体参数Table 3 Theparametersof Banqian I vessel

重点设计改造了锚泊设备与翻板系统：采用7 t大抓力锚，船首和船尾各配置3个，锚机采用功率110 kW的500 kN变频锚绞车；增设2台20 t克令吊；增设软体排张卷滚筒，滚筒长40 m，满足38.5 m宽软体排铺设需要；考虑翻板结构端部竖向荷载和被动滚筒受排布拉力增大，加强了翻板固定装置和滚筒的驱动装置。

4.2 施工工艺

深水软体排施工工艺与普通软体排基本相同，不同之处在于移船的方式。首先将排布展开卷到滚筒上，铺排船准确定位，联锁块运输船靠泊在铺排船的另一侧，由铺排船上吊机吊联锁块工人辅助将联锁块摆设在软体排上，绑扎联接绳完成后，按照异步放排移船铺排方式[2]铺设软体排。

4.3 施工注意事项

以潜堤B2-148号典型深水软体排施工为例，排体所在区域的水下地形起伏较大，泥面标高从-4.3 m降到-31.1 m（为85高程），平均水位在0.8 m左右。施工注意事项[4]如下：

1）深水软体排排体末端的加筋圈和卷筒上各系点所设置的钢丝绳，因排体布置的加筋带增多，系点钢丝绳也增多，为使排体受力均匀，卷起的钢丝绳和丙纶绳每条绳都需要有工人监看，以便随时纠正绳位，使绳位始终卷在系点左右位置，排体上卷时卷筒的两端需工人随时纠正排体位置，同时甲板上排体两侧也需要工人整平预卷排体，确保排体平整均匀卷在卷筒上。

2）深水软体排悬挂长度增加，移船距离需精确计算，根据滑板下边缘到水底泥面的距离、排体定位的坐标和已下放的软体排长度，计算出已沉放到泥面上的软体排长度，以确定移船的距离，同时要避免排体定位失误。移船距离要略小于落在泥面上的软体排的长度，减少排布受力，防止排体被拖移或排布撕裂。

3）铺排施工水深最大达30 m以上，软体排悬挂较长，现场流速观测发现落潮流速大于涨潮流速，最大瞬间流速达5 m/s，排体侧向受水流力收缩较大，断面垂线平均流速大于2 m/s时需暂停铺设避流，以减小缩排，保证铺排质量。

4）深水软体排检测：目前软体排施工质量检测一般采用传统的浮标倒垂法加潜水员水下探摸检测方式。水深较深，浮标系绳较长，拉伸不直，不能确保浮标系绳拉紧处于垂直状态，测量浮标点的坐标偏差较大，精度不高。另外，深水潜水的工作效率及潜水员安全因素问题也很突出。因此深水软体排的铺设质量检测需要采用高精度、适合深水区的盘扫声呐、短基线等新型软体排检测方式。

5 结语

从实际施工过程看，按照上述计算结果进行设计加工的软体排在施工过程中是安全可靠的，未出现排体撕裂、断开现象；同一张软体排排体强度、构造按照水深分段设计是可行的；排体计算安全系数取3.0，由于规范中未明确说明安全系数所包括的各项因素、内容，因而在计算时不能进行针对性的优化，某些情况下可能造成安全系数偏大。

深水软体排的施工主要依靠软体排铺设船机的施工能力，包括锚及锚机能力，若不满足要求则会出现铺设中船舶走锚，甚至出现排体带着船舶漂移的现象。每张软体排铺设时应选择平潮时段进行排头铺设，在流急时段应避流暂停施工；丙纶加筋带的强度相对低于涤纶加筋带，但缝制性能好于涤纶加筋带；30 m水深排体的加筋带非常密，加工与铺设均存在难度，实际施工中未发现排体断裂现象，对此应该可以作进一步优化。

[1]JTJ239—2005,水运工程土工合成材料应用技术规范[S].JTJ 239—2005,Technical codefor application of geosynthetics for port and waterway engineering[S].

[2]冯海暴.长江航道整治工程恶劣工况深水铺排悬链线理论研究及应用[J].中国港湾建设，2014（1）：22-25，31.FENGHai-bao.Theoretical study and application on thearrangement of catenary in deepwater under severe operation conditions of the Yangtze River channel regulation project[J].China Harbour Engineering,2014(1):22-25,31.

[3]JTS144-1—2010,港口工程荷载规范[S].JTS144-1—2010,Load codefor harbor engineering[S].

[4]中交第一航务工程局有限公司.长江南京以下12.5 m深水航道一期工程通州沙整治工程深水软体排铺设施工方案[R].天津：中交第一航务工程局有限公司,2012.CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.Construction scheme of laying deepwater soft mattress for the Tongzhousha regulation project of 12.5 m deepwater channel phaseⅠproject from Nanjing in the Yangtze River[R].Tianjin：CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,2012.