預(yù)制塊聯(lián)鎖矩陣軟體結(jié)構(gòu)水下鋪排施工技術(shù)及應(yīng)用

朱 啟 劉衛(wèi)國

(1.安徽省引江濟淮集團有限公司,安徽 合肥 230000;2.中國水利水電第四工程局有限公司,青海 西寧 810000)

在水利水電施工過程中,對河道邊坡通常采用混凝土預(yù)制塊襯砌的方式進行防護。這種傳統(tǒng)的施工技術(shù)雖然成熟可靠,但是需要耗費大量的人力、物力,占用工作面大,工效低。在引江濟淮工程中很多河段都是利用原有的河道進行擴挖作業(yè),水下邊坡的防護受自然條件限制,旱地施工顯然并不科學。因此探索一種克服水下作業(yè)條件、實現(xiàn)帶水作業(yè)的河道邊坡防護技術(shù),是十分必要的。在引江濟淮工程東淝河水下邊坡防護施工過程中,項目人員通過對國內(nèi)多地航道整治工程調(diào)研并結(jié)合現(xiàn)場實際,研發(fā)出預(yù)制塊聯(lián)鎖矩陣軟體結(jié)構(gòu)水下鋪排施工技術(shù)。該技術(shù)適用于內(nèi)河河道邊坡防護施工,施工機械化效率高、經(jīng)濟環(huán)保、質(zhì)量有保障。

1 工程概況

引江濟淮工程等別為Ⅰ等,工程規(guī)模為大(1)型。其中東淝河邊坡防護工程位于安徽省淮南市境內(nèi),施工樁號為J77+070～J97+505(茶庵鎮(zhèn)至瓦埠湖)、J141+600～J151+008(瓦埠湖出口至滁新高速橋),全長29.843km,包括輸水渠道工程和交叉建筑物兩部分。輸水渠道底寬60m,底高程13.4m,水下預(yù)制塊鋪排面積達146.3萬m2。

混凝土預(yù)制塊護坡采用C25混凝土預(yù)制塊,單體尺寸為560mm×500mm和580mm×438mm兩種,厚度為150mm。預(yù)制塊采用工廠化制作工藝、蒸汽養(yǎng)護達到設(shè)計強度要求。塊體采用鋪排布連接,選用230g/m2機織布+150g/m2無紡布,加筋帶與綁扎帶采用聚丙烯編織土工布,其中加筋帶寬5cm,綁扎帶寬3cm。

2 技術(shù)原理

首先采用陸地拼排吊裝沉排施工方法,該方法對吊機站位、吊臂長度和預(yù)制塊矩陣拼接場地等要求極高,導(dǎo)致很多河段無法開展施工。采用沉排施工工藝,沉排施工方法在國內(nèi)水下鋪設(shè)鋪排工藝經(jīng)驗少、技術(shù)難度大,預(yù)制塊間聯(lián)鎖的卡鎖扣破損嚴重,塊體損壞率高,適應(yīng)變形能力差,嚴重影響邊坡防護施工質(zhì)量。

針對以上問題,通過實踐研究發(fā)現(xiàn),預(yù)制塊聯(lián)鎖矩陣軟體結(jié)構(gòu)水下鋪排施工技術(shù)適合本項目。首先對預(yù)制塊結(jié)構(gòu)型式進行優(yōu)化,施工時在鋪排船甲板上展鋪排布,在排布上編排預(yù)制塊單體,通過綁扎使其固定在排布上,形成整體的軟排體,再通過鋪排船將其鋪設(shè)到指定的水下岸坡位置,這樣形成一種平順柔性的護岸形式。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 測量定位

鋪排船主要依靠GPS衛(wèi)星水上導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航圖移至鋪排施工的范圍內(nèi),并垂直于排布軸線方向逐一拋投定位錨,確保船只的滑板方向與一級平臺方向垂直。在岸坡一級平臺外側(cè)要根據(jù)測量的點位布置石灰線,石灰線要確保平順,作為鋪排船定位的基準線。

3.2 坡面整修

河道水下疏挖后,配備削坡船結(jié)合衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)對坡面進行修整,使坡面平整,坡肩順直,不得欠挖并確保護坡外觀平順。露出施工期實測水位以上的坡面平整度允許偏差宜不大于15cm。

3.3 船只定位

進船前,進行施工區(qū)段的水位測量,保證船只能夠靠近岸坡,使船只滑板能夠靠近一級邊坡。

施工時,將船只移動至指定位置,船身平行于河道水流方向,開始拋錨定位;船頭、船尾兩側(cè)各拋設(shè)兩只錨索,收緊錨索,使船只固定,在船頭設(shè)置主纜連接鐵錨,可以承受下漂拉力,并在尾部應(yīng)用尾纜,能夠同時控制船舶的移動,有效提升了系統(tǒng)控制的安全性和便捷性[1]。通過卷揚機收放錨索將鋪排船靠近一級平臺,并下放滑板,滑板放置與一級平臺頂部齊平。鋪排施工平面見圖1。

圖1 鋪排施工平面

3.4 排布展鋪

水下排布展鋪時,吊機將成捆的排布吊至甲板上,由工人將鋪排布展開,排尾拉環(huán)和滾筒上鋼纜相系,打開滾筒開關(guān)將排布自動卷入滾筒,直到排頭與滑板前沿平齊,關(guān)閉滾筒開關(guān),停止卷布。

展鋪時,鋪排船將滑板放平,操作人員站在滾筒及排體兩側(cè),人工繃緊排布,使排布無皺折,平順地鋪在甲板上。

根據(jù)進場的鋪排船甲板長度確定排體幅寬,兩塊排布搭接長度不小于1.5m,搭接寬度允許偏差±50cm。鋪排布沿排寬方向設(shè)有寬5cm的縱向加筋條,加筋條間距按編排需要定制,用于固定系結(jié)條和增加鋪排布抗拉強度,其長度與排長相同。在排布邊緣處的每個加筋帶上均設(shè)一個綁扎環(huán),環(huán)直徑80mm。順坡方向設(shè)置加筋帶,間隔按預(yù)制塊尺寸確定,以保證在每塊混凝土預(yù)制塊下布置加筋帶,以增加排布整體強度,加筋帶寬度為5cm,以防止鋪設(shè)過程中的撕裂和破壞。排布示意圖見圖2。

圖2 排布示意圖

排布排頭排位部位設(shè)置拉環(huán),以便于排頭埋設(shè)和排位連接,確保排體的整體平整。排布加筋帶上布置綁扎帶,以便于預(yù)制塊單體與鋪布間的固定。

卷鋪時,吊機將成捆排布吊至甲板上,由工人將鋪排布展開,排尾拉環(huán)和滾筒上鋼纜相系,啟動滾筒開關(guān)將排布自動卷入滾筒,直到排頭平展在滑板前沿,關(guān)閉滾筒開關(guān)。

展鋪時,鋪排船將滑板放平,操作人員站在滾筒及排體兩邊,用人力繃緊排布,使?jié)L筒上排布無皺折,平鋪在甲板和翻板上的排布,用人力拉平直,防止排布皺折、收縮。

3.5 水下預(yù)制塊編排

排布完成展鋪后,開始預(yù)制塊的編排,通過試驗段的鋪排效果以及對外觀質(zhì)量和平整度的分析,確定本標段排體采用全順排的編排方式,以滿足設(shè)計要求和坡面的整體美觀性。

編排時,預(yù)制塊由運輸船運至現(xiàn)場,由船上起重機將預(yù)制塊吊到甲板上。在甲板的排布上進行編排,利用排布加筋帶上預(yù)設(shè)的綁扎帶將左右相鄰的兩塊預(yù)制塊進行綁扎,采用邊編排邊沉排的方式進行,根據(jù)甲板與滑板的寬度確定每次編排的長度。

3.6 預(yù)制塊排頭埋設(shè)固定

為保證水上與水下預(yù)制塊的結(jié)合平順,確保護坡的整體性、美觀性及施工工序的銜接性,同時能夠有效地保證水下預(yù)制塊排頭的固定牢靠,對水下預(yù)制塊的排頭固定采用兩種方案:對于右岸有一級平臺的部位采用平臺和水下坡面一體鋪設(shè)成型的方式,平臺處的排頭采用鋪設(shè)水上預(yù)制塊的進行固定;對于左岸無平臺處的部位采用開挖埋設(shè)槽的方式進行固定。岸邊作業(yè)見圖3。

圖3 岸邊作業(yè)示意圖

3.7 移船鋪放

鋪排船上配置專職測量人員,鋪排前預(yù)設(shè)定位軸線,軸線布置在一級平臺處,定位軸線始終保持與河道中心線平行,通過邊緣的點位控制排體的方向,以確保護坡的平順,減少疊排現(xiàn)象。

預(yù)制塊排頭固定以后,利用橫移錨將船只平緩?fù)艘?下放滑板,利用卷揚機釋放軟體排,在甲板上每次鋪排時通過GPS衛(wèi)星指導(dǎo)移船,使軟體排鋪設(shè)到位,當甲板上已編排的最后一行預(yù)制塊滑到甲板邊緣時,利用卷揚機將排體固定,停止移船。編排后半幅預(yù)制塊,直至編排完畢,再次移動船體,直至最排尾預(yù)制塊由于自重下沉,到達預(yù)定位置,剪斷排尾處尼龍繩,單塊排體鋪排完成。

排尾處拉環(huán)連接φ14尼龍繩,且始終處于緊繃狀態(tài),以保證鋪設(shè)坡面的整體平整度。船體滑板下的最大傾角控制在30°～40°。排體一端預(yù)留出1.5m排布,以便于下一排體的順利搭接,水上部分鋪排完成后人工重新進行編排,以確保與上一排體相互銜接良好。沉排作業(yè)見圖4。

圖4 沉排作業(yè)

3.8 外觀檢查驗收

完成鋪排施工后,對鋪設(shè)鋪面利用水上無人船進行測量驗收,將收集的數(shù)據(jù)進行整理,與鋪排前完成削坡的測量數(shù)據(jù)斷面進行對比,滿足坡比及平整度和搭接寬度要求后進入下一道工序。

4 材料設(shè)備與質(zhì)量控制

4.1 材料與設(shè)備配置

材料及設(shè)備配置見表1。

表1 材料及設(shè)備配置

4.2 質(zhì)量控制

4.2.1 根據(jù)水流調(diào)整工藝

在施工過程中,移船鋪排方向與水流方向垂直,水流會沖擊上游側(cè)排體,造成上游側(cè)軟體排收縮較大。在施工中應(yīng)及時記錄水位與流速,為保證施工質(zhì)量,當流速較大時暫停施工,待流速減小后恢復(fù)施工,同時可以視現(xiàn)場情況,將鋪排船向上游移動一定距離,以此彌補上游側(cè)排體收縮的損失[2]。

4.2.2 搭接寬度控制

a.明確下排位置。由于水流、移船對排頭鋪設(shè)位置影響較大,因此,移船開始鋪排時,根據(jù)實際水流情況,超前理論設(shè)計排邊一定距離,保證鋪排完成后邊線符合設(shè)計要求。

b.預(yù)留充足橫向收縮量。在鋪設(shè)排體時,排體單邊預(yù)留不小于1.5m寬的搭接排布,以保證與下一排體的搭接,搭接時,注意控制排頭的定位,確保排體的單邊能夠準確地按壓在預(yù)留的搭接帶上,避免出現(xiàn)疊排現(xiàn)象。完成鋪排后對水上部分搭接斷面進行人工修整,確保相鄰預(yù)制塊單體間相互銜接。

c.合理選擇下排時間。為避免排頭下放時受水流的過大影響,在施工時應(yīng)選擇高平潮時下放排頭,在落潮時施工,每小時潮差小,水流平緩,水流方向與鋪排船移動方向相反,頂水鋪排,使排布展開充分,可以有效保證排體搭接[3]。

4.2.3 排頭固定

排頭固定是決定排體固定就位和排體安全保護的關(guān)鍵,設(shè)有一級平臺的部位進行水下預(yù)制塊鋪設(shè)時,排頭部位通過水上預(yù)制塊鋪設(shè)按壓進行錨固,確保整體沉排時排體穩(wěn)定。未設(shè)有一級平臺的灘地等地段,預(yù)制塊鋪設(shè)施工時,排頭向岸坡方向延伸3m,并采用壓載物(沙袋、預(yù)制塊、錨樁)將排頭部位進行壓載穩(wěn)固。施工時將預(yù)制塊全部綁扎到位,使之與排布形成一個整體。

金星小區(qū)是個沒有物業(yè)管理的老小區(qū)。最近幾個月，小區(qū)內(nèi)接連發(fā)生了數(shù)起入室盜竊案，社區(qū)民警老王建議小區(qū)聘請物業(yè)公司進駐，以加強小區(qū)管理。

4.2.4 適時調(diào)整滾筒

適時調(diào)整滾筒,保持排體處于合適的松弛狀態(tài),避免同一處排體始終與翻板摩擦,造成排體疲勞破壞,防止排體出現(xiàn)起毛、撕裂現(xiàn)象。

4.2.5 避免排布撕裂

鋪設(shè)前及時檢查驗收排布的完整性,檢查完好后方可卷入滾筒。鋪設(shè)時隨時檢查排布,編排過程中嚴格落實排布的保護措施,確保每一塊排體下的排布完整,無撕裂現(xiàn)象。

4.2.6 做好成品保護

聯(lián)鎖塊之間及聯(lián)鎖塊與排體之間需要連接牢固緊密,對于已鋪好的排布,需要及時做好保護措施,避免各類突發(fā)情況損壞已鋪好的排布[4]。

5 安全及環(huán)保措施

6 效益分析

6.1 縮短工期

使用預(yù)制塊聯(lián)鎖矩陣軟體結(jié)構(gòu)水下鋪排施工技術(shù),加快了施工進度,完成效率較高,預(yù)制塊破損率明顯降低,此外施工單位還使用了聯(lián)鎖混凝土體工廠化生產(chǎn)技術(shù),機械化生產(chǎn)效率高,預(yù)制塊提供充足,實際工期比計劃工期提前3個月。

6.2 節(jié)約投資

與傳統(tǒng)旱地施工工藝相比,該工程施工采用的預(yù)制塊聯(lián)鎖矩陣軟體結(jié)構(gòu)水下鋪排施工技術(shù)節(jié)約投資約6600萬元。

6.3 社會效益好

該施工技術(shù)具有廣泛的適應(yīng)性,適應(yīng)水下復(fù)雜的岸坡環(huán)境,突破了以往旱地水下混凝土襯砌的局限性,實現(xiàn)了綠色環(huán)保的生態(tài)河道治理理念,符合可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)保理念。

7 結(jié) 論

預(yù)制塊聯(lián)鎖矩陣軟體結(jié)構(gòu)水下鋪排施工技術(shù)已在引江濟淮工程中成功應(yīng)用。預(yù)制塊聯(lián)鎖矩陣軟體結(jié)構(gòu)水下鋪排施工技術(shù)突破了水下預(yù)制塊矩陣軟體結(jié)構(gòu)搭接控制、撕排、疊排的技術(shù)瓶頸,形成了一套比較成熟的施工工藝,該技術(shù)解決了河道水下岸坡防護施工難題,減少了施工難度,加快了施工進度,具有到良好的社會效益和廣泛的應(yīng)用前景。