水下联锁式软排护坡铺设施工技术

董秋绒

（中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西 西安 710068）

0 引言

输水渠道护坡长期以来都是水利工程项目施工的难点和重点,影响护坡效果的因素比较多,且施工条件比较复杂,任何一个细节把控不当,都会影响最终的护坡效果。传统混凝土护坡、砌块护坡等,普遍存在工程量大,施工难度大,工期长等特点,而且美化效果比较差,不符合生态护坡理念的要求。水下联锁式软排护坡铺设施工技术,可有效弥补传统护坡存在的弊端,既能提升护坡的强度、稳定性,提升渠道水的利用系数,减少糙率,而且可创建出生态、绿色、安全、美观的护坡工程。基于此,开展水下联锁式软排护坡铺设施工技术的分析研究就显得尤为必要。

1 工程概述

引江济淮工程输水渠道系利用现有派河河道扩挖疏浚而成,为了防止渠道冲刷破坏、保护坡面不直接受水冲刷及船行波对坡面冲击,提高渠道水利用系数,减少糙率,加大流速,确保岸坡安全,对南岸一级平台以下边坡采用12 cm 厚C25水下联锁式软体排铺设护岸,从而达到保土、防浪、抗冲刷、防淘等功能要求。

2 施工重难点分析

水下联锁式软排护坡铺设施工技术是一种先进的输水渠道护坡技术,铺设流程为：垂直水流方向由岸边逐渐向河道中心进行铺陈,顺着水流方向从下游开始依次向上游铺陈。利用铺排船以及船上自带的GPS 定位系统来完成水下软体排的铺设。就案例工程,在应用水下联锁式软排护坡铺设施工技术时存在的重难点,主要体现在以下几个方面：

第一,水下联锁式软排护坡铺设对施工连续性有很高的要求,在正式施工前,需要好切做好各项准备工作、技术交底等,才能满足施工要点。但案例工程,工程范围广,施工技术复杂,影响施工质量的因素比较多,如何有效做好施工前的准备工作是施工的主要难点之一。

第二,相比于传统护坡技术,水下联锁式软排护坡铺设施工技术既存在水中施工,也存在岸边施工。选择合适的位置修建码头,用于预制块的运输,是本工程施工的难点之一。

第三,预制好的预制块联锁片可通过水上运输船运输到铺排船上,通过铺排船上自带的吊装设备,转到铺排船甲板和铺排系统上,开始连续式的沉排。因此,铺排船的精确定位和卷铺排布对施工质量有极大的影响,在具体施工中必须高度重视这一点。

3 水下联锁式软排护坡铺设施工技术的应用要点

3.1 注重施工前的技术准备

相比于传统的输水渠道护坡施工技术,水下联锁式软排护坡铺设施工技术虽然在很多方面都有非常显著的优势,但其施工工序更多,施工难度更大,对施工的连续性、有效性、质量有更高的要求。因此,在正式施工前,必须切实做好施工前的各项准备工作。施工方需要提前熟悉图纸和相关设计资料,按照水下联锁式软排护坡铺设施工工艺的特点以及技术要求,及时找到实际情况和设计图纸上存在的差异,提前进行整改处理,以保证设计图纸的准确性和完整性[1]。施工单位还需充分了解本工程的地质资料,掌握水下联锁式软排护坡铺设施工技术的工法特点和工艺流程,对所有的参与施工的人员进行技术交底和安全培训。由于在水下联锁式软排护坡铺设施工是需要准备足够的C25 预制块,这就需要加强现场检验,保证预制块质量达标后,再运输到施工现场进行堆放。在施工前还需对铺排船、运输船、锚艇进行质量检查和现场调试。此外,还需在水下联锁式软排护坡铺设施工现场布设测量控制网,以便于和水上铺排船GPS 定位系统相互校核,以保证排体沉放位置的准确性,以保证正式施工中,各道工序能够高效、有序地开展。

3.2 临时码头修建和预制块运输技术

由于本工程缺乏预制块堆放和中转的条件,需要在合适的位置修建临时码头,选择在莲花路桥（11+650）位置的西侧,修建一个临时码头,作为北岸排头固定的压载梁,以及用于铺排布和填缝碎石等施工材料的临时周转,临时码头的建设面积为600 m2（长50 m,宽12 m）,高程控制在8.6 m 左右。为保证临时码头的稳定性,解决不均匀沉降问题,需要将临时码头施工范围内的淤泥质土清除后,换填上性能好的回填料,分层回填,分层碾压,最上层铺设不少于30 cm 厚的砖渣,利用压路机压实整平。本工程施工中用到的C25 预制块通过水上运输到指定位置,在运输前,需要保证每块预制块的强度等级,都达到设计要求的100%,选择1000 t 的自航深舱驳进行运输。靠近铺排船后,缓慢向铺排船靠拢,通过铺排船上自带吊装设备,吊装到工作面进行安装。

3.3 GPS 卫星水上导航技术

铺排船定位精度直接关系到水下联锁式软排护坡铺设施工的总体质量,因此,必须精确定位铺排船的位置。本工程选用的铺排船上自带GPS 卫星水上导航系统,可用于铺排船的定位,具体做法为：先将铺排船开到铺排施工范围内,将铺排船垂直于排布轴线方向后,将船锚抛下水,再通过现场GPS 测量系统,将铺排船精确定位施工位置后定锚,促使铺排船滑板的中心线和理论的排位的中心线相互重合,滑板外缘边线需要和排头变形相互平齐。并依照提前布设在连系梁上的放样点,校核GPS 定位的准确性。但在本工程施工中,受到水体的影响,最后下水的排体,可能会因为水流的影响,造成和下一块排体搭接不到位的情况。为解决这一问题,需要将每块排布末端的两个角上系上一个小锚浮,在铺设下一块排体时,需要先将铺排船移动到锚浮前方,可安排潜水人员下水检查排体搭接是否到位,及时调整,控制排体水下搭接的长度不小于2 m。

3.4 卷铺排布技术

本工程在水下联锁式软排护坡铺设施工中铺排布采用了380 g/ m2的丙纶长丝织复合布,通过铺排船上的吊机,将排布布设到甲板之上,再通过人工调整,将排尾拉环和滚筒上的绳缆系到一起。再启动滚筒开关,将排布自动卷入到滚筒中,直到排头平展在翻板前沿,关闭滚筒开关,通过人工将排头牵引到连系梁预埋拉环上进行固定[2]。在卷铺排布施工中,为保证排布的效果,需要在卷筒两端至少安排4 名操作人员相互配合,促使排布处于绷紧状态,以保证排布的平整性。排布平铺到甲板和翻板上之后,人工拉平、拉直,不能存在折皱、收缩等问题。

运输船将排体运输到铺排船上,通过吊机配合吊装托架,开展排体吊装操作,每辅排体都需要沿着平行于水流方向布设9 各矩阵,沿垂直于水流方向布置6 个矩阵,从排头开始,依次向排未吊装。排头第一行矩阵吊装完成后,要及时调整相邻矩阵之间的距离,确保各矩阵之间的距离一致后,再进行排体绑扎。预制块矩阵四周和排布之间需用直径不小于14 mm 的丙纶绳绑扎牢固。在排头位置绑扎时,需将混凝土连系梁上的预埋钢筋拉环、排布排头丙纶带拉环,以及预制块矩阵上拉环系到一起。其余和水流方向平行的两个矩阵上的拉环和排布预留的丙纶带环系紧。和水流方向垂直的预制块矩阵上的吊装绳和排布纵向加筋带上预留的拉环系紧。当一行矩阵吊装和绑扎完成后,及时进行沉排操作,如此循环往复。

4 施工技术的创新

水下联锁式软排护坡铺设施工技术是一种新型的河道护坡施工技术,和传统技术在很多方面都有明显区别,如排头锁扣固定技术、移船沉排是本工程的主要创新点,在案例工程的成功应用,可为今后类似工程的施工提供一定的参考和借鉴。

4.1 排头锁扣固定技术

排头固定是本工程施工的重点和难点,也是水下联锁式软排护坡铺设施工技术应用的关键环节,在施工中必须结合实际情况,选择合适的固定方法。就案例工程而言,南岸3+340～18+220 段,以及北岸16+870～18+220 段,在排头固定施工中均采用了锁扣固定方法[3]。具体做法为：提前将直径不小于8 mm 的钢筋拉环预埋在混凝土连系梁之上,控制钢筋拉环间距为510 mm,保证和软体排排头预留的锁扣间距相同,在进行软体排铺排操作时,铺排船需要将排头滑板停靠在坡面之上,通过人工将依次排布的排头牵引到预埋好的钢筋拉环上绑扎固定好,具体情况见图1。

图1 南岸3+340～18+220 段和北岸16+870～18+220 段排头固定示意图

本工程北岸J3+240～16+870 段则采用挖地沟、梯形预制块压顶的方法来固定软体排排头,地沟选择了梯形断面,底部宽度为0.6 m,深度为0.9 m,两侧边坡的坡比为1∶0.5,地沟开挖完成后,将软体排排头牵引到地沟下,在沟底埋设一块软体排预制块,沿着梯形断面斜坡埋2 块软体排预制块,确保地沟内每次预埋3 块软体排预制块后,再将C25 混凝土压顶块利用铺排船自带的吊装设备吊装到地沟内,牢牢压住软体排排头。压顶可采用C25 等腰梯形预制混凝土块,其规格为长度2 m,底部宽度0.58 m,顶部宽度1.36 m,高度为0.78 m,上部还需设置2 道钢筋吊环,以便后期吊装施工[4]。地沟可利用1.2 m3挖掘机进行开挖和回填。若局部高程变化范围比较大,需要整平处理时,可用1.2 m3挖掘机进行开挖、回填、整平处理。局部壕沟需要回填的区域, 可选择1.2 m3挖掘机进行挖装,20 t 自卸车运输,220 HP 推土机推平, 回填土料可选择附近滩地的疏浚开挖材料。具体的施工示意见图2。

图2 北岸J3+240～16+870 段排头固定示意图

考虑到排布为聚丙烯材料,为防止紫外线照射,导致排布质量降低,在水位变幅区 6.1 m～8.6 m 高程范围内,预制块之间采用 16 mm～31.5 mm 碎石回填,主要目的是促淤防晒,保护土工布。

4.2 移船沉排技术

当排体排头牵引固定到位后,及时开展水上部分软土块铺设,利用GPS 定位给出的指引,缓慢调整船体,边调整船体,边启动滚筒,但要保证滚筒的速度和船体移动速度基本一致,以免二者速度不同出现软体块被撕裂的问题。船体在移动时还需控制滑板沿着坡面逐渐下倾,当滑板上的排体宽度仅剩2 块时,可及时固定船锚,停止铺排船移动,与此同时刹住滚筒,开始下一排预制块矩阵的吊装和绑扎。水上部分铺排完成后,及时进行水下铺排,具体做法为：将滑板继续下倾,下倾的角度要能够保证软体矩阵证块靠着重力自由下滑,本工程水下联锁式软体排矩阵铺设施工中,将下倾角控制在30°左右,松开滚筒,继续进行软体排沉排施工,但要保证铺排船移动速度、距离相互一致。可按照水体深度、水下排体的长度,计算出移船的距离,以免因为距离大或者过小,引起排体在坡面上重叠、起折等问题[5]。由于本工程护坡坡度为1∶4,每排软体排矩阵垂直河道方向长度为5 m,因此,移船距离约为4.85 m,铺排船可通过GPS 卫星水上导航系统精确计算出移动距离,以保证水下联锁式软排护坡铺设施工质量。为确保排尾沉放准确,在沉放施工中,需用绳索将丙纶加筋带穿好,绳索尾部固定在铺排船上,当软体排排体矩阵剩余最后3～4 排预制块时,要停止移船,通过滚筒将整幅排体拉到紧绷状态,以保证整幅排体平整顺直后,解开尾绳,下倾滑板,促使剩余的排体沉放完成。

5 结语

综上所述,结合实际案例,分析了水下联锁式软排护坡铺设施工技术,分析结果表明,输水渠道护坡施工难度较大,尤其是遇到水体深度大,现场条件复杂的地段,其施工难度会成倍增加。采用水下联锁式软排护坡铺设施工技术,可利用铺排船来完成水下软排护坡铺设,既能有效提升施工速度,也可以降低对水体环境造成的扰动和影响,可为类似工程施工提供一定的参考和指导。