水下混凝土聯(lián)鎖片軟體排護(hù)坡設(shè)計(jì)及施工方案優(yōu)化

李建英

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司第三工程公司,陜西 西安 710068）

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程概況

引江濟(jì)淮工程由長(zhǎng)江下游上段引水,向淮河中游地區(qū)補(bǔ)水,是一項(xiàng)以城鄉(xiāng)供水和發(fā)展江淮航運(yùn)為主,結(jié)合灌溉補(bǔ)水和改善巢湖及淮河水生態(tài)環(huán)境等綜合利用的大型跨流域調(diào)水工程,是集供水、航運(yùn)、生態(tài)等效益的一項(xiàng)水資源綜合利用工程。引江流量300 m3/s,入淮流量280 m3/s。輸水干線長(zhǎng)723 km,自南向北可劃分為引江濟(jì)巢、江淮溝通、江水北送三大工程段落,共設(shè)八大節(jié)制樞紐。

1.2 道施工標(biāo)段

J002-1 標(biāo)段位于江淮溝通段內(nèi),起點(diǎn)派河口泵站樞紐,終點(diǎn)金寨路橋。對(duì)應(yīng)河道樁號(hào)3+240～18+220,總長(zhǎng)14.98 km。河道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)斷面：河道底寬60.0 m～180.0 m,底高程 1.8 m,其中J3+240～15+340 渠道南岸為退堤段,迎水側(cè)邊坡 8.6 m 高程設(shè)一級(jí)平臺(tái),平臺(tái)寬度 7.5 m,平臺(tái)以下邊坡坡比為 1∶4,平臺(tái)以上邊坡坡比為 1∶3；北岸為疏浚段,疏浚坡比為1∶4,疏浚至現(xiàn)有平臺(tái)高程；J15+340～18+220 段為城區(qū)段,渠道兩側(cè)8.6 m高程設(shè)一級(jí)平臺(tái),平臺(tái)寬度7.5 m,平臺(tái)以下邊坡坡比1∶3,平臺(tái)以上采用灌注樁直墻。主要施工內(nèi)容有：河道疏挖、堤防退建、護(hù)坡護(hù)岸、灌注樁直墻、管護(hù)道路、新建渠系交叉建筑物、水土保持等。

2 原設(shè)計(jì)方案及存在問題

2.1 原設(shè)計(jì)方案

江淮溝通段 J002-1 標(biāo)輸水渠道系利用現(xiàn)有派河河道擴(kuò)挖疏浚而成,沿線彎道迎流頂沖凹岸眾多,在船行波和引水流速的長(zhǎng)期共同作用下,渠道邊坡易形成浪坎,并最終威脅渠道邊坡的穩(wěn)定安全。為了防止渠道沖刷破壞、提高渠道利用系數(shù),減少糙率,加大流速,確保渠坡安全,J002-1 標(biāo)一級(jí)平臺(tái)8.6 m 高程以下邊坡表面均采用12 cm 厚C25 水下聯(lián)鎖式預(yù)制塊護(hù)坡,土工布為500 g/m2聚丙烯長(zhǎng)絲無紡?fù)凉げ?鋼絞線采用稀土鋅鋁合金鍍層鋼絞線,鉸接塊之間采用稀土鋅鋁合金鍍層鋼絞線串聯(lián)成聯(lián)鎖片,鋼絞線在穿拼時(shí)以U 型穿拼,并用U 型卡子鎖扣,將相鄰兩根鋼絞線進(jìn)行錯(cuò)位連接,最后再采用吊裝鋪設(shè)。渠底坡腳采用水平鋪設(shè)2 m 作為固腳。南岸J3+240～18+220 段、北岸J16+870～18+220 段軟體排排頭系接在坡頂鋼筋混凝土連系梁上；北岸3+240～16+870 段軟體排排頭系接在C60 預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁上。

2.2 原設(shè)計(jì)方案存在的問題

（1）塊體損壞率高。原設(shè)計(jì)排體孔隙率小,僅為5%,塊體之間咬合緊密,吊裝過程中塊體容易受擠壓破損,損壞率高,塊體質(zhì)量難以保證。

（2）適應(yīng)變形能力差。原設(shè)計(jì)排體采用鋼絞線串聯(lián),塊體之間采用鎖扣自鎖,排體緊湊、變形能力小。派河河道天然彎道較多,北岸疏浚后不改變現(xiàn)有河道走勢(shì),局部段存在疏挖不到部位,這些部位高低起伏,容易造成排體懸空。

（3）施工受場(chǎng)地條件影響大?，F(xiàn)有派河北岸大部分灘地處于常水位以下,施工設(shè)備無作業(yè)平臺(tái)。南岸及城區(qū)段北岸雖然預(yù)留了親水平臺(tái),但是平臺(tái)寬度僅為 7.5 m,且離水面距離小,平臺(tái)承載力差,無法供大型吊裝設(shè)備作業(yè)。另外,原北岸排頂采用系排樁固定排頭,在北岸無灘地的部位,系排樁無法實(shí)施。

（4）吊裝效率低。由于河道長(zhǎng),鋪排量大,施工期歷時(shí)較長(zhǎng),采用吊裝施工時(shí),首先需要在岸上將塊體穿接成排后再進(jìn)行吊裝,施工效率低下。在前期項(xiàng)目受疫情、汛情的不利影響下,施工進(jìn)度受到嚴(yán)重影響,施工需要提高效率來加快工程進(jìn)度,保障施工工期。

（5）鋪排船工效高。根據(jù)調(diào)研國(guó)內(nèi)的河道鋪排案例,采用鋪排船水下鋪排時(shí),鋪排效率高,施工不受場(chǎng)地影響,進(jìn)度容易控制。

基于以上緣由,為保障岸坡穩(wěn)定,控制水下軟體排質(zhì)量,提高施工工效,切實(shí)推進(jìn)水下軟體排施工進(jìn)度,對(duì)水下軟體排的塊體結(jié)構(gòu)型式、預(yù)制塊拼接布置、排布材料、系排方式等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整是必要的。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察及試驗(yàn)驗(yàn)證,采用預(yù)制塊與鋪排布有效連接后、采用鋪排船施工方案是有效可行的。因此J002-1 標(biāo)水下鋪排方式采用鋪排船進(jìn)行水下作業(yè)施工。排體選擇上,根據(jù) 《水運(yùn)工程施工標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)指南施工工藝篇-內(nèi)河航道整治工程》推薦軟體排混凝土壓載塊建議,J002-1 標(biāo)軟體排結(jié)構(gòu)型式調(diào)整為“x”型水下軟體排；土工布調(diào)整為380 g/m2的丙綸復(fù)合布。

3.1 軟體排預(yù)制塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

“x”型水下軟體排壓載塊體采用C25 混凝土預(yù)制塊,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25,塊體長(zhǎng)寬均為46 cm,厚度為12 cm,四周邊緣采用3 cm×3 cm 倒角,單塊材料用量為0.024 m3,重量約57.48 kg,單塊之間連接采用φ14 的丙綸繩連接,單塊之間凈距為5 cm,孔隙率約19.6%。

聯(lián)鎖片由C25 混凝土預(yù)制塊工廠化一次加工而成,初擬矩陣擬定為10 塊×8 塊（可根據(jù)實(shí)際排體長(zhǎng)度調(diào)整）,矩陣外沿尺寸為4.03 m×5.05 m,預(yù)制塊采用φ14 丙綸繩連接。

3.2 鋪排布設(shè)計(jì)

鋪排布采用380 g/m2丙綸復(fù)合布（230 g/m2長(zhǎng)絲機(jī)織布和150 g/m2無紡布的復(fù)合布）,排布上垂直水流向長(zhǎng)度與鋪排長(zhǎng)度相同,排布垂直水流向布置7 cm 寬丙綸加筋帶,加筋帶中心距為51 cm,即每條加筋帶布置在預(yù)制塊中間部位；在每個(gè)聯(lián)鎖片矩陣四周的加筋帶上每間隔51 cm 設(shè)置一個(gè)7 cm 寬、直徑約為8 cm 的丙綸帶系環(huán)；排頭和排尾平行于水流方向各設(shè)置一條加筋帶,并設(shè)置丙綸帶系環(huán),加筋帶與丙綸環(huán)的型式同上。

3.3 排體設(shè)計(jì)

軟體排由鋪排布及聯(lián)鎖片矩陣通過綁扎連接組織,根據(jù)工程實(shí)際,J002-1 標(biāo)段最終選擇滾筒長(zhǎng)度為40 m 的大型鋪排船,排布設(shè)計(jì)首先應(yīng)考慮幅寬盡可能的接近滾筒長(zhǎng)度,提高一次鋪設(shè)寬度,從而提高工效；其次應(yīng)考慮聯(lián)鎖片整片安裝,避免浪費(fèi),節(jié)約成本。

幅寬（每幅排體平行于方向的總長(zhǎng)度）設(shè)計(jì)應(yīng)考慮排體的實(shí)際鋪設(shè)長(zhǎng)度應(yīng)大于等于設(shè)計(jì)幅長(zhǎng)。J002-1 標(biāo)段鋪排布的幅寬設(shè)計(jì)為：0.2×2（排布幅寬方向兩側(cè)超寬0.2 m）+9×4.03（聯(lián)鎖片的橫向尺寸）+8×0.2（聯(lián)鎖片之間的間隙,垂直于水流方向間隙為20 cm）=38.27 m＜40 m（滾筒長(zhǎng)度）,滿足要求。

理論幅長(zhǎng)（每幅排體垂直于水流方向的總長(zhǎng)度）=坡面長(zhǎng)度（J002-1 標(biāo)段迎水側(cè)坡比1∶4,平臺(tái)高程8.6 m,河底高程1.8 m）+坡腳水平固腳（2 m）=28.04+2=30.04 m,結(jié)合聯(lián)鎖片的實(shí)際尺寸,實(shí)際幅長(zhǎng)=0.2×2（排布排頭和排尾超長(zhǎng)0.2 m）+5×5.05（標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)鎖片縱向尺寸）+1×4.03（非標(biāo)準(zhǔn)排體縱向尺寸）+5×0.1（聯(lián)鎖片之間的間隙,平行于水流方向間隙為10 cm）=30.18 m＞30.04 m,滿足要求。

因此排布及排體的最終尺寸確定為38.27 m×30.18 m,平行于水流方向布置9 個(gè)聯(lián)鎖片,垂直于水流方向布置5 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)鎖片,1 個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)鎖片。

4 優(yōu)化施工方案

4.1 軟體排沉排優(yōu)化

J002-1 標(biāo)水下軟體排鋪設(shè)施工最終優(yōu)化為利用大型鋪排船通過水上作業(yè)的方式進(jìn)行沉排。沉排遵循原則：1）垂直水流方向由岸邊逐漸向河道中心鋪沉；2）順?biāo)鞣较蛴上掠蜗蛏嫌武伋?。C25 混凝土聯(lián)鎖片集中工廠化預(yù)制,強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%之后采用2000 t 的深艙自航駁通過水上運(yùn)輸至工作面與鋪排船靠泊,鋪排船利用自身GPS 定位系統(tǒng)將船體移動(dòng)至需要鋪排的位置后下錨固定,作業(yè)人員將排布在甲板上展開并卷入滾筒,人工將排布排頭牽引至排頭固定位置后綁扎固定,再利用船上吊機(jī)將聯(lián)鎖片逐片吊裝至排布的指定位置,調(diào)整位置準(zhǔn)確后,利用φ14 丙綸繩分別穿過聯(lián)鎖片預(yù)留鎖扣及排布丙綸帶系環(huán)后綁扎,平行于水流方向完成一排聯(lián)鎖片吊裝及系排后開始沉排,移船沉排至甲板上排體寬度剩余2 塊時(shí)（具體根據(jù)鋪排船的甲板寬度和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整,以便于下一排聯(lián)鎖片系排為原則）停止沉排,開始下一排聯(lián)鎖片吊裝綁扎,如此反復(fù),直至排尾沉放完畢。沉排示意圖見圖1。

圖1 沉排示意圖

4.2 排頭固定方式優(yōu)化

針對(duì)J002-1標(biāo)河道北岸實(shí)際情況,排頭固定方式優(yōu)化為：采用挖地溝、梯形C25 混凝土預(yù)制塊壓頂?shù)姆椒ü潭ㄜ涹w排排頭,地溝采用梯形斷面,底寬0.6 m,深0.9 m,兩側(cè)邊坡坡比 1∶0.5,地溝開挖后將軟體排排頭吊裝至地溝內(nèi),溝底埋置1 塊,沿梯形斷面斜坡埋置2 塊,確保地溝內(nèi)每次預(yù)埋 3 塊軟體排預(yù)制塊。后將C25 混凝土預(yù)制塊壓頂?shù)跹b于地溝內(nèi)壓住軟體排排頭,壓頂采用C25 等腰梯形預(yù)制砼塊,長(zhǎng)度為2 m,底寬為0.58 m,頂寬為1.36 m,高度為 0.78 m,上部設(shè)置2 道鋼筋吊環(huán),方便吊裝,見圖2。

5 結(jié)論

通過采用C25 混凝土預(yù)制塊聯(lián)鎖片的護(hù)岸軟體排結(jié)構(gòu)和鋪排船施工的施工方法,取得了以下成果：

1）通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施可見,取消原設(shè)計(jì)排體采用的鋼絞線串聯(lián),減輕了混凝土預(yù)制塊結(jié)構(gòu)的單位面積重量以及優(yōu)化預(yù)制塊輪廓,可減小鎖角部位破損,增強(qiáng)鋪排、吊裝的適應(yīng)性,預(yù)制塊破損少,整體效果較好。

2）由于混凝土預(yù)制塊結(jié)構(gòu)預(yù)制塊輪廓的優(yōu)化,可以有效避免原有設(shè)計(jì)方案中出現(xiàn)的矩陣吊起中折角處預(yù)制塊擠壓破損,預(yù)制塊間聯(lián)鎖的卡扣破損嚴(yán)重等問題,能夠有效降低塊體損壞率,避免實(shí)際施工中施工困難等問題,提高材料利用率。

3）J002-1 標(biāo)采用鋪排船水下鋪排的施工方法,依靠鋪排船采用水上作業(yè)鋪設(shè)大幅提高了鋪排效率,高峰期單船每班可鋪設(shè)完6000 m2,使施工不受場(chǎng)地影響,避免了由于河道長(zhǎng)、鋪排量大而導(dǎo)致的施工期歷時(shí)長(zhǎng),吊裝效率低下的問題。

通過參照國(guó)內(nèi)軟體排工程實(shí)例,采用C25 混凝土預(yù)制塊聯(lián)鎖片軟體排結(jié)構(gòu)和鋪排船施工方法,對(duì)引江濟(jì)淮工程中護(hù)岸軟體排結(jié)構(gòu)和施工方面進(jìn)行優(yōu)化,在提質(zhì)增效方面達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期效果,能較好地滿足工程建設(shè)需要,對(duì)于類似工程具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。