鋪排船在感潮區充泥管袋施工中的應用

蘭 昌 志， 蔡 亮， 李 建

(中國水利水電第五工程局有限公司 第二分局，四川 成都 610225)

1 概 述

由我公司承建的太倉市應急水源地工程位于太倉市長江口瀏河口上游側邊灘上，圍堤由北堤、東堤、南堤圈成，全長4 486 m，形成區域面積為220萬m2的水庫，其總容量為1 742萬m3，有效容量為1 427萬m3。新建圍堤分為兩個標段，其中1標為北堤966 m，東堤1 309 m，總長2 275 m，充泥管袋吹填沙共90.5萬m3，堤芯吹填沙59.2萬m3。

圍堤堤身采用充泥管袋和吹填沙筑成，堤身采用底層通長管袋和內外充泥管袋雙棱體斷面形式，底層通長沙袋厚度為1 m，其余袋層沙袋厚度為0.5 m，斷面形式見圖1。

東堤原始灘面高程為-3.5 m，北堤原始灘面高程為-1～-1.5 m，施工期間最高潮位為2.06 m，最低潮位為-1.72 m，每天潮漲潮落各兩次，每天漲潮和落潮的時間不同，潮位也不一樣。沙源地距施工現場15 km，施工自然條件復雜，受風浪及大霧天氣影響較大。

圖1 圍堤斷面結構圖(單位:m)

工程開工日期為2010年12月15日，圍堤龍口合龍日期為2011年3月29日，全斷面完成日期為2011年5月31日，工程合同造價為1.53億元。

在充泥管袋施工中，袋體鋪設一般采用定位船輔以人工施工，但定位船在使用上存在局限性，適用于灘面較淺的水域。而近年來在充泥管袋鋪設施工中，鋪排船的應用效果越來越明顯。鋪排船是一種非自航工程作業船，主要功能是在沿江、沿海區域鋪設管袋及排體，適用于較深水域施工，具有控制效果穩定、施工進度快等特點，因此，有必要對鋪排船在充泥管袋施工中的作用進行分析。

2 鋪袋方案比選

2.1 施工條件

由于圍堤施工時間緊、任務重、強度高、地層沉降量大、施工條件惡劣，要按時完成目標具有挑戰性，采用什么樣的施工方法、投入什么樣的機械設備將決定工程的成敗。經過多方討論并參考類似項目的施工經驗，結合定位船和鋪排船的施工效率和使用條件等方面進行了綜合比較。

2.2 鋪排船與定位船施工的比較

2.2.1 鋪排船構造

鋪排船是一種非自航的工程船，主要用于圍堤和航道整治工程中軟體排護底和袋體的鋪設。船上最關鍵的部分是鋪排系統，而鋪排設備又是鋪排系統中最重要的基礎部分。鋪排設備主要由翻板、吊架、卷筒及其驅動裝置、導梁和各種專用絞錨機組成。目前的鋪排船大都采用手動方式進行控制，主要依靠船工經驗來協調控制各條纜繩的收放，通過GPS定位系統實現船舶的移船和定位。

2.2.2 鋪排船施工的優劣

鋪排船可以在較深的水域進行施工；可通過自帶的GPS定位系統按設計點位進行布控；可利用自帶的絞錨機收放錨繩，對船體進行移動和微調；采用多錨對船體進行固定，使船體位移減小；每個作業面只需一艘船；鋪袋時邊鋪邊吹沙，受風浪影響較小；安全性好；可操作性強；施工進度快；投入的設備和人員較少；但其在潮位較淺時容易擱淺；但其租賃成本高。

2.2.3 定位船施工的優劣

定位船適用于較淺的水域；定位采用岸上全站儀測量定位，誤差較大；船體移動主要借助柴油機動力，微調采用人工收放錨繩；船體較小，位移較大；每個作業面需兩條船；鋪袋是一次性將袋體展開，受風浪影響較大；施工速度慢；投入人員較多；受低潮位影響小；但其租賃成本低。

2.3 鋪袋方案的確定

根據施工條件及鋪排船與定位船施工的比較，決定對灘面較深的東堤采用鋪排船鋪袋，灘面淺的北堤采用定位船鋪袋。東堤采用了兩艘鋪排船，其中1#鋪排船卷筒長度為38 m，可卷袋體長度為150 m，吃水深度為2.8 m，結合工程原始灘面高程、潮水位變化情況和船體對袋體的影響，鋪排船可在潮位高程-1 m以下使用。考慮到袋體之間的搭接長度按3 m計算，每次可形成35 m長度的有效斷面。2#鋪排船卷筒長度為27 m，可卷袋體長度為150 m，吃水深度為2.5 m，結合工程原始灘面高程為-3.5 m、潮水位變化情況和船體對袋體的影響，鋪排船可在潮位為-0.8 m以下使用。考慮袋體之間的搭接長度按3 m計算，每次可形成24 m長度的有效斷面。而本工程東堤原始灘面高程為-3.5 m，根據設計圖紙計算，最大袋體長度為96 m，采用鋪排船進行鋪袋比較適用；如采用定位船進行鋪袋，由于水深浪大，鋪袋方向垂直于徑流方向，袋體不易鋪設且不易保證袋體搭接質量。

3 施工方案

3.1 施工程序

鋪排船行至設計圍堤位置后，通過自配的GPS導航系統將船體定位后拋錨，船體平行于堤軸線，行進方向為垂直堤軸線方向，通過絞錨機收放錨繩，使船體從庫區側往外江側移動。在鋪排船鋪排一側安裝有翻板，GPS對船體進行定位時，使翻板弦邊與設計邊線平齊，船體定位后，人工將卷在卷筒上的袋體拉至水庫內側的設計邊線并適當垂下管袋頭部，先從邊線處設置的充灌袖口里吹沙使袋體頭部沉入灘面，再放下翻板，使翻板弦邊與水面持平，待沉入水下的管袋充盈度達到85%時，將水下充泥軟管割斷，軟管端部再安裝鐵皮套筒，固定于下一排袖口，如此往復，邊吹沙邊移動鋪排船，直到整個袋體鋪蓋在灘面上，最后形成設計斷面的圍堤。

鋪排船鋪袋施工方式見圖2。

圖2 鋪排船鋪袋施工示意圖

3.2 施工方法

業主提供的沙源地距施工現場15 km，施工中配備了吸沙船進行采沙，然后用駁船運抵施工現場。施工駁船載重量為800～1 500 t，吃水深度為4～5 m，低潮位時駁船無法抵達作業現場。而工程工期緊、任務重，為使施工不受影響，將吹沙船停在灘面-6 m高程左右的江面，使駁船能與吹沙船并靠，然后利用吹沙船上的吊裝設備將置于吹沙船上的泥漿泵吊運到駁船上，利用高壓水槍沖水將沙土液化，用泥漿泵將水沙混合液通過吹沙管輸送到鋪排船鋪設的布袋里，按設計要求的厚度進行吹填。

每艘吹沙船上自配泥漿泵4～6臺，吹沙輸送管為直徑0.35 m的聚乙稀高密度塑料管，吹沙管每節長10 m，管節之間用法蘭連接，在吹沙管的出口設一個分接頭，用鋼管制作成一 個 直 徑 為0.1 m的6孔岔管，每個小管上設一個閘閥，再用直徑0.1 m的尼龍軟管接到布袋的充灌口里。為保證高壓下尼龍軟管不脫離管袋充灌口，在尼龍軟管頭部綁扎一鐵皮套筒，套筒直徑約為0.1 m，長約0.2 m，并用鐵絲綁扎牢固，待一個袖口處管袋充盈度達到85%時，將水下尼龍軟管割斷，在斷頭處再綁扎一鐵皮套筒后固定于下一排管袋袖口，如此循環，直到袋體充灌完成。吹沙船吹沙施工情況見圖3，吹沙管線布置情況見圖4。

圖3 吹沙船吹沙施工圖

圖4 吹沙管線布置圖

當第一個袋體完成后，將鋪排船移位到下一個袋體位置，重復前一個袋體的施工步驟；第二層袋體施工時，亦為同樣的操作，直到所有的袋體結束。為保證袋體的設計搭接長度(1 m)，考慮到潮水對袋體的影響，在施工過程中，將搭接長度放大到3 m并錯縫搭接，同時用4條錨繩將鋪排船嚴格定位。為控制管袋的有效寬度和搭接，管袋制作時，在其兩邊每隔1.5 m設一拉耳，袋體入水前，在拉耳處扎系浮飄，并利用繩索對拉耳進行牽引以保證鋪袋寬度。

東堤通長管袋的鋪設全部使用鋪排船鋪排，外棱體高程-1 m以下也采用鋪排船鋪排，內棱體和高程-1 m以上堤身袋體的鋪排采用人工低潮位鋪排，高潮位時吹填散沙。北堤采用定位船輔以人工鋪排。

3.3 勞力配置

根據工程實踐，每艘運沙船每班的最佳勞動組織情況見表1，每艘吹沙船每班最佳勞動組織情況見表2，鋪排船及定位船每班最佳勞動組織情況見表3。

表1 每艘運沙船每班最佳勞動組織表

表2 每艘吹沙船每班最佳勞動組織表

表3 鋪排船及定位船每班最佳勞動組織表

4 主要控制重點

4.1 技術方面

(1)結合潮位變化、施工進度及灘面情況確定施工方案并進行技術交底；

(2)在施工過程中，根據實際情況優化施工方案，調整進度計劃。

4.2 質量方面

(1)圍堤吹填施工屬水上作業，管袋位置除用GPS定位系統定位外，也可用全站儀進行復核，吹填厚度的控制可用竹桿丈量，也可在袋體上系上一定長度的小型浮飄，更要加強對作業人員的管理，提高作業人員的質量意識。

(2)袋體分層鋪設，上下層交錯排列，錯縫間距不得低于2 m，在袋體間不得留有通縫、通孔。

(3)相鄰沙袋接頭處應擠靠緊密。在充灌搭接在另一袋體上部的袋體時，要先向接縫處充灌，使袋體在沙重力的作用下緊貼下層袋體表面，避免該沙袋在接縫處懸空形成三角縫，不得出現通長底部三角縫。

(4)泥漿泵吹填壓力不宜過大，應將管路出口壓力控制在0.2～0.3 MPa。

(5)棱體吹填施工進度必須按計劃均勻加荷，施工過程中，每層袋的吹填需待下層袋排水固結后再鋪設上層沙袋充沙。施工期間，應加強沉降位移觀測，如出現異常現象則應立即停止加載，然后根據具體情況采取措施。

4.3 安全方面

4.3.1 安全管理措施

(1)設立以項目經理為安全第一責任人的安全生產領導機構，健全安全管理系統，設置專職安全員，吹填班組設置兼職安全員。

(2)制定安全施工獎懲制度，制定水上水下施工應急預案。

(3)施工船舶嚴格按照海事部門的要求配置人員和安全設施。

(4)施工前進行三級安全教育和安全技術交底。

(5)工人上下班實行點名制。

4.3.2 安全技術措施

(1)按照國家勞動保護法的規定，定期發給現場施工的工作人員必需的安全帽、救生衣、防滑鞋等勞動保護用品。

(2)由專人負責收集海情和氣象信息，做好大潮和氣象災害的防護工作，當有6級以上的大風及大霧天氣時應停止施工，并應進港避風。

(3)安裝高頻電話，專人對施工船舶進行動態跟蹤，對施工船舶進行調度。

(4)運輸船嚴禁超載，穿越航道時應慢行。

(5)加強船舶上的用電安全檢查。設專業電工兩名，專門對船舶上自配電源及線路進行架設、維修和檢查。

(6)現場人員必須嚴格遵守安全生產規章制度，嚴禁酒后作業。

(7)禁止非施工人員及附近居民進入施工區域。

(8)加強對危險源的安全檢查，對不安全因素制訂具體的限期整改措施，落實到人。

5 施工效果

鋪排船在太倉市應急水源地工程圍堤工程充泥管袋筑堤施工中的應用取得了較好的效果，結合工程實際情況，筆者分析其經濟效益主要體現在以下兩個方面。

5.1 加快了筑堤的施工進度

本工程水下地形平緩，但平行于長江主航道的東堤灘面較深，而垂直于航道方面的北堤灘面較淺，工程所在地距長江主航道很近，運沙船駁需穿越航道且施工受潮流和徑流的雙重作用。潮汐類型為非正規半日淺海潮，每天兩漲兩落，呈現較顯著的日潮不等現象，且落潮流歷時長于漲潮流歷時，落潮流流速大于漲潮流流速，故充泥管袋施工受潮汐影響較大，宜在每年的10月份到來年的4月份之間施工。施工進度的快慢在生產上具有很大的實際意義，有時甚至將影響到整個工程的成敗。根據本工程充泥管袋的施工進度，采用鋪排船施工的時間從12月18日至3月13日共88個工作日，日進占單層長度最快為118 m/d，日產量為11 300 m3。而北堤采用定位船輔以人工進行鋪袋的方式，受大風及潮汐影響，有效工作時間大大縮減，日產量最高為7 800 m3，且在施工過程中受大風影響，袋體容易被吹壞，從而造成了一定程度的經濟損失。東堤工程量較大，采用鋪排船進行袋體鋪設，有效地保證了施工進度，并按照要求圓滿地完成了管袋吹填施工任務。

5.2 提高了工程質量

利用鋪排船配備的GPS定位系統，通過鋪排船自帶的鉸錨機收放錨繩進行移船和微調，可以準確地將袋體定位，保證圍堤的位置和設計斷面，從而確保控制工程質量。

根據對2011年5月～2012年1月的沉降觀

測資料進行統計，外江側平臺最大月沉降量為44 mm，堤頂最大月沉降量為62 mm，滿足設計要求。圍堤吹填完成了圍堤基底處理和堤身填筑兩個分部工程，共評定了220個單元，全部為合格，其中166個評定為優良，優良率為75.4%，質量滿足設計要求。

5.3 減少了施工成本

鋪排船雖然租金或攤銷費用較高，但鋪排船施工較其它方式效率高，所需施工人員也較少，從而大大降低了施工成本。就本工程而言，東堤采用兩條鋪排船施工，在施工過程中跨越了春節，春節期間民工假期較長，但不影響施工進度計劃的安排，按時完成了任務。而北堤工程量較少，施工條件較好且投入了較多的作業人員，春節期間沒有放假，發放了40多萬元的加班工資，但工期仍然落后于東堤，施工成本也增加了不少。

經核算，通過采用鋪排船施工方案，使承包商獲得了超過240.4萬元的經濟效益。

6 結論及建議

本工程的實踐證明：深水區采用鋪排船排袋是合理的選擇，不僅施工進度快、質量有保障，而且也獲得了較好的經濟效益。筆者結合工程實際對鋪排船在充泥管袋施工中提出以下建議：

(1)要結合工程工期因素、灘面及潮汐變化等施工條件，認真分析和研究采用鋪排船施工是否可行；

(2)采用接長吹沙管至深水區域的方式，以減少潮汐對吹填施工的影響；

(3)施工中，在淺水區挖船塢和航道，減少吹沙管長度，提高了工作效率，從而加快了施工進度；

(4)施工中增加了沙庫，減少了沙土供應不及時對施工造成的影響，減少了受大風大霧天氣或低潮位時對施工的影響，從而加快了施工進度；

(5)采用每400 m施工一個工作島的方式，提前將工作島施工出水面，以增加人工鋪袋工作面，從而加快了施工進度；

(6)要預留一定的拋高，根據地勘報告確定沉降的比例。