二片石墊層拋投裝置在15米以上水深航道整治工程中的應用

劉偉 張力

摘 要：二片石墊層拋投裝置在15米以上水深航道整治工程施工中具有施工便捷、安全環保、綜合效益遠高于傳統拋石工藝等特點。本文從設計、施工、綜合效益的角度闡述了采用二片石拋投裝置不僅安全環保，且能解決了二片石拋投耗損過大的問題，提高施工效率，創造良好的經濟效益。

關鍵詞：二片石拋投裝置;航道整治;安全環保

中圖分類號：U61? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）06-0064-02

1 工程概況

江心洲至烏江河段（簡稱江烏河段）處于長江下游蕪湖～南京航段，本工程位于長江下游安徽省馬鞍山市和江蘇省南京市境內，下距南京市20km，上距蕪湖市7km。河段上起東西梁山，下至下三山，全長約56km。主要建設內容為上何家洲護底帶加高工程3#護底帶。

二片石墊層作為加高工程第一道工序，也是下一道沉排工序的重要基礎。它旨在找平已建工程邊緣為拋石、透水框架等結構區域，使塊石、框架能被有效覆蓋且不外露，減少尖銳體劃破排布造成的質量問題。因此二片石拋投效果的好壞是本工程質量高低的關鍵點之一。

本項目屬于長江下游的深水航道整治工程，與一般中小河流相比，水情更加惡劣，在水深最大22米、流速最大2.5米/秒的水文特征下，水沙運動更加復雜，潮汐作用影響更加明顯。如此水深流急的施工環境也易引起建筑結構周邊的沖刷。二片石重量較輕，粒徑僅8至15厘米，水位較深，傳統的拋石施工工藝很難保證拋投到位率，本工程工期緊且工程量大，短期內很難租用到專業大型現代化拋石船。因此為保證工程質量，需采用安全環保、經濟適用且到位率高的拋投裝置。

2 裝置研發

二片石拋投裝置主要為桁架結構，以保證整體垂直方向結構強度，并加工格賓網包裹桁架結構，避免二片石從中間漏出。拋投裝置布設在定位船船舷一側，料斗裝置布設在船舷另一側，中間通過傳輸裝置連接。二片石拋投裝置分為以下三部分：喂料裝置、框架裝置、支撐裝置。具體示意圖見圖1。

2.1喂料裝置

包含下料斗和下斜傳輸平臺。

2.1.1下料斗

下料斗用規格為8mm厚鋼板制作，料斗口長4m，寬3m，短邊高0.96309m，長邊高2.2m。下料斗全身每隔0.5m圈固一層規格為0.1m槽鋼，共5層。下料斗下設支撐每隔1m焊接1根規格為0.219m鋼管，共5根，最長3.5m，最短1.3m。

2.1.2下料傳輸平臺

下料傳輸平臺分為兩段，第一段長3.3m，寬1m，斜坡度37.5;第二段長2.269824m，寬1m，斜坡度50。下料傳輸平臺下設支撐每隔0.7m焊接1根規格為0.1m槽鋼，共3根，最長0.984m，最短0.2m。

2.2框架裝置

包含框架和連接裝置（見圖2）。

2.2.1框架

框架裝置由5個長寬各1.2m，高3m的鋼結構組成。長寬由規格為0.1*0.05*0.005m方管、高由規格為0.1*0.1*0.005m方管焊制。每3m結構中間加固4*5=20根規格為0.1*0.05*0.005m方管，及4*6=24根規格為L0.05*0.005鋼管。

2.2.2連接裝置

兩個框架裝置間加一層規格為8*0.1*0.75m鋼板，鋼板加工規格為12*0.03m圓孔，孔距0.1m，用于規格為16*M27*0.3m的螺栓錨固

2.3支撐裝置

在船體甲板上加固一層0.008m厚鋼板平架作為工作基平臺，在一頭2m處焊接2根規格為0.219*5*2.5m鋼管，下方兩根焊接規格為0.2*0.05*2.2m槽鋼斜撐穩固。兩側裝有卷揚機的鋼絲繩錨固。具體見圖3。

3 強度驗證

二片石拋投裝置驗證方式采用ANSYS進行靜態結構分析，坐標系統取右手坐標系，單元通過梁單元進行模擬，流速設定為2m/s。水下受力分析和結構強度驗算如圖4、圖5所示。

根據計算結果得出，施工作業時，最大應力出現在結構頂部上端口處，為103.56 Mpa，最大彎曲應力為80.6MPa，最大組合應力大小為81.9MPa，小于二片石拋投裝置屈服強度250Mpa。因此該二片石拋投裝置強度能適應本工程的施工作業條件。

4 現場實驗

二片石拋投裝置制作完成后將在2號定位船進行拋投實驗，施工時，將二片石運輸船并排掛系在定位船上，由運輸船上的挖機將二片石轉運至定位船的吊機平板斗中，然后吊機將二片石吊至“料斗裝置”里，通過“傳送裝置”將二片石傳送至“拋投裝置”滑至水下。現場實驗情況見圖6、圖7。

5 與傳統拋石工藝的綜合效益比

5.1安全環保

在施工過程中，石料通過料斗裝置-傳送裝置-拋投裝置直接拋投至水下，且安裝成型的拋投裝置具有較高的抗壓強度和抗沖擊能力，不存在機械打擊、船體撞擊等安全風險。另外該裝置屬于半封閉設計，減少了拋投過程中的揚塵。綜上，與傳統拋石工藝相比較，改裝擁有更優的安全環保性能。

5.2施工質量及經濟效益

施工過程中，采用CODA三維聲吶設備和智能測量系統，實時監測拋石精度和拋石厚度。通過半個月的實驗，并對實施后的成果進行了檢查，采用拋投裝置工藝和傳統施工工藝二片石墊層拋投損耗率分別為2.91%和18.09% 。此工藝極大地提高了二片石落底的準確率，減少了不合格區域補拋的工作，降低了材料損耗，創造了較好的經濟效益。