論長江深水區(qū)水下拋石施工工藝和質(zhì)量控制

【摘要】水下拋石護岸是使受沖刷的河床、岸坡通過拋石覆蓋，以達到防沖目的，因其工藝簡單、施工便捷的特點而被廣泛應(yīng)用。筆者近幾年來參與了長江下游深水區(qū)域多個護岸工程水下拋石施工，通過對施工方法的不斷改進和優(yōu)化，提高了施工質(zhì)量，積累了較為豐富的施工經(jīng)驗。本文歸納總結(jié)了深水區(qū)域水下拋石施工工藝和質(zhì)量控制要點，期為類似工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】深水區(qū)；水下拋石；施工工藝；質(zhì)量控制

1、施工工藝

拋石護岸施工遵循“先遠后近、先深后淺、先上游后下游”的施工順序，以達到“先鎮(zhèn)腳、后穩(wěn)坡”的護岸效果，施工流程為：布設(shè)控制點——設(shè)置固定斷面——拋前水下地形測量——拋投網(wǎng)格小區(qū)劃分——測量水深、流速，計算、確定落（飄）距和調(diào)整拋石提前量——測量放樣——拋石船拋錨定位——固定斷面拋前測量——石料驗收——拋石船拋投——固定斷面拋后測量——拋后水下地形測量。

1.1 布設(shè)控制點

水上拋石施工中定位方法很多，有六分儀交會法、激光測距儀配合斷面旗定位法、GPS定位等等，既考慮定位測放方法能滿足施工質(zhì)量要求，又能夠便于施工、提高工效，現(xiàn)一般采用 GPS定位。根據(jù)施工圖紙和經(jīng)校核過的已知控制點，由測量工程師在工程區(qū)域沿江邊一線設(shè)置水尺和加密控制點，各點之間保證通視。同時根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)研選擇適宜地點供GPS參考臺架設(shè)。

1.2 設(shè)置固定斷面

為及時檢測拋投效果，防止出現(xiàn)多拋或欠拋現(xiàn)象。依據(jù)《水利工程施工質(zhì)量檢驗與評定規(guī)范》中關(guān)于斷面檢驗數(shù)量每隔20m～50m設(shè)置一條固定斷面的規(guī)定，結(jié)合工程拋護范圍的實際情況，一般按順水流方向每隔20m設(shè)置固定斷面用以報驗檢測，每個固定斷面將分別在拋前拋后各測一次，以檢測、掌握拋石的拋投效果。

1.3 拋前水下地形測量

施工前，應(yīng)對施工區(qū)域進行水下地形測量，并根據(jù)測量成果繪制水下地形圖，并拋石施工前水下地形測量已由南京市水科院施測，測量成果已提供給我項目部。報請監(jiān)理工程師進行審核、認可。

1.4 拋投網(wǎng)格小區(qū)劃分

水下拋石施工的關(guān)鍵是合理劃分施工小區(qū)（網(wǎng)格），根據(jù)筆者多次拋投的經(jīng)驗，結(jié)合目前長江下游從事拋石施工的裝石船的具體情況，可將施工小區(qū)（網(wǎng)格）劃分為5m（垂直水流方向）×10m（順水流方向）的標準網(wǎng)格，不足10m寬度的拋區(qū)可劃分為定寬的小區(qū)進行施工，根據(jù)設(shè)計圖紙中每個拋區(qū)的厚度以及拋前水下地形測量成果，計算出每個網(wǎng)格應(yīng)拋石數(shù)量，繪制成1：500的施工小區(qū)圖，以便施工員精確作業(yè)、填繪，有效控制拋投小區(qū)的拋投數(shù)量。施工過程中施工員將合理調(diào)度拋石船只、控制料船準確到位并及時向浮吊作業(yè)人員發(fā)出指令。

1.5 拋石落距確定

塊石自水面落水點落入水中，由于水流作用，將經(jīng)過一段水平距離后落到江底，自落水點至著底點的水平距離（一般不計橫向位移）稱為拋石落距，落距大小與流速、水深、重量有關(guān)。根據(jù)《長江中下游護岸工程技術(shù)要求（試行稿）》規(guī)定，其關(guān)系可用下式表示：

S=0.8VH/W1/6

式中：

S——塊石縱向水平落距（m）

V——施工時拋石部位水面流速（m/s）

H——拋區(qū)相應(yīng)水深（m）

W——塊石重量（Kg）

在上式中V、H、W基本可按下述方法確定：

水面流速：流速隨漲落潮變化，而施工中施工定位船不可能隨流速的變化而頻繁移動，必須選取一個比較合理的流速數(shù)值。施工時根據(jù)流速變化規(guī)律，選擇高潮后2～3小時內(nèi)實測水面流速作為計算落距的代表流速（實踐證明其代表性較好），同時根據(jù)施工時的漲落潮情況適時調(diào)整定位船位置。

拋區(qū)相應(yīng)水深：由于從灘面至深泓，岸坡是斜坡，水深變幅較大，落距隨水深變化也較大，一般根據(jù)實測的水下地形圖或斷面圖，從灘面到深泓根據(jù)拋區(qū)位置選取若干有代表性的水深，并考慮接近深泓時的離散度，計算相應(yīng)水深時塊石的落距和方向，作為施工中計算提前量和定位方向的依據(jù)，并據(jù)此掌握拋石船的移位。

塊石重量：在同一流速、水深的情況下，落距與塊石重量成反比，塊石越小落距越大，反之則越小。施工中，拋石順序一般由上游到下游，因而是小塊石在下，大塊石在上，形成自然級配，符合工程質(zhì)量要求。因此以設(shè)計要求的平均粒徑重量作為計算落距的塊石重量。

1.6 施工測放與GPS定位

為提高定位精度，保證拋投位置的準確，在拋石船上架設(shè)GPS定位點，根據(jù)施工拋區(qū)的控制坐標點（根據(jù)施工圖中的控制點成果進行量取、計算）用GPS定位系統(tǒng)來精確定位。

注意要點：

確定拋石提前量：測量所定位的拋區(qū)內(nèi)水深和水面流速，計算落距，確定拋石提前量。

確定斷面定位點的坐標：在計算機上安裝導航軟件，收集相關(guān)資料，主要是施工設(shè)計圖紙的電子版本，將施工圖紙輸入計算機后，利用CAD技術(shù)從施工設(shè)計圖上根據(jù)拋投斷面、確定的拋石提前量，采集讀取定位點的坐標。

在拋石浮吊船上選定GPS架設(shè)點，確保穩(wěn)固，一般在船頭和船尾位置各選擇一點，兩點構(gòu)成的直線與拋石浮吊船施工定位斷面線重合或與其一側(cè)船舷線平行，通常在兩點焊上兩個直徑4cm、高約10～20cm的空心鋼管，以利于GPS的接收信號桿可插在鋼管中，便于定位操作。

將GPS接收信號桿在拋石浮吊船上的GPS架設(shè)點固定好，打開GPS接收器，觀測GPS接收衛(wèi)星的信號數(shù)量（觀測4顆衛(wèi)星后便可進行定位）。確認信號接收后，在計算機導航系統(tǒng)中，根據(jù)實際定位點的坐標，布設(shè)計劃線，計劃線的兩個端點即兩個實際定位點的坐標。

開始測量，此時計劃線與拋石浮吊船的位置將在計算機的顯示屏中顯示出來，在顯示器中讀取計劃線與拋石浮吊船GPS架設(shè)點相對位置之間的距離。通過對講機與移位操作人員聯(lián)系，并發(fā)出拋石浮吊船移位方向和需要移動距離的指令，直至GPS架設(shè)點位于計劃線上，并且確保吻合。此時定位結(jié)束。

石料運輸船掛靠至拋石浮吊船后，再次觀測計算機顯示屏中拋石浮吊船與計劃線的相對位置，如有變動，通知操作人員進行船位的調(diào)整。拋石過程中，定期觀測計算機顯示屏進行船位置的校核，以確保拋石浮吊船定位線與計劃線相對位置沒有變化。

1.7 拋石浮吊船拋錨定位

根據(jù)GPS定位指令，拋石浮吊船開始拋錨定位，拋石浮吊船采用多錨定位，一般上游錨選用1500kg重的錨，下游錨選用1000kg重的錨，二根上游纜和二根下游纜選用Φ24以上的錨纜，每只錨纜長度約為500米左右（近岸位置可直接將里錨鋼纜系于岸上的臨時地錨上），這樣可保證拋石浮吊船在風浪中的穩(wěn)定和移動自如。

拋錨順序為：外上游錨——里上游錨——里下游錨——外下游錨。拋錨應(yīng)注意將上、下游錨纜拋成八字形，以利于拋石浮吊船移動。定好位后，測量人員要加強GPS顯示屏位置的觀測，適時校核拋石浮吊船位置，以防走錨。

1.8 固定斷面拋前測量

拋石浮吊船錨拋好后通過GPS將船移至相應(yīng)固定斷面位置，使船一側(cè)船邊與固定斷面線位置重合，然后用測深儀結(jié)合GPS沿船邊測出拋前固定斷面水深，同時岸上觀測水尺讀數(shù)的測量人員讀記下岸邊水尺（要與測量水深同步）的水位，換算出斷面各測點精確的高程數(shù)據(jù)，繪出斷面圖。

1.9 拋石施工

拋石浮吊船完成施工定位后，施工員根據(jù)石料運輸船的初步驗收噸位和拋區(qū)寬度、厚度和單元小拋區(qū)的計算工程量，合理安排石料船上檔，掛靠在拋石船一側(cè)相應(yīng)位置，拋石浮吊船開始拋投作業(yè)。

長江下游一般采用深艙船（1200-2000T）裝運石料，拋石浮吊（一般16-25t）船起吊網(wǎng)包拋石的施工工藝。浮吊網(wǎng)包拋投塊石工藝具體操作流程為：運輸船在拋石料前在艙底鋪放8-10層網(wǎng)包（每個網(wǎng)包尺寸為2×2.2m），一層疊一層，排檔后，兩名工人在艙里將網(wǎng)包的鋼絲繩掛在吊機的吊鉤上，待工人移至安全位置后，浮吊起吊網(wǎng)包，上面的石塊自動落在下一層網(wǎng)包上，運輸船剩余的碎石由人工清理出艙。浮吊吊起網(wǎng)包轉(zhuǎn)到指定位置后靠自動設(shè)置將塊石投放到水面。投放位置的調(diào)整依靠吊機的旋轉(zhuǎn)及吊臂的升降來完成。拋石浮吊船順水流方向定位，船上備有75KW發(fā)電機組，運輸船順著定位船掛檔，把對航道的影響降低到最低限度。跟平板船相比，每天的拋投量可以大大的提高，且機械化程度高，安全性能大大提高，且可以24小時作業(yè)，提高生產(chǎn)效率。

浮吊拋石作業(yè)示意圖

拋石施工時按照施工設(shè)計圖及預(yù)先計算好的各單元小拋區(qū)拋石量將塊石準確、均勻地拋投到設(shè)計河床位置。一般小拋區(qū)面積控制在5×10=50m2，塊石數(shù)量由驗收組根據(jù)施工組需要的噸位調(diào)度運料船掛檔拋石，以便拋石作業(yè)有條不紊地順利進行。施工員對小拋區(qū)拋石做好施工拋石記錄。

拋石區(qū)域流速隨漲落潮變化不斷變化，施工前應(yīng)測量施工區(qū)域內(nèi)水流的表面流速，掌握流速變化規(guī)律。施工時根據(jù)流速變化規(guī)律，選擇適當時間實測流速，一般可取高潮后2～3小時內(nèi)實測流速作為計算落距的代表流速。

塊石拋投應(yīng)根據(jù)不同拋區(qū)水深條件、控制精度等因素綜合考慮確定控制流速，一般情況下，拋投流速不宜大于1.5m/s。當某一時刻水流流速大于控制流速時，應(yīng)停止施工，待到小流速時段再進行拋投。

1.10 固定斷面拋后測量

在每一固定斷面所處區(qū)域的施工小區(qū)拋投結(jié)束后，立即將拋石浮吊船移至相應(yīng)位置，使其船舷一側(cè)與固定斷面重合，用測深儀進行該斷面的拋后測量（具體同拋前測量），測量成果與拋前固定斷面測量成果繪在同一張斷面圖上并進行對比分析，斷面平均增厚值即可近似作為拋石厚度，考慮河床動態(tài)調(diào)整作用和塊石下滑離散等因素，將各測點增厚值和設(shè)計增厚值進行對比，符合《江蘇省長江水下平順拋石護岸工程質(zhì)量驗收辦法（試行）》中增厚率規(guī)定的則進入后序工程施工。

1.11 拋后水下地形測量

在全部拋石施工結(jié)束后，由測量船對工程范圍進行水下地形測量，然后將拋后所測的水下地形圖與拋前水下地形測圖進行對比，檢查分析拋投情況并報監(jiān)理工程師審核，拋投滿足要求的進入完工報驗階段，不滿足要求的則查清原因并采取相應(yīng)措施予以補救。

2、質(zhì)量控制

平順拋石護岸為水下隱蔽工程，筆者認為施工中主要從“拋準、拋足、拋勻”三個方面采取措施加強質(zhì)量控制，從固定斷面拋前拋后比較來檢查拋投效果。

2.1 拋準控制

加強拋準控制對于保證長江護岸工程施工質(zhì)量具有以下意義：一是塊石拋投位置準確可避免部分區(qū)域漏拋和部分區(qū)域多拋，進而避免漏拋處產(chǎn)生空白區(qū)，易受水流沖刷對護岸工程整體產(chǎn)生不利影響；二是護岸工程設(shè)計原則自深泓護至近坎，經(jīng)過坡比和護腳累計沖刷深度（設(shè)防深度）的計算，布置護岸自深泓處某高程護至近坎某高程，如拋投不準，拋出護岸范圍外，易失去應(yīng)有作用；三是部分區(qū)域漏拋，經(jīng)檢測后不合格的單元小區(qū)必須進行補拋，而補拋的工程量則得不到建設(shè)單位的承認，施工單位將承受較大損失。

一般小拋區(qū)按寬度5m、長度10m劃分（局部拋區(qū)為不規(guī)則拋區(qū)），小拋區(qū)的一邊可以順水流方向直接確定在定位船船舷邊，直接通過GPS確定拋石浮吊船位置后拋石作業(yè)。通常從以下幾點采取拋準質(zhì)量控制措施：

（1）拋投基準的控制

首先，在斷面施工放樣過程中，采用先進的全球衛(wèi)星定位儀GPS進行定位，保證了相當高的精度。

其次，測量工程師在施工放樣中堅持認真、仔細、嚴格地作業(yè)，放樣成果由技術(shù)人員相互校核后報監(jiān)理工程師核準。

再次，拋石過程中質(zhì)檢人員和施工人員時刻注意著掛檔石料船的位置和方向，并經(jīng)常校核拋石浮吊船的位置、測量人員實時監(jiān)測GPS顯示屏上的定位數(shù)據(jù)以及拋石船相對位置，一旦發(fā)現(xiàn)問題立即糾正，從而嚴格保證石料拋投位置的準確。

最后，考慮到長江下游部分區(qū)域受潮汐影響較大，根據(jù)長江科學院等落距經(jīng)驗計算公式，結(jié)合測深儀、流速儀等現(xiàn)場水深流速等實測數(shù)據(jù)以及塊石代表重量等計算落距并進行試驗，然后根據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)整確定提前量，最終報經(jīng)監(jiān)理審核確認后執(zhí)行。保證了定位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準確可靠。

（2）定位船只的控制

施工中，采用300噸以上的專用拋石浮吊船定位，并采用多錨定位的方式，以確保拋石浮吊船的穩(wěn)定和移動自如。避免因拋石浮吊船拋投過程中走位而致拋投偏差。同時對于網(wǎng)格小拋區(qū)順水流向10m內(nèi)的移位拋投也可做到移動自如。

（3）拋投作業(yè)的控制

選用具有豐富施工經(jīng)驗的拋石浮吊船操作人員集合先進的定位系統(tǒng)，浮吊吊臂的旋轉(zhuǎn)和起吊等動作連續(xù)、勻速、流暢，以保證網(wǎng)包塊石拋卸均勻、投放位置準確。同時施工員現(xiàn)場加強檢查指揮，根據(jù)每個網(wǎng)格小拋區(qū)的工程量及時向浮吊操作人員發(fā)出調(diào)度作業(yè)指令，避免塊石多拋或漏拋。

2.2 拋足控制

拋石數(shù)量是衡量拋石工程質(zhì)量的一個重要指標，只有拋石數(shù)量得到保證，工程質(zhì)量才有保證。必須抓好石料船裝載數(shù)量、石質(zhì)驗收工作，筆者認為拋足關(guān)鍵抓好三個方面：（1）運料船裝載塊石數(shù)量要足（2）拋投至拋區(qū)的塊石數(shù)量要足（3）塊石石質(zhì)要好、粒徑符合設(shè)計要求。

（1）運料船裝載數(shù)量控制：

在施工中，在監(jiān)理方的監(jiān)督和協(xié)助下對所有參加施工的石料運輸船只進行丈量，參照其船簿噸位噸位，初步掌握其裝載噸位；其次和監(jiān)理方一起至石料裝載碼頭，掌握碼頭上船塊石的過磅和裝載水線情況；最后根據(jù)船舶實際載重能力、艙內(nèi)裝載塊石體積確定量方計算公式以及堆積空隙率的經(jīng)驗調(diào)整系數(shù)，然后報監(jiān)理工程師核準。以保證裝載噸位核定基本準確，避免船載塊石虛噸位。

（2）小拋區(qū)拋投數(shù)量控制：

通過計算單元小拋區(qū)內(nèi)的設(shè)計拋石量，測算每平方米水下河床水域的拋石量，繼而根據(jù)料船停泊區(qū)初驗確定的運料船裝載方量確定哪幾條運料船上的石頭必須拋到該單元小拋區(qū)內(nèi)。一般來講一網(wǎng)包的塊石量為2.3～2.4噸左右，再將小拋區(qū)劃分為5m寬、10m長度的區(qū)間拋投網(wǎng)包塊石，以保證拋足方量、拋勻效果。

（3）塊石石質(zhì)控制：

首先根據(jù)規(guī)定對各家供貨商的塊石在監(jiān)理工程師見證下取樣送試驗檢測單位檢測，以確保塊石質(zhì)量符合設(shè)計要求。其次，驗收人員在石料船停泊區(qū)對塊石數(shù)量驗收時，也對石質(zhì)進行初驗，提出意見。運料船只到施工現(xiàn)場掛檔時，施工員根據(jù)驗收員初驗的情況再次檢查拋投施工中的塊石石質(zhì)，檢查有無大塊石、風化石、雜物，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，堅決扣除。由于下雨或墊艙空隙過大等，一段時間后裝石料船只船艙內(nèi)有積水、碎石和石碴存在，要求工人及時清除。因此，現(xiàn)場施工人員在塊石拋完后，監(jiān)督船主必須把船艙內(nèi)碎石等清理干凈才可離檔。施工中對所有參加石料運輸?shù)拇?，嚴格核定計量驗收噸位，加強檢查抽查，以防有些不法船主弄虛作假，遇有較大爭議則實行過磅抽查。

2.3 拋勻控制

拋石護岸的均勻平整是工程質(zhì)量的保證條件之一，拋石浮吊船施工浮吊的吊臂長度一般在12-15m，可以甩出去8-10m，拋投位置的調(diào)整依靠吊機的旋轉(zhuǎn)及吊臂的升降來完成，每10m拋石浮吊船往下游移動定位一次，一次就能將該網(wǎng)格小拋區(qū)拋足拋勻，且無遺漏，不需要分次拋，避免了其它施工方式需縱、橫向移位消除船頭船尾空檔和船體下空檔的問題。

為了保證拋石的均勻度，在施工中將把施工設(shè)計圖放大成1：500的施工圖，再將放大后的施工圖分成5m×10m的若干網(wǎng)格小拋區(qū)和部分不規(guī)則小拋區(qū)，以施工圖和施工小區(qū)圖作為拋石施工控制位置、數(shù)量、均勻度的作業(yè)依據(jù)。

施工中要根據(jù)各船只噸位合理進行搭配，盡量使一個施工斷面中的各小區(qū)內(nèi)塊石數(shù)量同時拋足。另外，認真做好固定斷面測量和竣工測量工作，以檢驗拋石厚度。

3、結(jié)語

水下拋石施工工藝為長江護岸普遍采用，施工工藝簡單快捷，并效果良好，但因其全部為隱蔽工程，施工質(zhì)量控制要求較高，通過多個工程的實際施工經(jīng)驗的總結(jié)和改進，本文的施工工藝和質(zhì)量控制方法能有效的達到拋石的 “拋準、拋足、拋勻”，滿足設(shè)計和規(guī)范要求，可為其他類似工程借鑒。

參考文獻：

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