海塘堤腳除險(xiǎn)加固施工技術(shù)研究

宮寶軍 詹楊杰

(浙江省第一水電建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310051)

1 工程概況

錢塘江西江塘聞堰段海塘提標(biāo)加固工程位于錢塘江南岸杭州市蕭山區(qū)境內(nèi)。工程任務(wù)以防洪御潮為主，兼顧生態(tài)修復(fù)、公共服務(wù)提升、飲用水水源保護(hù)等。主要建設(shè)內(nèi)容為：提標(biāo)加固塘身5.56km，加固塘腳1.57km；改造生態(tài)濱水岸帶5.56km，生態(tài)修復(fù)總面積16.87hm2(其中塘身為11.67hm2，塘前灘地為5.20hm2)；建設(shè)沿塘綠道5.56km；新建驛站2處、改建驛站1處，共440m。工程等別為Ⅰ等，海塘建筑物級別為1級，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，設(shè)計(jì)防潮標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇。

工程施工范圍河道“彎、窄、深”，主流劇烈頂沖，是錢塘江強(qiáng)涌潮影響河段，其下游是涌潮，上游是洪水，施工區(qū)域水深達(dá)15.0m以上堤腳防護(hù)從江中起鋪。

2 工藝原理

軟體排是一種利用土工織物拼接成的排布，軟體排柔性好且具有承載石頭的能力，在上部拋石后會自動(dòng)調(diào)節(jié)形狀形成良好的防護(hù)線，所以施工中一般通過在上面壓重(預(yù)制混凝土鉸鏈或者砂肋)形成防沖結(jié)構(gòu)進(jìn)行護(hù)岸。

堤腳采用砂肋軟體排、砂袋墊層、混凝土預(yù)制鉸鏈排、拋石以及合金鋼網(wǎng)兜相結(jié)合的加固方法[1]，先全分區(qū)鋪設(shè)砂肋軟體排和砂袋墊層，再鋪設(shè)混凝土鉸鏈沉排，最后拋塊石，確保了排體穩(wěn)定性，削減了強(qiáng)潮水的沖刷，也保護(hù)了覆蓋面下土粒不被水流沖走。

3 工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

地形及斷面測量→調(diào)整控制點(diǎn)→劃分區(qū)塊→攤鋪船定位→攤鋪砂肋軟體排(攤鋪砂袋墊層)→攤鋪混凝土鉸鏈沉排→拋塊石→安裝網(wǎng)兜塊石→復(fù)測、補(bǔ)拋加強(qiáng)。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 施工前準(zhǔn)備

a.測深儀：測深儀測量單塊排體施工區(qū)域水深，控制排體到達(dá)河底長度，為船舶移船定位提供依據(jù)。

b.流速儀：實(shí)時(shí)測量水體流速，水流流速小于1.6m/s時(shí)可攤鋪施工，大于1.6m/s且小于2.0m/s時(shí)，采取浮筒等安全附加措施，大于2.0m/s時(shí)，禁止攤鋪施工。

c.測量定位儀器：將鋪排平面分幅圖轉(zhuǎn)為dxf2000格式導(dǎo)入鋪排船南方自由行系統(tǒng)，采用GPS水上定位系統(tǒng)定位鋪排甲板邊界在分幅圖上的位置，船體定位后采用RTK測量儀器進(jìn)行復(fù)核。

d.砂肋軟體排(混凝土預(yù)制鉸鏈沉排)排布原材料檢測合格后，廠家再進(jìn)行加工、縫制。

e.充填用砂為細(xì)砂，砂質(zhì)要求粒徑d>0.075mm含量大于總量的50%，黏粒d<0.005mm含量小于5%，施工前原材料送檢，檢測合格。

f.充砂設(shè)備：22kW泥漿泵，充砂主管路直徑6英寸，兩個(gè)分管直徑4英寸；砂肋條選用6英寸主管路進(jìn)行沖灌，砂袋墊層采用兩個(gè)4英寸分管在兩端進(jìn)行沖灌。

g.砂漿準(zhǔn)備：根據(jù)現(xiàn)場充砂實(shí)際情況，用泥漿泵抽的砂水混合物灌至水桶中，經(jīng)過30min后，沉淀固體物約占70%。

h.聲吶檢測儀器及人員準(zhǔn)備：聘請聲吶檢測技術(shù)人員2名，他們有豐富的長江流域軟體排鋪排施工聲吶檢測經(jīng)驗(yàn)；采用MS1000掃描聲吶設(shè)備在施工過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)掃測，檢測鋪排后的搭接長度，從而控制搭接質(zhì)量。

i.指派專人實(shí)時(shí)關(guān)注錢塘江潮汐預(yù)報(bào)，鋪排時(shí)段避開大潮汛期間的高潮位時(shí)間段。

3.2.2 施工測量

測深船采用GPS和導(dǎo)航軟件進(jìn)行定位，水下地形采用多波束測量系統(tǒng)進(jìn)行探測。對于平面最小尺寸大于5m且坡度陡于1∶5的深坑或凸點(diǎn)采用長臂挖掘機(jī)進(jìn)行整平處理，以保證施工作業(yè)面平整。

3.2.3 砂肋軟體排、砂袋墊層工程

a.船體定位：采用配置計(jì)算機(jī)、GPS及GPS定位軟件的船舶定位鋪排船。

b.砂肋灌裝：當(dāng)鋪排船定位完畢后，采用運(yùn)輸船運(yùn)輸排體到鋪排船的甲板上，進(jìn)行砂肋灌裝。運(yùn)砂船進(jìn)檔與軟體排穿肋同步進(jìn)行，將泥漿泵安置在砂船上，先用高壓水槍混合泥漿泵周圍砂水，再開啟泥漿泵充灌砂肋，過程中采用一頭充灌、交錯(cuò)充灌，禁止雙向?qū)Τ?，砂肋充盈率控制?0%左右即可[2]，停充時(shí)為避免堵管先充清水。

c.鋪排：軟體排鋪設(shè)按照沿堤身軸線方向從下游往上游推進(jìn)。待砂肋充灌完成若干條后放下翻板并開啟滾筒的控制電機(jī)，使排體在砂肋自重作用下沿翻板下沉，當(dāng)軟體排到達(dá)水底且有一定長度后移動(dòng)鋪排船緩慢鋪放排體。排體上充填完成的砂肋完全滑至甲板上時(shí)，剎住卷筒，繼續(xù)灌裝砂肋，下放排體，直至全部完成。放排過程中，測量人員及時(shí)進(jìn)行糾偏和指揮[3]。

3.2.4 混凝土鉸鏈沉排工程

a.船體定位：將鋪排船停放在沉排區(qū)域下游位置，從下游至上游方向施工(見圖1)。

圖1 軟體排鋪排船總布置示意圖

b.鋪排布：將排布卷入卷筒時(shí)，控制排首與排頭平行相對。由人工配合鋪排船將排布拉至排頭固定。

c.排體組裝：混凝土板(見圖2)采用運(yùn)排船運(yùn)輸，由鋪排船上的起重設(shè)備吊至鋪排船。并按照設(shè)計(jì)的要求將混凝土板單元體放置在指定位置上。鋪設(shè)時(shí)，將混凝土板上的預(yù)留環(huán)與排體上的筋條逐個(gè)綁扎，相鄰板則采用U形環(huán)連接，按要求進(jìn)行組拼。

圖2 混凝土鉸鏈排體(單位：cm)

d.鋪排：沉排時(shí)將卷筒松開，通過鋪排船遠(yuǎn)離岸線，帶動(dòng)排體沉入河底，反復(fù)循環(huán)直至排體均下放完畢。排體入水后，立刻采用GPS系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟蹤沉排軌跡及排體搭接寬度等，并進(jìn)行及時(shí)調(diào)整(見圖3)。

圖3 混凝土板鉸鏈沉排示意圖

3.2.5 拋石工程

3.2.5.1 深艙駁(即運(yùn)輸船)拋填施工

先下游后上游，先深泓后近岸；依次拋石，循序漸進(jìn)，按步施工，分層拋投。

拋石料在料場由深艙駁裝料，直接運(yùn)至拋石作業(yè)區(qū)，通過定位船用挖機(jī)拋填。拋填順序橫向應(yīng)從兩側(cè)向中間的方向進(jìn)行，即先拋內(nèi)外江側(cè)坡底拋石，再拋坡面，以防止地基加載時(shí)出現(xiàn)塑性角擠出和涂面隆起。

平拋時(shí)要做到“齊”“準(zhǔn)”。根據(jù)當(dāng)時(shí)的水深、水流和波浪等自然條件對塊石產(chǎn)生的影響，確定拋石船的駐位。要求分段均勻拋填，厚度均勻。

施工前將船拋施工區(qū)域劃分網(wǎng)格，拋投區(qū)域現(xiàn)場采用專門定位船定位，定位船采用GPS定位，采用了GPS實(shí)時(shí)差分定位系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)上按設(shè)計(jì)坐標(biāo)首先設(shè)定好所需拋投區(qū)域，根據(jù)定位船尺寸劃分拋投網(wǎng)格(網(wǎng)格尺寸：L×ΔB)，用4臺錨機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使定位船與拋填圖影吻合。

500t級以上的深艙駁開到拋投區(qū)域，由專門的定位船定位準(zhǔn)確后，即可開始拋投，深艙駁跟隨定位船移動(dòng)一次船位距離ΔB，拋填方量V=L×ΔB×h。定位船上停有挖機(jī)，通過定位船上的反鏟挖機(jī)挖入水中(見圖4)。一個(gè)船位方量石料拋投完成后，移動(dòng)定位船至下個(gè)船位繼續(xù)施工，直至深艙駁上的石料拋投完。

圖4 拋石示意圖

拋石作業(yè)完成后，對拋填斷面進(jìn)行復(fù)測，漏拋或不夠的位置，進(jìn)行補(bǔ)拋。同時(shí)，在每一層拋投完成到70%后，對拋填面進(jìn)行測量檢查，不足之處進(jìn)行補(bǔ)拋，另在沉降基本穩(wěn)定后再進(jìn)行一次補(bǔ)拋。

3.2.5.2 合金鋼網(wǎng)兜拋石

a.塊石裝兜：首先預(yù)制塊石裝兜的模具，把網(wǎng)兜放置在模具內(nèi)后裝石，并吊運(yùn)上船。

b.網(wǎng)兜裝船：網(wǎng)兜采用錯(cuò)位重疊法放置，將上下兩個(gè)網(wǎng)兜錯(cuò)位15～25cm放置。為保證掛鉤時(shí)吊環(huán)露在石堆外以方便人工掛鉤，將網(wǎng)兜吊環(huán)朝向艙首放置，并在艙首預(yù)留2m距離不裝石，避免網(wǎng)兜起吊時(shí)，滾落塊石砸傷工人。

c.網(wǎng)兜拋石施工：通過在定位船上配備的GPS-RTK定位系統(tǒng)定位調(diào)整船的位置[4]，通過船吊上裝設(shè)的6根鋼纜控制船吊定位、移動(dòng)。

拋石時(shí)，網(wǎng)兜吊環(huán)由人工掛至吊機(jī)吊鉤上，專人指揮吊車起吊網(wǎng)兜。網(wǎng)兜擺放順序由低到高(坡腳至坡頂)、逐層擺放。擺放前根據(jù)水位做好測量控制工作，確保每層網(wǎng)兜連接緊密(見圖5)。

圖5 合金鋼網(wǎng)光板放平面示意圖(單位：cm)

浮吊船吊起網(wǎng)兜，旋轉(zhuǎn)至拋石區(qū)域，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置確定的拋投點(diǎn)，同時(shí)在網(wǎng)兜入水后卸開脫鉤，讓網(wǎng)兜沉入水底[5]。

4 材料與設(shè)備

4.1 材料

原材料：合金鋼網(wǎng)兜、石料、商品混凝土、土工織物等。

原材料各項(xiàng)物力力學(xué)、化學(xué)性能指標(biāo)符合規(guī)范規(guī)定要求。

4.2 設(shè)備

投入的施工設(shè)備情況見表1。

表1 投入的主要施工機(jī)械設(shè)備

5 技術(shù)改進(jìn)措施

通過前期砂(袋)肋排、混凝土鉸鏈排的鋪設(shè)施工試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了相關(guān)問題，采取了下列措施，進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。

5.1 對原材料的控制

a.經(jīng)過試驗(yàn)，將排布縱向隔倉設(shè)置為5m、加筋帶間距調(diào)整為3.5m/道，并由設(shè)計(jì)確認(rèn)。

b.充填砂質(zhì)量關(guān)系到砂袋充灌質(zhì)量(充盈系數(shù))和施工工效，為找到合適砂源，項(xiàng)目部進(jìn)行了多地料源考察、試驗(yàn)，多方比較后確定砂源。

5.2 采用的技術(shù)措施

a.充砂過程中，為減少砂袋(砂肋軟體排)排布橫向收縮，在排布兩端增加丙綸繩拉結(jié)，控制排布收縮量。

b.砂袋墊層優(yōu)化沖灌順序，先沖灌兩邊，后沖灌中間，減少收縮量，保證排布整體形狀均勻。

c.為保證充盈度，現(xiàn)場試驗(yàn)了增加隔倉、增加排水排氣豎管、嘗試調(diào)增砂源、增加檢查復(fù)灌等方法。

d.排體在鋪排過程中，在排頭、排中、排尾，聲吶適時(shí)掃側(cè)，河床底部輪廓清晰、位置準(zhǔn)確并進(jìn)行鋪排調(diào)整。

6 效益分析

經(jīng)過鋪設(shè)砂肋軟體排、鋪設(shè)砂袋墊層、鋪設(shè)混凝土預(yù)制鉸鏈排、拋石以及合金鋼網(wǎng)兜等一系列施工工藝的緊密銜接和配合，排體穩(wěn)定性好，具有良好的適應(yīng)堤腳變形和防沖性能，加快了工程施工進(jìn)度，提高了工程質(zhì)量，節(jié)省了施工成本，經(jīng)濟(jì)效益與社會效益顯著。