二片石垫层抛投装置在15米以上水深航道整治工程中的应用

刘伟 张力

摘 要：二片石垫层抛投装置在15米以上水深航道整治工程施工中具有施工便捷、安全环保、综合效益远高于传统抛石工艺等特点。本文从设计、施工、综合效益的角度阐述了采用二片石抛投装置不仅安全环保，且能解决了二片石抛投耗损过大的问题，提高施工效率，创造良好的经济效益。

关键词：二片石抛投装置;航道整治;安全环保

中图分类号：U61           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）06-0064-02

1 工程概况

江心洲至乌江河段（简称江乌河段）处于长江下游芜湖～南京航段，本工程位于长江下游安徽省马鞍山市和江苏省南京市境内，下距南京市20km，上距芜湖市7km。河段上起东西梁山，下至下三山，全长约56km。主要建设内容为上何家洲护底带加高工程3#护底带。

二片石墊层作为加高工程第一道工序，也是下一道沉排工序的重要基础。它旨在找平已建工程边缘为抛石、透水框架等结构区域，使块石、框架能被有效覆盖且不外露，减少尖锐体划破排布造成的质量问题。因此二片石抛投效果的好坏是本工程质量高低的关键点之一。

本项目属于长江下游的深水航道整治工程，与一般中小河流相比，水情更加恶劣，在水深最大22米、流速最大2.5米/秒的水文特征下，水沙运动更加复杂，潮汐作用影响更加明显。如此水深流急的施工环境也易引起建筑结构周边的冲刷。二片石重量较轻，粒径仅8至15厘米，水位较深，传统的抛石施工工艺很难保证抛投到位率，本工程工期紧且工程量大，短期内很难租用到专业大型现代化抛石船。因此为保证工程质量，需采用安全环保、经济适用且到位率高的抛投装置。

2 装置研发

二片石抛投装置主要为桁架结构，以保证整体垂直方向结构强度，并加工格宾网包裹桁架结构，避免二片石从中间漏出。抛投装置布设在定位船船舷一侧，料斗装置布设在船舷另一侧，中间通过传输装置连接。二片石抛投装置分为以下三部分：喂料装置、框架装置、支撑装置。具体示意图见图1。

2.1喂料装置

包含下料斗和下斜传输平台。

2.1.1下料斗

下料斗用规格为8mm厚钢板制作，料斗口长4m，宽3m，短边高0.96309m，长边高2.2m。下料斗全身每隔0.5m圈固一层规格为0.1m槽钢，共5层。下料斗下设支撑每隔1m焊接1根规格为0.219m钢管，共5根，最长3.5m，最短1.3m。

2.1.2下料传输平台

下料传输平台分为两段，第一段长3.3m，宽1m，斜坡度37.5;第二段长2.269824m，宽1m，斜坡度50。下料传输平台下设支撑每隔0.7m焊接1根规格为0.1m槽钢，共3根，最长0.984m，最短0.2m。

2.2框架装置

包含框架和连接装置（见图2）。

2.2.1框架

框架装置由5个长宽各1.2m，高3m的钢结构组成。长宽由规格为0.1*0.05*0.005m方管、高由规格为0.1*0.1*0.005m方管焊制。每3m结构中间加固4*5=20根规格为0.1*0.05*0.005m方管，及4*6=24根规格为L0.05*0.005钢管。

2.2.2连接装置

两个框架装置间加一层规格为8*0.1*0.75m钢板，钢板加工规格为12*0.03m圆孔，孔距0.1m，用于规格为16*M27*0.3m的螺栓锚固

2.3支撑装置

在船体甲板上加固一层0.008m厚钢板平架作为工作基平台，在一头2m处焊接2根规格为0.219*5*2.5m钢管，下方两根焊接规格为0.2*0.05*2.2m槽钢斜撑稳固。两侧装有卷扬机的钢丝绳锚固。具体见图3。

3 强度验证

二片石抛投装置验证方式采用ANSYS进行静态结构分析，坐标系统取右手坐标系，单元通过梁单元进行模拟，流速设定为2m/s。水下受力分析和结构强度验算如图4、图5所示。

根据计算结果得出，施工作业时，最大应力出现在结构顶部上端口处，为103.56 Mpa，最大弯曲应力为80.6MPa，最大组合应力大小为81.9MPa，小于二片石抛投装置屈服强度250Mpa。因此该二片石抛投装置强度能适应本工程的施工作业条件。

4 现场实验

二片石抛投装置制作完成后将在2号定位船进行抛投实验，施工时，将二片石运输船并排挂系在定位船上，由运输船上的挖机将二片石转运至定位船的吊机平板斗中，然后吊机将二片石吊至“料斗装置”里，通过“传送装置”将二片石传送至“抛投装置”滑至水下。现场实验情况见图6、图7。

5 与传统抛石工艺的综合效益比

5.1安全环保

在施工过程中，石料通过料斗装置-传送装置-抛投装置直接抛投至水下，且安装成型的抛投装置具有较高的抗压强度和抗冲击能力，不存在机械打击、船体撞击等安全风险。另外该装置属于半封闭设计，减少了抛投过程中的扬尘。综上，与传统抛石工艺相比较，改装拥有更优的安全环保性能。

5.2施工质量及经济效益

施工过程中，采用CODA三维声呐设备和智能测量系统，实时监测抛石精度和抛石厚度。通过半个月的实验，并对实施后的成果进行了检查，采用抛投装置工艺和传统施工工艺二片石垫层抛投损耗率分别为2.91%和18.09% 。此工艺极大地提高了二片石落底的准确率，减少了不合格区域补抛的工作，降低了材料损耗，创造了较好的经济效益。