河道整治工程水下邊坡填補技術(shù)研究與應用

于學付，周 林，張雪嬌

（中國電建集團港航建設(shè)有限公司，天津 300467）

引 言

示例河道整治工程位于孟加拉達卡市南約35 km處帕德瑪河的Mawa渡口附近，整個工程分為南北兩岸，其中北岸河道整治區(qū)域長1.5 km，南岸長 11.5 km。主要的施工內(nèi)容有干挖、干填、疏浚、土工袋拋填、塊石拋填、土工布鋪設(shè)、預制塊拋填和預制塊擺放等。工程處于孟加拉國濱海-河流沖積平原上，地勢平坦、開闊，海拔較低，平均海拔約0～11 m，區(qū)域地形以低洼泛洪平原為特征，覆蓋層深厚，主要土質(zhì)為細粉砂，非常不穩(wěn)定。

圖1 護岸典型設(shè)計斷面示意

疏浚是本工程的第一道主要工序，絞吸船對原始地形進行開挖，形成滿足設(shè)計要求的邊坡，作為后續(xù)拋填施工的作業(yè)面。但由于上述土質(zhì)原因，項目疏浚過程中多次出現(xiàn)滑坡，形成水下坑體，導致水下實際坡面低于設(shè)計坡面，缺方量巨大，最嚴重的一次滑坡導致水下缺方量接近10萬m3。圖2為多波束測量[1]數(shù)據(jù)在 Global Mapper中顯示的三維地形，平面和斷面示意見圖3。

圖2 水下滑坡三維地形

圖3 水下滑坡地形平面及斷面示意

1 方案選取

拋填施工必須在疏浚坡面滿足設(shè)計要求之后才能夠開始，鑒于技術(shù)規(guī)范坡面精度要求很高（±250 mm）且工期緊張，邊坡坑體的回填必須具有精確、穩(wěn)定性好的特點，必須避免回填超高導致絞吸船返工，且盡量利用項目現(xiàn)有的人員、材料、設(shè)備和軟件以節(jié)省費用和時間。

1.1 材料選取

項目中曾用于回填的主要材料有土工砂袋、65 kg編織袋（裝填疏浚沙）和疏浚沙。對比三種材料，項目確定使用65 kg編織袋（裝填疏浚沙）進行水下邊坡坑體拋填，其相對于拋填土工砂袋更為低廉，相對于直接回填疏浚沙形成的回填體更密實、穩(wěn)定，回填精度更可控。

1.2 設(shè)備選取

項目包含有土工袋拋填施工，土工砂袋拋填方法主要有人工拋袋、網(wǎng)兜拋袋和翻板拋袋等[2-3]，但由于規(guī)范對該土工袋拋填施工的厚度和平整度要求很高，拋填入水的土工袋會發(fā)生漂移[4]，上述方法無法滿足要求，為此，項目部開發(fā)改裝了帶有可調(diào)節(jié)導向架的土工袋拋填船舶。該船舶能夠利用導向架良好解決土工袋入水后受到水流影響產(chǎn)生漂移的問題，沉落在指定位置[5]。對于水下邊坡填補施工，該設(shè)備仍能發(fā)揮其優(yōu)勢，將65 kg編織袋良好拋填至指定位置。

1.3 軟件選取

為了匹配調(diào)節(jié)導向架的土工袋拋填船且能夠精準控制拋填量，所用的軟件必須能夠進行水下數(shù)據(jù)分析和批量進行填方量計算的功能。項目選用Global Mapper，該軟件具有上述功能且易于操作，在項目水下施工數(shù)據(jù)分析和展示方面表現(xiàn)良好。

2 施工工藝

2.1 工藝流程

該工藝主要包括人材機進場、測量、拋填圖表繪制和拋填船定位拋填幾部分內(nèi)容，具體施工工藝流程如圖4所示。

圖4 施工工藝流程

2.2 拋填船定位系統(tǒng)

項目的拋填船舶安裝有“水上工程-自由行”軟件和GPS設(shè)備，“水上工程-自由行”軟件對GPS主機采集的數(shù)據(jù)進行綜合處理，實時顯示船舶位置，操作人員可通過對比船舶和拋填位置的實時關(guān)系，調(diào)整四個定位錨機，進行船舶精準定位。

2.3 拋填圖表制作

使用Global Mapper軟件展開拋填前測量數(shù)據(jù)，與設(shè)計坡面數(shù)據(jù)進行對比，利用軟件的“地形圖結(jié)合/比較”功能生成差分圖，確定水下滑坡區(qū)域具體的回填邊界，依照計劃使用拋填船舶的拋填側(cè)寬度對滑坡區(qū)進行區(qū)域劃分。

圖5 地形差分圖及分區(qū)示意

使用“網(wǎng)格創(chuàng)建”功能菜單，根據(jù)導向架每個拋填單元的長度和寬度，創(chuàng)建網(wǎng)格；每個網(wǎng)格均有一個“xx_xx”格式的編號，其面積均為一個拋填單元的面積；選中所有網(wǎng)格，在圖5地形差分圖的基礎(chǔ)上使用“計算填挖方”功能菜單批量計算網(wǎng)格對應區(qū)域的填方量。

將 Global Mapper創(chuàng)建的網(wǎng)格輸出為“*.dxf”文件，使用CAD軟件對該“*.dxf”文件進行適當調(diào)整，然后導入“水上自由行”軟件中即可用于拋填船水上定位。

將方量計算結(jié)果導出為“*.csv”文件，使用excel軟件對該“*.csv”文件進行編輯，形成一個和拋填網(wǎng)格完全對應的拋填表格。拋填表格中每個單元格對應一個拋填單元，每個單元格中為將方量進行換算得出的拋填個數(shù)。

2.4 拋填和測量

將“*.dxf”格式的拋填網(wǎng)格圖導入“水上工程-自由行”軟件中，施工人員通過船舶和拋填網(wǎng)格顯示的實時位置關(guān)系，調(diào)整四個定位錨機，使拋填船的導向架對齊拋填網(wǎng)格圖的對應位置；調(diào)整拋填導向架，使其底端盡量靠近坡面；沙船將疏浚沙運至拋填船側(cè)，挖掘機卸沙至拋填船；人工進行編織袋砂料裝填，鐵絲綁扎封口；人工將編織袋推進拋填導向架，下落入水；完成拋填表格在該位置的指定數(shù)量后，通過四個錨機，移動船位至下一拋填位置，重復上述步驟。

單個分區(qū)拋填完成后，使用多波束進行水下測量，將多波束數(shù)據(jù)導入到Global Mapper中分析坡面拋填效果，重復算量和制表過程，再次拋填進行坡面修整。施工過程中應頻繁進行局部多波束測量，監(jiān)測水下情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，保證坡面質(zhì)量。

2.5 拋填效果分析

拋填結(jié)束后，使用多波束對整個水下邊坡填補區(qū)域進行測量，將測量數(shù)據(jù)導入到 Global Mapper軟件中分析拋填效果。由拋填后坡面三維地形圖可知，水下坑體已近完成了填補，形成了設(shè)計坡面要求的形狀；由拋填后坡面與設(shè)計面對比斷面（圖6）可知，拋填后的水下邊坡斷面線幾乎與設(shè)計坡面斷面線重合，拋填后的水下邊坡良好滿足設(shè)計要求。

圖6 拋填后坡面與設(shè)計面對比斷面示意

3 結(jié) 語

河道整治項目使用文中水下邊坡填補的施工方法，完成了由于滑坡導致的水下邊坡坑體填補，除此之外，該方法還被項目運用于疏浚超挖區(qū)域和水流沖刷區(qū)域的邊坡填補，表現(xiàn)效果良好。由于該方法使用了項目自有的帶有導向架的拋填船、更為低廉的編制袋、疏浚施工排放的疏浚沙和當?shù)刎S富的人力資源，所以大幅度降低了水下邊坡的填補成本；又因為該方法的拋填定位精度高、拋填落點精確、拋填數(shù)量控制準確等特點，能夠一次性形成滿足設(shè)計要求的坡面，不會出現(xiàn)超高區(qū)域，避免了挖泥船返工進行修坡，節(jié)省了工期。