网格化逐斗称重精准控制水下散抛石施工工艺研究

韩洪武 （安徽水利开发有限公司，安徽 蚌埠 233000）

0 引言

当前长江河势演变剧烈，频繁发生崩岸和灾害性洪水，只有实现河道全面、系统的治理，才能稳定和控制河势。抛石作为治理长江河道崩岸险情的主要工程措施之一，通过对岸坡修整、抛石护面防护，可以有效防止水流冲刷岸坡、减缓或抑制岸线崩塌后移。对于抛石工程质量的控制，主要是对抛石数量、抛石点准确性和均匀性的控制。2012 年，张贵进和张乐[1]提出了一种可回收网兜的抛石施工技术，采用吊车将块石网兜吊入水面下。2013 年，刘常全[2]在张贵进的基础上提出块石装船前在深舱驳货舱底错位重叠铺设多层钢丝网都，深舱驳停靠于码头，自卸运料车直接将块石倒入深舱驳货舱内。2014 年，葛以宏等[3]提出了抛石区网格划分的方法，用测深仪结合激光测距仪的测量结果绘制固定断面平均增厚率测量图，并且考虑了块石入水过程中受到水流作用顺水流方向将漂移一段距离，对抛石点提前量进行控制。2017 年，朱相丞等[4]采用四锚法定位，分别用四根根斜拉锚固定上、下游锚应成八字形，通过收、放锚缆可灵活控制定位船移动。同年，高伟[5]提出可以将多个网兜按要求连接成一体，形成一个整体的防护结构，强调注意网兜抛石与近岸处的衔接。同年，毛娉娉和孙科栋[6]提出在钱塘江流域洪枯水流量的悬殊差距给作业施工增加了不少难度，故施工过程遵循由外到内依次投放，网兜与网兜之间紧密安放，形成较为稳定的护岸带。2019 年，陈萍娟[7]给出了两种抛投区划分的方法，一是依据抛幅进行档宽设计，二是采用抛石网格设计方法，为定位船划出移动空间。2020 年，杨崇斌等[8]预先将吊绳垂直于网兜长度方向平铺于坑底、挖掘机上料、人工封边，然后采用汽车式起重机将块石网兜吊入已定位好的水下，到网兜沉入河床面时打开自动脱钩装置。同年，李雄[9]采用相同的尼龙网兜抛石方法，在浮吊船的四个顶点设置定位点，定位坐标对吊机工作四角与抛石提前量进行考虑。同年，王茂枚等[10]引入离差系数和克里斯琴森均匀系数作为均匀度评价指标，从抛石增厚和抛石均匀度两个方面进行对比分析，得到在深水区抛石增厚控制与均匀度控制方面，沉箱式抛石工艺表现较好，但沉箱式抛石工艺直接费用比网兜抛石增加18%。2022 年，徐文婕等[11]提出在浮吊船上安装6个液压绞关控制和6根缆绳，由船头主缆承受整个船只的下漂力，由船尾钢缆固定船舶防治其漂移，用GPS配合数字式探深仪进行作业定位和水下地形测量。

常规的抛石施工方法是根据抛投方量以及料斗的容量计算抛投的次数，由于水流流速、流态、水深、坡度等多方面变化，对水下散抛石位置、均匀度等工程质量控制指标有着直接的影响，常规的抛石施工计量不精确、定位不准，常常需要返工补抛，增加成本、延缓工期，同时增加了水上交通安全风险及海事、航道部门协调难度。本文采用网格化的思想根据地形的走势进行划分，同时利用逐斗称重的方式控制抛投量，提出网格化逐斗称重精准控制水下散抛石施工工艺。

1 工程概况

长江马鞍山河段二期整治工程施工标（七标段）主要工程内容有小黄洲左汊口护底工程、护底与左、右岸侧连接护岸工程、小黄洲头及左右缘加固护岸工程。主要由充砂土工枕袋填槽、垫坡，系混凝土块软体排和压载抛石及加强带组成。护底段合同清单工程量为充砂土工枕袋25.62 万m3、系混凝土软体排35.42 万m2、水下抛石82.14万m3。

2 工艺流程及操作要点

2.1 工艺流程

施工准备→水下地形测量→划分抛投网格→浮吊船测控定位、称重标定→运输船靠泊→挖掘机舱内装斗→起吊、称重、卸料→打印小票、抛投记录、视频确认→水下复测→下一循环。

2.2 操作要点

2.2.1 施工准备

根据设计图纸、规范要求，结合现场实际情况，编报专项方案。

编报通航安全专项方案，办理水上作业许可，按方案设置施工警戒区域。

编报航标设置专项方案，办理通航安全许可，发布航行公告，调整航标，设置警戒及巡查。

对石料场的石料进行取样，送到具备水利检测资质的公司进行试验，保证石料的规格和质量满足设计要求。

确保运输船舶各项手续齐全、合法、有效。

2.2.2 水下地形测量

在岸坡上采用垂直岸线方向的横断面标进行测量放样，断面与抛石网格线平行。

每隔15m 设置一个断面标识，每个断面间隔一定距离设置两个标识，形成一条定位线，辅助定位船、抛石船进行靠泊、定位和移船。

测量采用多波束测量仪器，对待施工区域进行测量，形成的成果与图纸对比，划分网格，尤其是坡度超过1:2 的横坡。

2.2.3 划分抛投网格

按照档位15m×5m，即沿顺水流方向15m、垂直水流方向5m 一个档位，定量抛石施工（见图1）。

图1 网格划分图

抛石船到达现场后，根据每船装载量计算抛投断面数量，分条、分段进行抛投。

根据浮吊起重重量及臂长等工作条件，确定工作幅度范围。

根据设计图纸及浮吊工作范围合理确定网格的长宽参数。

依据设计抛投厚度指标，换算成网络内抛投重量。

根据网格参数，布设浮吊卸料点及卸料数量，绘制网格抛投记录表并及时标记。

2.2.4 浮吊船测控定位、称重标定

按设计给定抛投区域坐标数据，GPS 平面控制与浮吊船载RTK 联测，修正平面控制参数，建立船载RTK 网格平面测控数据网。

自动称量器具标定，保持在有效期内，并不定期交叉校验。

浮吊船定位时考虑漂移距，偏移设计网格线进行定位。石料运输船到达现场后，船身靠向浮吊船，船身平行于浮吊船，结合偏移定位距离，GPS调整浮吊船船位，准备抛石。

浮吊船按照预先测放好的横断面定位线现场驻位，浮吊船船身平行于水流方向，采用“四锚法”固定（详见图2）。在船体船头侧及船尾侧分别用两根锚呈八字形斜拉固定（护底段抛石压载、压载加强带抛石施工时，为防止船锚对已施工完成的软体排产生破坏，浮吊船船锚采用格宾石笼锚定，浮吊大移位时直接丢弃）。

图2 抛投船定位示意图

2.2.5 运输船靠泊

石料运输至现场后，由材料员接收并对石料进行初检，最后由试验人员进行取样检测。

运输船应加强与抛投船的联系，严禁未经允许直接停靠在抛投船上。

停靠过程中应加强对抛投船锚缆位置的监测。

根据水流、水位适时调整运输船与抛投船锚缆的长度。

2.2.6 挖掘机舱内装斗

挖机操作人员必须持证上岗，装料过程中严禁石料仓内进入无关人员。

装石料时严禁将泥土、碎渣等粒径小于15cm的石料装入料斗内。

装填结束后应以鸣笛的方式提醒抛投船的机械操作手。

2.2.7 起吊、称重、卸料

抛填采取一次定位由抛石船单侧抛填的施工方法，抛石定向准确，一格15m×5m 小网格施工完后移向另一网格。

按照设计要求抛投完该档位第一个断面后，移船至下一个断面抛投，下一船定位接该断面继续进行该档位的抛投，直至抛投完毕。

采用无线自动称重仪对料斗进行称重，当稳定5s 后，收到控制室指示后方能卸料。

2.2.8 打印小票、抛投记录、视频确认

装斗完成且起吊稳定后，称重数据锁定、打印称重小票。票据显示内容有流水号、日期、时间、总重、料斗重、净重等信息。

三处连续视频录像，一处在船舱内，录制挖掘机装斗过程；一处对向浮吊，录制浮吊起吊、旋转、稳定称重、定点倾倒完毕及空料斗回转入舱、继续装填下一斗的全过程；一处是小票打印控制室，录制人员值守、票据打印及票据信息。

现场签字确认，通过视频录像确认抛投全过程各环节，核对票据时间与视频时间一致性、料斗装填体积与称重数据一致性等关键信息，三方签字确认。

根据网格内抛投累计结果，动态适时调整装斗量，保证该网格抛投量符合设计及规范要求；适时调整浮吊船（兼定位船）位置，进行下一网格抛投。

进行当天抛投量统计、汇总，施工记录、称重票据及视频对应整理、存档。

2.2.9 水下复测

施工前，采用多波束对水下原地貌测量，取得原地貌平面形状及高程等数据；

图3 现场施工图片

分区施工完成后，多波束复测，取得抛石范围、厚度及均匀性数据，对不足部分及时组织补抛。

3 结语

抛石施工中应注意地形变化，控制和调整施工方法。

为了保证抛石漂距的准确，对其现场水深、水流速度要随测随抛，尽量做到每船每天一测。

在堤段岸坡适当位置设置岸上标位，并辅以少量浮标，为抛石船舶定位放样使用。为便于通航，应设置专用浮标，以显示出抛石作业区范围及施工船舶和长江航行船舶的航道。对标标志进行定期复测，防止因施工干扰以及潮起潮落对其产生影响。

全部石料抛投结束后，进行水下地形测量，以检查抛投厚度是否满足设计要求，自检断面间距是否按20m 要求进行控制。经检查后质量不合格，对工程缺陷部分进行返工、补抛。为了保证施工安全，设专人密切注意堤岸稳定，如施工过程中发生塌滑现象，需经过处理后再进行抛填作业。