新型透水護(hù)岸構(gòu)件水上高效施工工藝探討

王小明，李 凡，曾慶蓉

（1.長(zhǎng)江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430043；2.中交二航局第一工程有限公司，湖北武漢 430081）

引 言

新型四面六邊透水框架是一種整體式正三棱錐體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的透水護(hù)岸構(gòu)件。具有緩流促淤[1,2]、導(dǎo)流消能、防護(hù)岸灘的作用[3]。混凝土四面六邊透水框架具有消能，導(dǎo)流促淤的作用，另外可以起到保護(hù)堤岸、穩(wěn)定坡腳、減小沖刷、促淤造灘等作用。但傳統(tǒng)透水框架由六根桿件焊接形成正三棱錐體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)整體性差。經(jīng)過(guò)研究論證，提出了四面六邊整體式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路[4]，解決了焊接式透水框架容易腐蝕、開(kāi)裂而致使桿件散落的問(wèn)題。整體式四面六邊透水框架為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由上下兩部分共 6根桿件（截面尺寸10 cm×10 cm）組成，內(nèi)置1根?10架立鋼筋。框架重量為90.3 kg。

1 概 述

隨著長(zhǎng)江航道整治工程的發(fā)展，對(duì)四面六邊透水框架拋投施工安全、質(zhì)量技術(shù)的要求不斷提高[5]，施工技術(shù)也在不斷改進(jìn)，目前通常的施工方法為人工拋投和機(jī)械拋投兩種[6]。四面六邊透水框架拋投高效施工的關(guān)鍵問(wèn)題是要確保點(diǎn)位準(zhǔn)確、數(shù)量足夠、壓載均勻、不起堆、不漏檔，確保施工機(jī)械和人員安全。為解決這一問(wèn)題，在本文中采用自動(dòng)脫鉤裝置進(jìn)行透水框架拋投施工，拋投施工由原來(lái)的1架拋投改為32架同時(shí)拋投。新的施工工藝更加有力地控制了透水框架的落水點(diǎn)，使質(zhì)量控制更加精確。且新工藝避免了傳統(tǒng)施工中出現(xiàn)的人員或甲板工作，大大降低了施工的安全隱患。

定位船和拋投船是透水框架拋投，施工的重要設(shè)備，一般還需要配備絞錨艇一艘，定位船舶需裝備絞錨設(shè)備、GPS定位系統(tǒng)、水流測(cè)速儀、測(cè)深儀等，機(jī)械拋投船需配置吊機(jī)、拋投架及其他吊裝設(shè)備。

2 施工工藝

2.1 工藝流程

透水框架群拋施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 透水框架群拋施工工藝流程

2.2 劃分施工網(wǎng)格

透水框架拋投施工前必須進(jìn)行水下地形測(cè)量，再按工程量劃分施工區(qū)段，從上游向下游方向分段施工。將框架拋投范圍分別設(shè)置成20 m×20 m的施工網(wǎng)格，將需拋投的施工區(qū)域用 CAD成圖并計(jì)算出每個(gè)格網(wǎng)內(nèi)的面積，按每平米設(shè)計(jì)架數(shù)計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格需拋投框架數(shù)量。施工時(shí)將每個(gè)拋投網(wǎng)格進(jìn)行編號(hào)，并注明拋投數(shù)量。

2.3 水深、漂移距測(cè)試

船舶定位、拋投前，必須進(jìn)行實(shí)時(shí)水深測(cè)量和漂移距測(cè)試，通過(guò)漂移距精確定位船舶。漂移距和漂移距計(jì)算方法[7]為先測(cè)定水深，流水、流向，實(shí)測(cè)框架拋投時(shí)的漂移距，然后根據(jù)L=0.74VfH/G1/6（其中L為漂移距，H為水深，Vf為流速，G為框架重力），計(jì)算其漂移距的理論值，再進(jìn)行修正，最終通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)算的漂移距修正拋投定位坐標(biāo)。測(cè)量拋投框架水平落距還有一個(gè)簡(jiǎn)單易行的方法，即在透水框架上綁系長(zhǎng)尼龍繩，拋投后測(cè)量框架的落距[7]。

2.4 定位系統(tǒng)

定位船均裝有5個(gè)電動(dòng)絞關(guān)控制5根鋼纜，從而控制定位船的定位和移動(dòng)，其中位于船頭中部的主纜，承受整個(gè)定位船下漂的拉力，同時(shí)控制船舶的上下移動(dòng)，船頭船尾各設(shè)兩根開(kāi)錨，控制船舶左右移動(dòng)。定位船定位時(shí)，先由絞錨艇輔助拋錨，通過(guò)GPS或岸標(biāo)粗略定位。錨拋好后，即可進(jìn)行定位施工，先將定位船移至要拋投的斷面，測(cè)量員用GPS船上定位。然后根據(jù)漂移距和GPS跟蹤測(cè)量控制定位船的上下、左右絞移距離，以確保定位船按要求準(zhǔn)確定位（圖2）。

圖2 船舶拋投定位

2.5 拋投

在裝載透水框架后，運(yùn)輸船舶航行至拋投區(qū)，并靠泊至定位船，掛靠于定位船上進(jìn)行拋投。

在框架拋投中，需參照網(wǎng)格工程量，定位船及時(shí)移位，指導(dǎo)拋投位置。框架拋投運(yùn)用轉(zhuǎn)動(dòng)脫鉤的物理原理，通過(guò)軸架旋轉(zhuǎn)，結(jié)合透水框架自身重力進(jìn)行脫鉤，從而實(shí)現(xiàn)拋投。拋投架長(zhǎng) 7.5 m，寬1.7 m，在拋投架的內(nèi)側(cè)有 8個(gè)轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸間距約92 cm，每根轉(zhuǎn)軸上分別有兩個(gè)掛鉤，掛鉤間距為1.3 m。掛鉤上綁系有鋼絲繩，作為固定框架用。在轉(zhuǎn)軸上與掛鉤大約90°位置固定一個(gè)拉繩，8個(gè)轉(zhuǎn)軸拉繩全部連接到吊機(jī)副繩上，通過(guò)拉動(dòng)副繩使轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致掛鉤上的鋼絲繩脫鉤，從而使框架受自重自然脫落。

拋投時(shí)，用鋼絲繩對(duì)角綁扎，將多架框架組成一串，用起重裝置起吊，精確地拋設(shè)在設(shè)計(jì)網(wǎng)格內(nèi)；當(dāng)水深和流速較大時(shí)，起重裝置可將框架吊至水面線(xiàn)以下進(jìn)行拋投，以確保拋投的到位率。拋投嚴(yán)格按從上游往下游方向的要求進(jìn)行施工。

2.6 施工注意事項(xiàng)

1）在水深超過(guò)5 m或流速大于1.5 m/s的深水急流區(qū)域施工時(shí)，應(yīng)先試拋并測(cè)量水下漂移距，并根據(jù)漂移距確定定位船位置。

2）拋投過(guò)程中，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)拋投位置、數(shù)量進(jìn)行，對(duì)已損毀、斷裂的透水框架?chē)?yán)禁使用。對(duì)于枯水出露的透水框架，拋投不均勻的應(yīng)進(jìn)行整理。在拋投時(shí)應(yīng)及時(shí)的移動(dòng)船位，防止形成水下堆積體。

3）施工作業(yè)人員穿戴好救生衣、安全帽等安全防護(hù)用品，明確作業(yè)人員分工，指定專(zhuān)人指揮，統(tǒng)一指揮信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)指揮人員嚴(yán)禁站在邊緣、死角等無(wú)法撤離的危險(xiǎn)部位，特別當(dāng)遇到大船經(jīng)過(guò)時(shí)，安全員要對(duì)所有施工人員發(fā)出警告，拋投作業(yè)暫停。

3 群拋方式的優(yōu)點(diǎn)

3.1 增加水上作業(yè)安全保障

透水框架采用人工拋投時(shí)，由于質(zhì)量大，且棱角分明，搬動(dòng)較困難，在拋投時(shí)易發(fā)生落水、砸傷等事故；而機(jī)械群拋采用起重設(shè)備裝卸的半自動(dòng)化施工方式，專(zhuān)業(yè)化施工水平明顯提高，大大減少安全事故的發(fā)生概率。鑒于安全性，目前長(zhǎng)江航道整治工程已禁止人工拋投。

3.2 提高群拋施工質(zhì)量

實(shí)踐表明：?jiǎn)蝹€(gè)拋投框架易重疊，造成浪費(fèi)，框架群堆高所需的框架數(shù)多，也造成浪費(fèi)；而多架群拋[8]，容易形成穩(wěn)定的框架群[9]，能有效地保護(hù)陡坎部位，而且架空率高[10]。框架群堆積所占體積與四面體實(shí)體的體積比為 4～6。將多個(gè)框架組成一串，吊裝至施工網(wǎng)格的水面下進(jìn)行拋投，增加了拋投物的質(zhì)量，減少了水深，框架拋投時(shí)的漂移距離變小[11]，所以機(jī)械拋投施工比人工或挖機(jī)拋投施工更精確、更均勻，拋投后的促淤效果良好。

3.3 提高拋投施工效率

透水框架機(jī)械群拋施工可將多架框架組成一串進(jìn)行近距離和遠(yuǎn)距離拋投，且機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，拋投轉(zhuǎn)運(yùn)和船舶移位次數(shù)少，拋投轉(zhuǎn)運(yùn)和間歇時(shí)間短。根據(jù)實(shí)測(cè)施工數(shù)據(jù)，相同條件下，拋投區(qū)水深13.1～14.4 m，群拋施工平均施工效率是人工散拋施工的50倍。具體施工效率情況如表1。

表1 機(jī)械拋投及人工散拋施工效率對(duì)比

4 結(jié) 語(yǔ)

四面六邊透水框架群對(duì)水流的降速促淤效果顯著，群拋施工工藝提高了機(jī)械化施工程度和施工效率，在質(zhì)量控制、安全保障等方面均得到有效保障。在航道整治工程群拋施工中是一種值得推廣的工藝技術(shù)。