一种新型压载软体排及水下沉排技术

张柏英

（马克菲尔（长沙）新型支档科技开发有限公司，长沙 410000）

一种新型压载软体排及水下沉排技术

张柏英

（马克菲尔（长沙）新型支档科技开发有限公司，长沙 410000）

一种新型压载软体排（Ballasted filteringmattress，BFM）具有较好的整体性，施工中，采用BFM及水下沉排技术，可有效提高施工的安全性和效率，避免滑排、撕排、排布打卷、浮排及沉排偏离预定位置等问题，减少搭接富余量，提升保护效果和经济性，在威尼斯摩西工程中得到较好应用，产生了良好效益。

河床保护；压载软体排（BFM）；水下沉排；摩西工程

软体排是在土工织物处理软基技术上延伸出来的一种河床保护技术，具有反滤、隔离、防冲、适应河床变形能力强等优点，被广泛用于河流航道整治保护工程，以防止水流直接冲刷河床和因水流渗透作用而造成河床的局部变形破坏［1］。

目前国内软体排大多采用加筋土工布系混凝土块结构形式和铺排船翻板引导排布沉入水中的沉排工艺，在施工及后期维护中常出现以下问题：①排体结构为排布和混凝土块组合，各分散的混凝土块作用在排布上，排布上局部受力不均，易产生局部应力集中，导致破坏；②沉放点距离河床较高，排布与水流接触面积较大，在水深及流速较大时容易发生滑排、撕排、排布打卷、浮排及沉排偏离预定位置等现象，导致铺排质量达不到设计要求，影响航道整治效果，同时也大大增加施工难度，带来较高的施工风险和成本［2］；③排与排之间为搭接方式，由于施工控制难度大，为达到设计搭接宽度，所消耗的搭接量较大（一般为6m保证3m）。新型压载软体排（Ballasted filteringmattress，以下简称BFM），采用两层土工布中间夹土工网垫及碎石的新型排体结构，结合浮筒贴地铺排的水下沉排技术，可有效解决以上问题，提高铺排质量及保护效果。

1 BFM排体设计

1.1 设计要求

1.1.1 短期性能要求

制作与铺设过程中不发生破坏；能够抵抗水流的浮托力并沉放至河床；排体边缘能够在水流的作用下保持稳定，不发生掀动、滑动等情况；能够承受抛石时产生的撞击力。

1.1.2 长期性能要求

具备较好的反滤性能，能够防止被防护河床泥沙的冲刷、侵蚀和迁移。

1.2 排体结构

BFM采用透水的土工织物缝接成上、下垫，中部布置Macmat-R（PP土工网垫复合六边形双绞合金属网片），填充粒径4～8mm的碎石，最后用高密度聚乙烯型材的土工布钉将各层锚固。制成的BFM厚40～50mm，单位重量40～50kg，宽度11.20m （其中设有1.2m宽的土工织物边幅，也可根据施工条件调整），长度100～250m不等。BFM排体结构如图1。

图1 BFM排体结构

1.3 性能检测

1.3.1 抗冲击

根据基土的种类和不同含水量，分3种试验工况。针对每种工况，将一定重量的石块从不同高度落下撞击样品，对冲击面积和深度进行测量记录，最后综合评估BFM的抗冲击性能。

1.3.2 抵抗浮托力

排体在水下既受排体自重和，又受排体上下水头差引起的向上力的顶托。为保证抗浮稳定，前者应超过后者。检测结果表明，BFM在空气中的重量480N/m2，浮重280N/m2，排体的浮密度满足要求。

1.3.3 强度

对排体整体及各部件分别进行检测，结果表明，能力冲击试验前后，材料性能良好，满足各项指标要求。

1.3.4 悬挂与振动试验

将排体垂直悬挂，以检验其加筋后的强度是否达到要求。悬挂时振动样品，检测其内部填充物的稳定性。结果表明，排体内部填充物未发生大的位移，可保持施工的均匀性。

2 BFM水下沉排技术

BFM相较于加筋土工布系混凝土块结构具有更好的整体性，可使用水下沉排技术铺排。BFM工厂设于施工地点附近，根据需要生产不同长度的BFM，将BFM卷绕于浮筒之上，然后通过移动浮桥将其运送至位于施工地点的安装浮桥，浮筒沉入水中并接近河床，展开BFM完成铺设工作［3-5］。如图2。

图2 BFM水下沉排示意图

2.1 浮筒

浮筒是运输和铺设BFM的关键设施，往返于工厂、移动浮桥和安装浮桥之间运输BFM，能够沉入水中一定深度完成BFM铺设。

浮筒长13m，直径5m，可一次性装载2500m2的BFM。为提高施工效率，至少布置3个浮筒，在工厂、移动浮桥和安装浮桥轮流使用。

在工厂将BFM卷绕至浮筒时必须小心控制操作，在卷绕对齐中的细小偏差，都将在之后铺设定位中成倍放大。

当移动浮桥从工厂装载浮筒开始移动时，浮筒要保持部分浸润在水下以增加其自身的稳定性。

将移动浮桥上的浮筒转移至安装浮桥，浮筒与安装浮桥两臂相连，利用连续定位系统控制浮筒，将浮筒沉入水中使其接近河床。浮筒内部设有一系列不透水舱，控制这些不透水舱中的水量使作用于浮桥两臂的荷载为一恒定值（10t），以便浮筒到达控制深度，并与河床保持合适距离。

2.2 铺设定位

首先通过仪器扫描河底获取详细的地形数据，在BFM铺设之前，必须确认浮筒能够到达设计深度。安装浮桥的DGPS定位系统由2个卫星接收器及1根高频天线（可接收陆上的差分信号）组成，获取基于差分系统修正后的GPS卫星信号，导航计算机与这些接收器相连接，通过计算得到地面卫星接收器的准确位置，达到足够的定位精度，能保证铺设的BFM处于正确位置。

2.3 BFM铺设

安装浮桥可沿平行于水流方向4m/s的速度将BFM铺设于河床之上。在铺设过程中，通过导航程序控制伺服电动机来操作船上的6个绞盘，使安装浮桥按照设计路径运行，同时转动浮筒铺设BFM。

控制系统软件将安装浮桥的运行路径实时显示在屏幕上，并记录相关数据。浮筒展开BFM的深度由甲板上的可视化软件来控制。在铺设BFM的同时，逐渐向浮筒内不透水舱注水，使浮筒保持恒定的重量。

在铺设过程中将BFM定位和安装误差控制在40cm以内，有效减少搭接富余量。

3 BFM在威尼斯摩西工程中的应用

为保护威尼斯免受洪水侵扰，2003年启动摩西工程（MOSE），在威尼斯泻湖与亚得里亚海相连的出海口建造活动闸门。一般闸门隐藏在海面下，一旦海水水位超过警戒线，则向活动闸门内注入空气，升起闸门，阻断海水。当闸门未使用时，为保护海床免受水流冲刷，需对海床进行保护。作为海床保护体系的重要组成部分，BFM铺设在基土和抛石之间，不仅起联接整体作用，更重要的是起反滤层作用，防止基土受到冲刷、侵蚀和迁移导致海床变形，如图3。

图3 活动水闸和BFM

摩西工程中，在威尼斯泻湖出海口的保护区共铺设了60万m2的BFM。工厂将BFM卷绕于浮筒、移动浮桥运输浮筒、安装浮桥铺设BFM施工现场图，如图4。

摩西工程实践证明，水下沉排技术能够安全、高效、高质量地铺设排体，BFM能在保证透水性的同时，很好地保护海床，防止基土土粒的冲刷、侵蚀和迁移［6］。

图4 BFM施工现场

4 结语

BFM整体性好、排布受力均匀，水下沉排技术显著减少排布与水流的接触面积，可有效提高施工的安全性和效率，避免滑排、撕排、排布打卷、浮排及沉排偏离预定位置等问题，减少搭接富余量，提升保护效果和经济性，具有广阔的应用前景。

［1］谢盛开.长江下游黑沙洲水道航道整治工程顺水沉排施工工艺研究［D］.重庆：重庆交通大学，2015.

［2］付中敏.护底软体排破坏机理及应对措施［J］.水运工程，2015（7）：114-118.

［3］Brotto M.T.，Gentilomo M.，（1998）.The Venice Lagoon Project.The Barriers at the Lagoon Inlets for controlling high Tides，Bulletin AIPCN-PIANC 98，17-26.

［4］Cecconi G.，The Venice Lagoon mobile barriers，（1997）. Sea level rise and impact of barrier closures，Italian Days of Coastal Engineering，Venice，International Debate-PIC 97.

［5］Gentilomo M.， Cecconi G.，（1997）， Flood protection system designed for Venice，Hydropower&Dams，2，vol. IV，46-52.

［6］Mayerle，G.，Cazzuffi，D.，Greco，P.，Sarti，L.&Vicari，M.，Usan，G. （2006）.Laboratory and field tests on a ballasted geocomposite filter for the stabilisation of the seabed in the Venice lagoon inlets，Proceedings of the 7th International Conference on Geotextiles，Yokohama，793-796.

（责任编辑：王艳肖）

An innovative ballasted filteringm attress and underwater laying technology

ZHANG Bai-ying
（Maccaferri（Changsha）Enviro-Tech Co.，LTD，Changsha 410000，China）

An innovative ballasted filteringmattress（BFM）has better integrity.The underwater laying technology is adopted in the construction，which canmarkedly improve the execution safety and efficiency，concurrently avoid problems as cloth sliding，tearing， curling， floating and deviating etc.， reduce the length of overlap joint and improve protection effectiveness and economical efficiency.BFM and underwater laying technology has been large-scale applied in the MOSE projectand has a good effect.

riverbed protection；ballasted filteringmattress（BFM）；underwater laying；MOSE

TV4

B

1672-9900（2017）04-0086-03

2017-07-03

张柏英（1982-），女（汉族），湖南长沙人，土木工程师，主要从事港口航道工程设计工作，（Tel）15873127332。