新型透水护岸构件水上高效施工工艺探讨

2021-01-04王小明曾庆蓉

港工技术 2020年6期

王小明，李凡，曾庆蓉

（1.长江航道规划设计研究院，湖北武汉 430043；2.中交二航局第一工程有限公司，湖北武汉 430081）

引言

新型四面六边透水框架是一种整体式正三棱锥体钢筋混凝土结构的透水护岸构件。具有缓流促淤[1,2]、导流消能、防护岸滩的作用[3]。混凝土四面六边透水框架具有消能，导流促淤的作用，另外可以起到保护堤岸、稳定坡脚、减小冲刷、促淤造滩等作用。但传统透水框架由六根杆件焊接形成正三棱锥体钢筋混凝土结构，结构整体性差。经过研究论证，提出了四面六边整体式结构的设计思路[4]，解决了焊接式透水框架容易腐蚀、开裂而致使杆件散落的问题。整体式四面六边透水框架为钢筋混凝土结构，由上下两部分共 6根杆件（截面尺寸10 cm×10 cm）组成，内置1根ø10架立钢筋。框架重量为90.3 kg。

1 概述

随着长江航道整治工程的发展，对四面六边透水框架抛投施工安全、质量技术的要求不断提高[5]，施工技术也在不断改进，目前通常的施工方法为人工抛投和机械抛投两种[6]。四面六边透水框架抛投高效施工的关键问题是要确保点位准确、数量足够、压载均匀、不起堆、不漏档，确保施工机械和人员安全。为解决这一问题，在本文中采用自动脱钩装置进行透水框架抛投施工，抛投施工由原来的1架抛投改为32架同时抛投。新的施工工艺更加有力地控制了透水框架的落水点，使质量控制更加精确。且新工艺避免了传统施工中出现的人员或甲板工作，大大降低了施工的安全隐患。

定位船和抛投船是透水框架抛投，施工的重要设备，一般还需要配备绞锚艇一艘，定位船舶需装备绞锚设备、GPS定位系统、水流测速仪、测深仪等，机械抛投船需配置吊机、抛投架及其他吊装设备。

2 施工工艺

2.1 工艺流程

透水框架群抛施工工艺流程见图1。

图1 透水框架群抛施工工艺流程

2.2 划分施工网格

透水框架抛投施工前必须进行水下地形测量，再按工程量划分施工区段，从上游向下游方向分段施工。将框架抛投范围分别设置成20 m×20 m的施工网格，将需抛投的施工区域用 CAD成图并计算出每个格网内的面积，按每平米设计架数计算出每个网格需抛投框架数量。施工时将每个抛投网格进行编号，并注明抛投数量。

2.3 水深、漂移距测试

船舶定位、抛投前，必须进行实时水深测量和漂移距测试，通过漂移距精确定位船舶。漂移距和漂移距计算方法[7]为先测定水深，流水、流向，实测框架抛投时的漂移距，然后根据L=0.74VfH/G1/6（其中L为漂移距，H为水深，Vf为流速，G为框架重力），计算其漂移距的理论值，再进行修正，最终通过实时测算的漂移距修正抛投定位坐标。测量抛投框架水平落距还有一个简单易行的方法，即在透水框架上绑系长尼龙绳，抛投后测量框架的落距[7]。

2.4 定位系统

定位船均装有5个电动绞关控制5根钢缆，从而控制定位船的定位和移动，其中位于船头中部的主缆，承受整个定位船下漂的拉力，同时控制船舶的上下移动，船头船尾各设两根开锚，控制船舶左右移动。定位船定位时，先由绞锚艇辅助抛锚，通过GPS或岸标粗略定位。锚抛好后，即可进行定位施工，先将定位船移至要抛投的断面，测量员用GPS船上定位。然后根据漂移距和GPS跟踪测量控制定位船的上下、左右绞移距离，以确保定位船按要求准确定位（图2）。

图2 船舶抛投定位

2.5 抛投

在装载透水框架后，运输船舶航行至抛投区，并靠泊至定位船，挂靠于定位船上进行抛投。

在框架抛投中，需参照网格工程量，定位船及时移位，指导抛投位置。框架抛投运用转动脱钩的物理原理，通过轴架旋转，结合透水框架自身重力进行脱钩，从而实现抛投。抛投架长 7.5 m，宽1.7 m，在抛投架的内侧有 8个转轴，转轴间距约92 cm，每根转轴上分别有两个挂钩，挂钩间距为1.3 m。挂钩上绑系有钢丝绳，作为固定框架用。在转轴上与挂钩大约90°位置固定一个拉绳，8个转轴拉绳全部连接到吊机副绳上，通过拉动副绳使转轴转动，导致挂钩上的钢丝绳脱钩，从而使框架受自重自然脱落。

抛投时，用钢丝绳对角绑扎，将多架框架组成一串，用起重装置起吊，精确地抛设在设计网格内；当水深和流速较大时，起重装置可将框架吊至水面线以下进行抛投，以确保抛投的到位率。抛投严格按从上游往下游方向的要求进行施工。

2.6 施工注意事项

1）在水深超过5 m或流速大于1.5 m/s的深水急流区域施工时，应先试抛并测量水下漂移距，并根据漂移距确定定位船位置。

2）抛投过程中，严格按设计抛投位置、数量进行，对已损毁、断裂的透水框架严禁使用。对于枯水出露的透水框架，抛投不均匀的应进行整理。在抛投时应及时的移动船位，防止形成水下堆积体。

3）施工作业人员穿戴好救生衣、安全帽等安全防护用品，明确作业人员分工，指定专人指挥，统一指挥信号，现场指挥人员严禁站在边缘、死角等无法撤离的危险部位，特别当遇到大船经过时，安全员要对所有施工人员发出警告，抛投作业暂停。

3 群抛方式的优点

3.1 增加水上作业安全保障

透水框架采用人工抛投时，由于质量大，且棱角分明，搬动较困难，在抛投时易发生落水、砸伤等事故；而机械群抛采用起重设备装卸的半自动化施工方式，专业化施工水平明显提高，大大减少安全事故的发生概率。鉴于安全性，目前长江航道整治工程已禁止人工抛投。

3.2 提高群抛施工质量

实践表明：单个抛投框架易重叠，造成浪费，框架群堆高所需的框架数多，也造成浪费；而多架群抛[8]，容易形成稳定的框架群[9]，能有效地保护陡坎部位，而且架空率高[10]。框架群堆积所占体积与四面体实体的体积比为 4～6。将多个框架组成一串，吊装至施工网格的水面下进行抛投，增加了抛投物的质量，减少了水深，框架抛投时的漂移距离变小[11]，所以机械抛投施工比人工或挖机抛投施工更精确、更均匀，抛投后的促淤效果良好。