對拉船鋪排技術在圍堤龍口合攏施工中的應用

楊鐘暉，肖美貞

（中交上航局航道建設有限公司，浙江 寧波 315200）

引 言

在航道或圍堤項目中所涉及的軟體排大部分都有充足的平面作業空間，軟體排鋪設通常具有里程長、面積大的特點，施工限制條件主要取決于水深、水流和風浪等條件。鋪排船和對拉船各有其技術特點和適用范圍，鋪排船適合水深條件較好、水流流向穩定的區域使用，對拉船適用條件較為靈活，可采用不同的船型組合來應對不同的外界條件。在某些工況下，對拉船的投入使用會受到水深、作業空間等條件的阻礙，浙江省沿海某圍涂工程在圍堤龍口合攏鋪排過程中，施工區域的設備投入不僅受到水深水流條件的限制，而且周邊地形條件也對船組的投入造成了很大的影響，本文描述了如何通過對拉船鋪排工藝的靈活運用，成功解決了鋪設軟體排的難題。

1 工程概況

工程區平均潮位0.22 m（當地潮高基準面），多年平均最高潮位 2.65 m，多年平均最低潮位-2.12 m；龍口區域水流流速受漲落潮影響較大，尤其在落潮時，流速現場觀測值在1.5 m/s以上；龍口區域受早期促淤堤工程的影響，地形起伏較大，中部較深，靠近南堤和西堤的區域較淺，大部分為淤泥質淺灘，水深地形平面詳見圖1。

本工程是早期促淤工程的接續項目，海堤是在促淤堤基礎上加高拼寬，分北堤、西堤及南堤，全長 7.86 km。北堤及西堤采用斜坡復式結構；南堤結合景觀道路采用寬平臺復式結構；堤身采用下部充砂管袋筑堤、上部土石堤。西堤龍口位于南堤和西堤交界處，呈圓弧形，軸心長度約120 m，龍口施工內容包括砂肋軟體排、拋石子堤、碎石墊層、袋裝砂、砂被、500 g/m2復合土工布、100～200 kg大塊石等。龍口段典型斷面見圖2。

圖1 水深地形平面

圖2 西堤龍口結構斷面示意

2 項目分析

2.1 項目特點概述

1）本項目砂肋軟體排鋪設范圍呈扇形，非規則形狀，堤軸線長約160 m，寬約116 m，面積較大，并且按照規范及設計要求，在堤身受力的寬度方向（軸線垂直方向）不允許搭接。

2）砂肋軟體排底層排布采用復合土工布雙層設計，由一層240 g/m2裂膜絲機織布和一層150 g/m2無紡布疊加而成，砂肋在排布兩端5 m范圍內間距50 cm，中間部分間距100 cm，如圖3所示。

圖3 砂肋軟體排剖面

3）龍口地處項目西側，北側緊接西堤，南側接壤南堤，由于前期促淤堤堤身結構早已施工完成（詳見圖 4），因此，水上作業空間有限；從水深地形平面圖中可以看出，工程區域附近水深較淺。

圖4 高潮位時龍口附近水域實景

4）如圖5所示，低潮時露出的淺灘面積有限，龍口區域是泄水通道的主要流經區域，由于堤內外的水位差影響，水流較急，且附近外露部分以灘涂為主，淤泥覆蓋層較厚。

圖5 低潮位時龍口附近水域實景

2.2 項目實施難點

1）地形及水深條件導致傳統的大型鋪排船無法投入施工區域實施作業。

2）如采用傳統的對拉船對角錨拉施工工藝，船組定位示意如圖6所示，對拉船組中的一艘船舶需進入堤內水域，堤內水域水深較淺，且有較厚的淤泥質灘涂，龍口施工區內也存在一定范圍的淺灘，堤內側船舶作業區域需要提前進行疏浚開挖，否則船舶無法駛入。

圖6 對角錨拉工藝對拉船組定位示意

3）為了節省施工成本，在有條件的情況下，可以不單獨投入吹砂船，采用對拉船組中的一艘船舶來兼任。雖然對拉船組的船舶本身吃水并不大，但兼做吹砂船的船舶位置需滿足運砂船的靠泊條件，運砂船吃水基本在5 m以上，因此，兼做吹砂船的船舶定位需要充分利用周邊水深較好的區域。

4）由于水流及淤泥灘涂的影響，人員徒步進入的難度較大，陸上設備也無法完全進入施工區，砂肋軟體排本身較重，在水上展開時受附著力影響，拉動非常困難，因此沒辦法完全依賴陸上人工鋪設。

3 軟體排常用鋪設工藝

目前階段，砂肋軟體排、連鎖塊軟體排等類型的軟體排通常采用的鋪排工藝方法有三種：水上鋪排根據不同地形、水深和水流條件采用專業鋪排船或者對拉船組鋪設；陸上或低潮水位可露出的淺灘鋪排采用人工鋪設。本項目受自然條件限制，鋪排船沒有使用條件，只能考慮對拉船組和人工鋪設的方法，其常用的鋪設工藝介紹如下。

3.1 水上對拉船鋪排工藝

1）施工工藝流程

水上對拉船鋪設砂肋軟體排的施工工藝流程如圖7所示。

圖7 對拉船鋪設砂肋軟體排施工工藝流程

2）施工方法

①材料準備和船機配備

原材料采購時，按照交通部《水運工程土工合成材料應用技術規范》（JTJ 239-2005）的有關規定和要求、對其取樣，并按本規程要求進行主要的物理、力學和水力學性能測試，經檢驗合格的材料進場用于施工。砂肋軟體排的幅寬根據設計要求和工程實際情況選擇確定，軟體排在制作時保持平行、繃緊，土工材料進場及制作完成后，存放在通風遮光的倉庫內或用防曬材料遮蓋堆存，嚴禁暴露日曬，以防止土工材料因日曬而老化。

對拉船組由兩艘施工定位船組成，另配備一艘吹砂船和若干艘運砂船，吹砂船可由其中一艘定位船兼任，定位船配備起重桅桿、卷揚機，吹砂船配備高壓泵、泥漿泵、水力充灌裝備和管線等，高壓泵應與充灌砂的管線同側，每艘船配備船員若干名。另外需配備交通船一艘和浮排若干個。

②對拉船就位

對拉船組根據施工方案的布置行駛至指定位置，GPS精確定位后，錨艇進行拋錨固定，錨纜采用八字型布置，如圖8所示，船長方向一般平行于設計軟體排鋪設軸線方向，對拉船組距離砂肋軟體排鋪設邊線預留一定的施工距離。

圖8 對角錨拉工藝示意

③砂肋軟體排展開鋪設

砂肋軟體排在加工制作時，在排體的四邊都預留0.5～1 m的富裕寬度，以備在鋪裝時穿繩拉拽；鋪排前，利用DGPS軟件進行排體預定位，放出排體的內外邊線，將加工好的軟體排運到指定位置，鋪設前操作人員將砂肋袋穿入排體上的砂肋環中，由人工將軟體排平展開，由對面的對拉船用卷揚機拉出展平，拉拽前，用拉力滿足要求的4根尼龍繩連接砂肋軟體排的四個角點，在對拉船卷揚機控制的纜繩上固定繩子的另一端，展開鋪設完成后，再次用GPS復核外邊線。

④沖灌砂肋，下沉軟體排

軟體排鋪設完成后，運砂船進場?？吭诖瞪按囊粋?，吹砂船啟動高壓水槍，對運沙船艙內砂料進行沖刷攪拌；泥漿泵組裝完成后，用桅桿將泥漿泵連同管線一起置于運砂船艙內吸砂，接通充砂管路與砂肋袋口，輸砂管一般采用6吋軟管，與船聯結處由于風浪的影響采用6吋橡膠軟管聯結，在軟體排位置以上采用6吋晴綸軟管聯結，并伸入充砂口內（延伸至砂肋內），綁扎牢固后啟動泥漿泵開始充砂，砂漿經充砂管路輸送至充灌部位，經分流器分流后進入各砂肋進行充灌，砂肋袋充滿砂后，扎緊袋口。鋪設及充灌過程中嚴格控制排體和輸砂管線的質量，確保施工過程中無跑、冒、滴、漏現象。

軟體排由兩條對拉船固定，砂肋開始充灌砂后，根據現場情況將軟體排緩緩沉放就位，軟體排充灌完成后，將固定的繩子解開（活結），利用砂肋的自重將軟體排沉入水底并系好標識浮漂。

3.2 陸上人工鋪排工藝

1）施工工藝流程

圖9 陸上人工鋪設砂肋軟體排施工工藝流程

2）施工方法

①鋪設之前先進行清基，保證基地平整。然后按照計算好的坐標使用 GPS對軟體排內外邊線進行放樣，放樣點用竹竿或其他工具立標標記，間距約5～10 m，保證軟體排鋪設邊線位置準確。然后在垂直于大堤軸線方向已設定的區域將加工好的軟體排布展開鋪設，鋪設人員在鋪設過程中將排布繃緊，使排布順平無褶皺地平鋪于灘面上。

②每塊排布鋪設完成后立即開始砂肋充灌工作，砂源取砂后，用運砂船運至施工區域附近，然后采用泥漿泵機組進行砂肋充灌施工。充灌時要配合人力踩踏砂肋，使砂流通暢，充灌砂肋從砂肋一側開口處充灌，保證砂肋袋充盈率在90 %左右方能扎緊袋口，充分保證砂肋能滿足壓載，保證軟體排布正常工作。

砂肋沖灌施工工藝

③排體與排體之間搭接長度滿足設計要求，確保工程質量。

④排布鋪設好以后要及時檢查是否平整，每根砂肋是否滿足充盈率，并滿足設計壓載，發現問題及時整改，以保證工程質量。

4 施工工藝改進

4.1 砂肋軟體排扇形分塊

由于地形條件和受力條件的限制，本項目的砂肋軟體排只能在堤身軸線方向進行分塊鋪設，考慮到水下搭接和后期施工順序，軟體排采用扇形分塊，如圖 10所示，扇形分塊會增加前期加工工作的難度，但更有利于后期現場測量定位和施工鋪設控制，也能夠保證搭接的寬度要求，避免了搭接的浪費。

圖10 砂肋軟體排分塊示意

4.2 船組定位改進

本項目為了避免多余的開挖工作，摒棄了傳統的對角拉錨的船組定位方式，采用了新的布置方法，如圖 11所示，在圍堤內側水深較淺的灘涂區域設置一個浮排滑輪組，采用拉錨固定，防止水流對其穩定性造成影響。船組1作為定位兼吹砂船，配備桅桿、卷揚機、水槍和泥漿泵等設備，為滿足運砂船的靠泊要求，選擇在龍口外側水深較好的區域拉錨定位，活動范圍在5～8號排體外側，船組2只配備卷揚機，吃水相對船組1較小，活動范圍在1～4號排體外側，乘高潮進入并拉錨定位。

圖11 施工總體布置

4.3 人工與船機配合定位鋪排

傳統的對拉船工藝采用船組桅桿起吊的方式，兩個船組通過纜繩將軟體排布緩慢對拉展開，本項目中由于對拉船組的位置被浮排滑輪組取代，纜繩長度增加了近一倍。軟體排本身尺寸較大且為不規則形狀，如采用傳統工藝會嚴重降低施工效率。本項目充分利用南堤和西堤已經成陸的特點，采用陸上人工與水上對拉船組配合的方式進行定位鋪排，每組船舶定位時，可以鋪設兩塊軟體排，這里以軟體排2和軟體排5為例介紹鋪排展開和定位過程。軟體排2的展開鋪設過程如圖12所示，軟體排加工好后，用平板車運至南堤與龍口交匯處，在陸上機械配合下人工將排體展開，船組2的卷揚機通過纜繩將待鋪設軟體排拉直排位 1，再將臨時纜繩系纜至船組對拉纜繩上，按照圖中方向拉動纜繩逐步將排體移位至排位 2，定位復測無誤后開始進行沖灌砂的工序，控制排體緩慢下沉。軟體排5的展開鋪設過程如圖13所示，基本原理與排2鋪設相同。

圖12 軟體排2展開鋪設過程示意

圖13 軟體排5展開鋪設過程示意

4.4 工藝流程改進

本項目中，施工工藝的改進必然會導致施工流程的變化，新的施工工藝流程如圖 14所示，較傳統對拉船鋪排工藝相比，本項目鋪排工藝流程中增加了浮排滑輪組定位的工藝和陸上人工展開軟體排的步驟，軟體排展開定位過程增加了移排調整的步驟，后續的充灌砂、排體下沉工藝到最后的檢測驗收及船組移位過程都沒有變化。

圖14 砂肋軟體排鋪設施工工藝流程

5 實施效果

在浙江省沿海某圍涂工程中，西堤龍口合攏的砂肋軟體排鋪設施工嘗試改變了對拉船的傳統定位方式和施工工藝流程，增設的浮排滑輪組改變了傳統的對角布置方式。實施的工藝流程雖然相對繁瑣，但是技術工藝的改進有效解決了水深限制對船舶定位的影響，避免了按照傳統工藝實施所必須的航道及部分水域的疏浚開挖環節；并且，本項目所實施的鋪排方法一次船組定位可以鋪設兩塊砂肋軟體排，雖然增加了移排的時間，但同時也減少了船組移位的次數，整體施工效率沒有降低，從實際施工統計數據來看，施工過程可滿足“高潮鋪排定位、低潮灌砂下沉”的潮水施工周期。

本項目西堤龍口軟體排鋪設計劃工期 35天，含開挖時間15天，實際施工歷時19天。龍口施工范圍和堤內船舶作業范圍的開挖估算量為3萬m3，開挖料采用就近回填的方式，運距按1 km之內考慮，每立方米土方挖運填施工成本約 8～10元。因此，從項目整體施工過程上看，本次對拉船技術的應用和改進有效減少了施工環節，縮短了施工工期；同時降低了人工及設備的投入，節約了施工成本近30萬元。

6 結 語

1）本項目的實施充分利用了對拉船的靈活性，改變了傳統對拉船的對角拉錨定位方式，采用了一種全新的船機定位方法。

2）施工地點位于龍口區域，水深條件較差且水域較為狹小，鋪排過程充分借助南堤和西堤已經成陸的特點，在陸上展開軟體排，使水陸設備與人工相互配合，充分發揮各自的特點，取得了較為理想的實施效果。

3）鋪排體量較小，但具備砂肋軟體排鋪設的典型特性，它的成功實施為今后水深較淺區域和狹小水域的鋪排工作提供了經驗借鑒。

4）對拉船組一次定位可以鋪設兩塊排體，這種定位方式今后在開闊水域的不規則排體（例如扇形或圓弧形）鋪設過程中也可探討可行性，施工效率較傳統工藝會有所提高。