航道整治工程高流速下透水壩基床整平工藝的改進(jìn)

李子俠

摘 要：文章以長江中游荊江河段航道整治工程張家灣潛丁壩工程為例，由于其透水壩在透水構(gòu)件安裝前需進(jìn)行基床整平，但施工期間流速快，傳統(tǒng)的基床整平施工工藝在實施過程中存在一定的困難，為確保基床平整的精度和施工功效，項目部對高流速下透水壩基床整平工藝進(jìn)行了改進(jìn)，施工結(jié)果表明不僅保證了工程質(zhì)量，而且為后續(xù)施工提供了便利條件。

關(guān)鍵詞：透水壩 基床整平 整平架

1.工程概況

張家灣潛丁壩位于長江中游荊江周天河段顏家臺下游，周天河段位于長江中游上荊江末端，距武漢市428km，上起郝穴，下迄古長堤，全長27km。潛丁壩結(jié)構(gòu)由護(hù)底、壩身、壩頭3部分組成，壩體主體結(jié)構(gòu)全部分布于水下。

護(hù)底：采用D型沉排、排上拋石壓載、排體下游邊緣拋透水框架、在排體上游及靠近航道側(cè)預(yù)留變形區(qū)邊緣設(shè)置備填石。

壩身：為透水壩、鋼絲網(wǎng)石籠筑壩和拋石壩混合型壩，其中直線段28～128m范圍為透水壩段，勾頭前端120m為鋼絲網(wǎng)石籠筑壩，其余壩體采用拋石筑壩。

壩頭：頂端部為直徑3m的半圓，呈輻射狀與河底相接；沿壩軸線向河坡坡比為1：5，向上、下游逐漸變坡比與壩身平順銜接。

透水段壩體長100m，里程為28～128m段，底部為D型排護(hù)底，依次往上為拋石基床、基床整平、透水構(gòu)件安裝和模袋混凝土護(hù)面。壩體頂面寬度為8m，上游側(cè)頂面寬度為2m，透水構(gòu)件擱置面寬度為3m，下游側(cè)頂面寬度為3m，兩側(cè)斜坡面模袋混凝土寬度各1m。

透水壩典型斷面圖如圖1所示。

2.基床整平施工工藝

2.1基床整平施工工藝流程

基床整平施工工藝流程如下：施工準(zhǔn)備→定位船定位→墊塊安放→導(dǎo)軌安裝→基床粗平（二片石）→基床細(xì)平（碎石）→測量驗收→導(dǎo)軌拆除→下一段施工。

2.2基床整平施工方法及要點

（1）施工準(zhǔn)備。①材料準(zhǔn)備。透水構(gòu)件安裝區(qū)域基床拋石，先拋至標(biāo)高+23.75m；由運輸船裝運10～20cm二片石和3～5cm碎石；基床整平施工前對潛水設(shè)備逐一檢查。②測量準(zhǔn)備。基床測量定位由潛水員采用墊塊、導(dǎo)軌及裝載GPS的測量標(biāo)桿來完成；墊塊采用長40cm×寬40cm×厚10cm的混凝土小方塊。a.平面位置測量。在基床整平施工過程中，需要測量的平面位置有：導(dǎo)軌墊塊位置、導(dǎo)軌安裝位置、整平區(qū)域、斷面位置和局部補拋位置。以上部位的測量，主要通過在標(biāo)桿上安裝GPS測量定位實現(xiàn)。b.高程測量。高程測量主要采用測量標(biāo)桿上安裝的RTKGPS定位、手簿讀取高程。

（2）定位船就位。起重船作為定位船，艏艉八字錨拋錨定位。定位船與壩體軸線垂直，石料運輸船靠泊定位船。

（3）墊塊安放。①導(dǎo)軌墊塊位置測量：豎立測量標(biāo)桿，通過標(biāo)桿頂端GPS天線和手簿，將標(biāo)桿初步定位在已輸入的坐標(biāo)位置附近；將混凝土小方塊堆放在吊籃上，吊放至施工區(qū)域；潛水員從交通船順標(biāo)桿下水，到達(dá)基床頂面，潛水員和工作船上的操作人員共同扶正標(biāo)桿，通過觀察標(biāo)桿上懸掛的測錘，使標(biāo)桿盡量垂直；在GPS的引導(dǎo)下，緩慢移動定位標(biāo)桿，直至正確就位。潛水員在水下將墊塊安放在標(biāo)桿正下方并臨時固定，完成對該位置的定位測量。②因?qū)к夐g距及單條整平寬度為6m左右，墊塊沿壩體軸線方向間距3m一道；橫向間距和整平斷面齊寬為4m。③潛水員用碎石在水下測桿位置整平出一個約50×50cm的范圍（碎石層厚度<5cm），使墊塊能夠平整地安放在該位置；④利用測桿測出墊塊的位置和標(biāo)高；⑤根據(jù)標(biāo)高安放墊塊，使墊塊達(dá)到控制標(biāo)高；⑥復(fù)測墊塊標(biāo)高、調(diào)整，完成該墊塊的安裝；⑦同方法進(jìn)行下一個墊塊的安裝。

墊塊安裝的質(zhì)量要求為：平面位置±100mm，標(biāo)高±10mm，四角平整度±5mm。

（4）導(dǎo)軌安放。一排墊塊安裝完成后，即可進(jìn)行導(dǎo)軌的安裝，導(dǎo)軌采用2 [1 2槽鋼對焊成盒子狀，軌長6m。導(dǎo)軌安裝的質(zhì)量要求為：標(biāo)高±1 0 m m，平面位置±100mm。

（5）基床粗平。基床粗平采用10～20cm二片石，厚度40cm，采用常規(guī)的導(dǎo)軌刮尺法施工。潛水員將刮尺放置在導(dǎo)軌上沿導(dǎo)軌刮行，刮尺采用單根6m長雙拼[10槽鋼，將刮尺采用尼龍繩與定位船尾部連接，水下刮尺采用定位船慢慢拉動，在拉動過程中潛水員發(fā)現(xiàn)低于刮尺下口10cm的位置，用二片石補平，基床頂標(biāo)高控制在設(shè)計標(biāo)高以下0～10cm以內(nèi)。對于高出刮道下口的石頭，必須鏟平，標(biāo)高不得高于刮道。當(dāng)一個單元區(qū)域粗平完成后，移動刮道，進(jìn)行下一區(qū)域的粗平；其中二片石的下放采用浮吊船下放吊籃完成。

（6）基床細(xì)平。待基床粗平完成一定的工作面后，依次開始采用碎石進(jìn)行基床細(xì)平。細(xì)平方法與粗平方法相同：潛水員依據(jù)導(dǎo)軌上刮行的刮尺，將低于導(dǎo)軌的低洼處用碎石鋪平，對于高出導(dǎo)軌的碎石，采用刮尺刮除，刮尺刮過后的區(qū)域的基床標(biāo)高與刮尺下緣（即設(shè)計標(biāo)高）齊平。刮尺刮行時要緊貼導(dǎo)軌底面，切不可脫離導(dǎo)軌，對于個別位置標(biāo)高稍低或稍高處進(jìn)行補鋪碎石或鏟平，再次用刮尺刮平。如此反復(fù)平整，直至該區(qū)域完全整平。

（7）導(dǎo)軌的拆除。當(dāng)一個工作面的整平施工完成后，對導(dǎo)軌進(jìn)行拆除。

3.基床整平施工工藝面臨的困難

透水壩基床整平施工于2015年10月1日開始施工，10月30日完成。根據(jù)歷年的平均水位，施工時區(qū)域水深為7～10m，水流速度應(yīng)為0.9～1.4m/s。但透水壩施工正值三峽大壩放水期間，每天放水量為20000m3/s左右，比往年10月份三峽流量8000～10000m3/s增加了一倍，本河段施工期間實測水深為8m，表面流速為3m/s，基床整平存在的困難如下：

（1）常規(guī)的基床整平測量定位由潛水員采用墊塊、導(dǎo)軌刮尺及裝載GPS的測量標(biāo)桿來完成，而常規(guī)測量定位在水深達(dá)到8m、水流達(dá)到3m/s的情況下，測量標(biāo)桿無法豎直，測量偏差大。

（2）由于透水構(gòu)件基床為拋石壩基床，基床施工區(qū)域形成了翻壩水流，而施工區(qū)域空曠，潛水員在水下無著力點，在水流的沖擊下，潛水員在水下難以正常站立，無法有效開展基床整平作業(yè)，安全隱患較大。

4.基床整平施工工藝的改進(jìn)

為解決在高流速下基床整平施工面臨的困難，確保施工和施工功效，項目部對基床平整的施工工藝進(jìn)行了改進(jìn)。

4.1基床粗平

采用測量船、測深儀、定位船及挖掘機對拋石基床進(jìn)行粗平，替代墊塊、導(dǎo)軌刮尺及GPS測量標(biāo)桿的施工工藝，過程中無需潛水員進(jìn)行水下作業(yè)。

基床拋石完成后，采用測量船和測深儀對需整平區(qū)域、斷面位置和局部需補拋位置進(jìn)行詳細(xì)測量，然后使用起重船和挖掘機對拋石基床進(jìn)行整平，起重船作為定位船和平臺，船上配備1臺PC360挖掘機進(jìn)行水面以下8m范圍內(nèi)的基床粗平（水深8m，拋石基床高度約2m，基床頂部距水面約6m）。基床粗平采用10 ～20cm二片石，遵循“高挖低填”的原則，基床頂標(biāo)高控制在設(shè)計標(biāo)高以下0～10cm以內(nèi)，每段基床粗平完成后采用測深儀復(fù)測，檢驗合格后移船進(jìn)行下一段施工。為避免在整平過程中因翻壩水流的沖擊而造成的石料流失，待挖掘機鏟斗貼近基床頂部后再放料理平。

4.2基床細(xì)平

項目部自主研發(fā)了實用新型專利——整平架（見圖2），對拋石基床進(jìn)行細(xì)平，替代墊塊、導(dǎo)軌刮尺及GPS測量標(biāo)桿的施工工藝。整平架施工圖見圖3。

基床細(xì)平施工工藝流程為：整平架制作→整平架安裝→定位船定位→整平架下方至設(shè)計標(biāo)高→潛水員水下整平→下一段施工。

本實用新型專利為長江流域水下整平的一種整平架，整平架作為潛水員基床細(xì)平的標(biāo)尺，不僅能滿足水下4.5m范圍內(nèi)（透水構(gòu)件擱置面寬度為3m）的平面定位和標(biāo)高控制，而且還具有一定的抗水流和抗水面波動的能力，具有整平質(zhì)量高、操作簡單等優(yōu)點。

該整平架由固定架、移動架組成。固定架采用槽鋼制作焊接而成，其尺寸為3m×1.62m×0.82m，移動架采用鋼管制作焊接而成，移動架尺寸為10m×1.60m×0.80m，移動架外圍尺寸比固定架內(nèi)圍尺寸小2cm，移動架底部采用槽鋼焊接而成，根據(jù)基床整平范圍，在移動架底部槽鋼內(nèi)側(cè)焊制3個懸挑槽鋼做主梁，在主梁下方兩側(cè)各焊接一道長度為6m槽鋼作為標(biāo)高控制的標(biāo)尺，槽鋼內(nèi)扣。

固定架和移動架制作完成后，將移動架套入固定架中，固定架與活動架采用2個3m長手拉葫蘆連接成整體，將固定架焊接固定在定位船外側(cè)，并分別在固定架和活動架表面標(biāo)記出醒目的刻度，精確到厘米。活動架可通過手拉葫蘆上下自由移動，以調(diào)整整平架下方標(biāo)尺的標(biāo)高位置。通過對船舷平面位置和標(biāo)高的測量，可準(zhǔn)確地確定移動架底部坐標(biāo)位置和標(biāo)高（槽鋼底標(biāo)高即為設(shè)計基床頂標(biāo)高），潛水員再將刮尺放置并固定在槽鋼內(nèi)側(cè)，進(jìn)行基床細(xì)平施工。

基床細(xì)平采用3～5cm碎石。潛水員根據(jù)刮尺的高度，將低于導(dǎo)軌的低洼處用碎石鋪平，高出導(dǎo)軌的碎石采用刮尺刮除，直至每個區(qū)域完全整平。刮尺刮行時，務(wù)必緊貼導(dǎo)軌底面，避免刮尺脫離導(dǎo)軌而造成基床頂面超高。基床細(xì)平的偏差值為+5cm。

由于整平架所限定的每一個整平單元區(qū)域為4.5m（寬）×6m（長），潛水員的作業(yè)范圍較為集中，且整平架與起重船為一個整體，可作為潛水員水下整平作業(yè)的著力點。潛水員可通過繩索將身體與整平架相連，可有效防止水流的沖擊，施工過程中潛水員可緊握整平架最底部的標(biāo)尺，讓身體更加穩(wěn)固。

5.結(jié)束語

綜上所述，通過對透水壩拋石基床整平工藝的改進(jìn)，有效地克服了高流速下基床粗平和基床細(xì)平施工面臨的困難，此方法操作簡單，實施更為安全，確保了施工質(zhì)量、施工安全和施工功效，基床整平順利完工，同時也為后期透水構(gòu)件的安裝提供了有力的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]張永飛.長江中游周天河段演變分析與整治措施研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2017.

[2]柴華峰.荊江河段航道整治工程新結(jié)構(gòu)應(yīng)用簡述[J].中國水運.航道科技，2016（01）：43-50.

[3]劉卡，高辰龍.長江中游荊江河段治理淺析[J].中國水運，2016（01）：71-73.