長(zhǎng)江中游荊江河段航道整治工程沉排施工質(zhì)量控制

李偉 李子俠 余南

摘 要：文章結(jié)合長(zhǎng)江中游荊江河段航道整治工程第Ⅲ標(biāo)段垂直水流沉排施工工藝，對(duì)沉排施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行論述和探討，并對(duì)控制排布橫向收縮裝置的改進(jìn)進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：荊江河段 航道整治 軟體排

1.工程概況

長(zhǎng)江中游荊江河段航道整治工程，工程河段范圍上起昌門溪，下至熊家洲，全長(zhǎng)280.5km，共分為6個(gè)標(biāo)段，對(duì)9個(gè)灘段的13處淺灘或不穩(wěn)定航槽實(shí)施全面系統(tǒng)治理，改善航道條件。航道建設(shè)等級(jí)為Ⅰ級(jí)，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為3.5m×150m×1000m（水深×航寬×彎曲半徑），通航保證率為98%。第Ⅲ標(biāo)段的主要建設(shè)內(nèi)容為：張家灣潛丁壩，長(zhǎng)度451m；天星洲高灘左緣上段守護(hù)工程，長(zhǎng)度2850m；天星洲高灘左緣下段守護(hù)工程，長(zhǎng)度2640m。

2.沉排在長(zhǎng)江航道整治工程中的作用

近年來，在長(zhǎng)江中游航道整治工程中廣泛采用系結(jié)壓載軟體排（D型排）護(hù)底，對(duì)于保護(hù)河床原有形態(tài)、穩(wěn)定邊灘或心灘、防止航槽變動(dòng)、維護(hù)和改善航道條件起著重要的作用，其主要功能是有效減緩水動(dòng)力對(duì)河床的沖刷作用而造成的河勢(shì)改變。

“萬(wàn)里長(zhǎng)江，險(xiǎn)在荊江”，整治荊江航道是一個(gè)世界級(jí)的難題，荊江河段多為沙質(zhì)河床，河段九曲回腸，航道演變劇烈，尤其在三峽工程蓄水運(yùn)行后，壩體下游河段的來水來沙條件發(fā)生了較大的變化，打破了荊江航道原有的動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)一步加劇了荊江河段航道演變的復(fù)雜性和治理難度。為了達(dá)到航道整治的效果，各個(gè)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量至關(guān)重要，其中沉排的質(zhì)量控制為最關(guān)鍵的質(zhì)量控制點(diǎn)之一。

3.沉排的施工工藝

荊江河段航道整治工程第Ⅲ標(biāo)段的張家灣潛丁壩、天星洲高灘左緣上段守護(hù)工程和天星洲高灘左緣下段守護(hù)工程的系結(jié)壓載軟體排護(hù)底采用垂直于水流方向沉排的施工工藝，工藝如下：

3.1施工準(zhǔn)備

施工前，先采用測(cè)量船對(duì)水下施工區(qū)域進(jìn)行掃床測(cè)量，如發(fā)現(xiàn)有突出尖狀物則立即處理，防止排布下沉?xí)r遭受破壞，并測(cè)量施工區(qū)域水深和流速，繪制水下地形圖和水上沉排軌跡計(jì)劃線。

3.2排頭的固定

張家灣潛丁壩D型排的排頭采用系排梁固定；天星洲高灘左緣上、下段守護(hù)工程D型排的排頭設(shè)置在護(hù)坡枯水平臺(tái)下，按設(shè)計(jì)要求在護(hù)岸坡面上采用塊石壓載，表面再采用鋪石壓載，但實(shí)際施工中岸坡開挖的進(jìn)度滯后于沉排的進(jìn)度，采用在岸坡上打木樁的方式固定排頭。

3.3沉排船定位及移動(dòng)

沉排船采用5個(gè)液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)控制5根鋼纜繩控制船體的定位和移動(dòng)，其中位于船頭的主纜連接1個(gè)重量為7t的鐵錨，承受整個(gè)沉排船下漂的拉力，同時(shí)控制船體上下移動(dòng)；船頭船尾各設(shè)2根開錨和相應(yīng)的鋼纜繩，控制船舶左右移動(dòng)。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，相鄰排體沉排按自下游往上游方向的順序依次逐條沉放。沉放時(shí)由GPS動(dòng)態(tài)控制沉排軌跡和搭接寬度，繪出排體的實(shí)時(shí)軌跡，并校核軌跡與排布的實(shí)際長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)范圍是否吻合，同時(shí)與理論軌跡對(duì)照，若誤差超出允許偏差值，立即校正船位，防止排體偏離軌跡線。

3.4排布沉放

把預(yù)先加工好的排布卷入沉排船的卷筒，將排頭通過卡排梁平鋪于工作平臺(tái)，然后采用人工將砼塊綁系于排布上，待砼塊按設(shè)計(jì)要求系滿后松開卷筒和卡排梁，移動(dòng)沉排船，卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，砼塊隨排布共同沉入江底，以此循環(huán)。

4.沉排施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1防止排布橫向收縮的質(zhì)量控制措施在垂直水流沉排施工中，排布在水流的橫向沖擊力作用下會(huì)產(chǎn)生橫向縮排現(xiàn)象，該河段沉排施工時(shí)，最大表面流速約為2m/s，高流速給沉排施工帶來了一定的困難。縮排會(huì)造成排布水下搭接寬度減少，從而直接影響航道整治的護(hù)底效果。

控制橫向縮排常用的技術(shù)措施為：在沉排船上游端滑板邊緣設(shè)置牽引鋼導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝若干鐵鉤，每個(gè)鐵鉤一端勾住導(dǎo)軌，另一端與對(duì)應(yīng)的排布上的加筋條采用牽引繩活扣相連，沉排時(shí)鐵鉤與排布共同下滑至斜翻板盡頭，通過橫向的牽拉作用控制縮排。

該控制橫向縮排的裝置在使用中存在一定的弊端：由于鋼軌道與鐵鉤之間為滑動(dòng)摩檫，摩擦力較大，鐵鉤與排布往往難以同步下滑，甚至出現(xiàn)鐵鉤卡住的現(xiàn)象，導(dǎo)致牽拉的另一端的加筋條受力不均，局部受力集中會(huì)造成排布撕裂。

為了解決以上難題，施工中研發(fā)了實(shí)用新型專利《一種牽引排布控制縮排的輔助裝置》（專利號(hào)：ZL 2014 2 01817689，證書號(hào)：第 3866949號(hào)）。具體做法：采用四角滑輪牽引裝置取代鐵鉤，并對(duì)沉排船上游端滑板邊緣的鋼導(dǎo)軌進(jìn)行改造，使其與四角滑輪匹配。由于滑輪與導(dǎo)軌為滾動(dòng)摩擦，摩擦力大大減小，杜絕了牽引裝置與導(dǎo)軌卡住的現(xiàn)象，有效避免了因受力不均而造成排布撕裂，且每個(gè)裝置設(shè)有四個(gè)滑輪，下滑時(shí)更加順暢、穩(wěn)固，詳見圖1和圖2。

排布下滑時(shí)，通過牽引繩拉動(dòng)排布上游側(cè)，防止水流使排布向下游移動(dòng)而造成滑輪遠(yuǎn)離軌道，確?；嗧樌兹胲壍乐校哪_滑輪緊貼鋼導(dǎo)軌隨同排布同步下滑，始終保持著對(duì)排布的橫向牽拉作用，確保了排布在不縮排的情況下沉入江底，緊貼河床。插銷上的孔和回收繩使滑輪在脫離導(dǎo)軌后能重新回收再次利用。通過實(shí)踐，本實(shí)用新型專利能有效地控制橫向縮排情況，縮排能控制在50cm以內(nèi)。

4.2沉排軌跡的實(shí)時(shí)監(jiān)控措施

根據(jù)沉排施工范圍、沉排施工順序以及每張排布的鋪設(shè)長(zhǎng)度，通過GPS定位測(cè)量確定每張排布的理論坐標(biāo)值，制定沉排船的設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)軌跡線，以便在沉排施工時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)軌跡線控制排布的搭接寬度和鋪設(shè)的水平長(zhǎng)度。

施工前，預(yù)先在施工區(qū)域附近設(shè)置固定的GPS基準(zhǔn)站，同時(shí)在沉排船上設(shè)置GPS移動(dòng)站。施工時(shí)，沉排船根據(jù)電腦顯示的設(shè)計(jì)沉排網(wǎng)格移船，同時(shí)電腦自動(dòng)繪制實(shí)際沉排軌跡，GPS實(shí)時(shí)測(cè)量水上沉排船的運(yùn)動(dòng)軌跡，自動(dòng)計(jì)算實(shí)際偏差值，若偏差值超出規(guī)定，電腦自動(dòng)發(fā)送指令給液壓錨機(jī)，根據(jù)數(shù)據(jù)指令自動(dòng)絞移控制船位的5根鋼纜，不斷校正船位，以確保排體按設(shè)計(jì)方位入水。

4.3沉排橫向搭接寬度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)措施

采用GPS實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)，聲吶技術(shù)也應(yīng)用于排體橫向搭接寬度的全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中，可對(duì)排體的搭接寬度進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤。聲吶設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控具體方案如下：

（1）在沉排船上排體搭接一側(cè)安裝船舷固定式支架放置探桿。

（2）沉排船每完成一段排體的沉放后，在綁系砼塊、船體暫未移動(dòng)期間，聲吶監(jiān)控設(shè)備對(duì)已鋪設(shè)的排體進(jìn)行掃描，實(shí)時(shí)采集排體搭接的數(shù)據(jù)，排體的搭接狀況在沉排船操作室顯示屏上清晰地展現(xiàn)出來（實(shí)體質(zhì)量采集見圖3）。

（3）監(jiān)測(cè)人員將沉排的搭接情況連續(xù)地向沉排船操作人員匯報(bào)，若出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，操作人員可隨時(shí)調(diào)整船舶，及時(shí)糾偏（檢測(cè)方案示意見圖4）。

4.4排尾沉放的施工質(zhì)量控制

每塊排布沉排臨近結(jié)束時(shí)，采用工作排布牽引施工排布至河床底部、再收回工作排布的方式對(duì)排尾進(jìn)行處理。具體操作方法為：安裝施工排布前，預(yù)先在沉排船的卷筒上安裝一段工作排布，工作排布與滾筒連接牢固，施工排布與工作排布采用尼龍繩活扣連接，待每塊排布還剩余一個(gè)水深長(zhǎng)度的排布未沉放時(shí)，將放排卷筒的速率設(shè)置為零，再進(jìn)行船舶移動(dòng)，帶動(dòng)活扣，下放尾排，收回尼龍繩和工作排布，從而完成排尾處理，較好地控制了排尾縮排。

通過第Ⅲ標(biāo)段沉排施工的多次試驗(yàn)與實(shí)施，證明此方法可行有效，較好的控制了排尾縮排，既能確保排尾的到位率，又能節(jié)約材料，減少浪費(fèi)，得到了業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理的一致認(rèn)可。

4.5相鄰排布搭接質(zhì)量的檢測(cè)

沉排完成后，為了便于排布搭接質(zhì)量的檢測(cè)，在排體設(shè)計(jì)搭接寬度處預(yù)先設(shè)置一道彩色檢測(cè)條。潛水員進(jìn)行水下檢測(cè)時(shí)，若在設(shè)計(jì)搭接寬度處未發(fā)現(xiàn)該彩色檢測(cè)條，表明相鄰排布的橫向搭接寬度足夠，滿足設(shè)計(jì)要求，否則，表明搭接寬度小于設(shè)計(jì)值。如圖5所示為相鄰排布水下檢測(cè)示意圖。潛水員檢測(cè)的具體操作方法為：

（1）排布搭接處的下排布有無(wú)彩色檢測(cè)條，可判斷搭接寬度是否符合要求。

（2）發(fā)現(xiàn)彩色檢測(cè)條時(shí)，用鋼尺測(cè)量彩色檢測(cè)條到上排布邊緣的距離。搭接寬度=設(shè)計(jì)搭接寬度-檢測(cè)條到上排體邊緣距離。

（3）若發(fā)現(xiàn)排布存在未搭接、有明顯脫開的現(xiàn)象時(shí)，采用鋼尺或標(biāo)尺繩連接上、下兩塊排布邊緣，測(cè)定未搭接寬度。

在泥沙較多、水質(zhì)渾濁的水域，潛水員可采取近距離拍攝、斜側(cè)光拍攝、頂流或側(cè)流方向拍攝的方式提高水下拍攝清晰度。

通過以上質(zhì)量控制措施，長(zhǎng)江中游荊江河段航道整治工程第Ⅲ標(biāo)段所有的D型軟體排均順利通過驗(yàn)收，既保證了沉排的施工質(zhì)量，又節(jié)約了施工工期。通過各項(xiàng)質(zhì)量控制措施，尤其是控制橫向縮排技術(shù)的創(chuàng)新，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為水上沉排施工特別是長(zhǎng)江中游垂直水流沉排工藝積累了施工經(jīng)驗(yàn)，開創(chuàng)了新的思路，具備深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo)意義。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過對(duì)沉排效果的論證，該技術(shù)適用于長(zhǎng)江中游荊江河段航道整治工程第Ⅲ標(biāo)段的沉排，尤其是控制橫向縮排技術(shù)的創(chuàng)新能連續(xù)、較好的完成本工程的水流復(fù)雜區(qū)域沉排施工，能做到經(jīng)濟(jì)投入合理，施工操作簡(jiǎn)便。長(zhǎng)江航道整治工程中復(fù)雜水流情況下的沉排技術(shù)將會(huì)是長(zhǎng)江航道整治中一個(gè)亟需解決的課題，希望能通過本項(xiàng)目起到拋磚引玉的效果。

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