水下拋石振平一體船同步施工工藝

王翔，鞠鵬，馮甲鑫

（中交一航局第二工程有限公司，山東青島 266071）

水下構(gòu)筑物基礎(chǔ)施工包含水下拋石及水下整平兩道工序，傳統(tǒng)施工工序?yàn)閽伿冗M(jìn)行拋石，然后用整平船進(jìn)行整平，兩工序間須保持一定的施工距離，否則因施工現(xiàn)場區(qū)域船舶數(shù)量多，會(huì)造成布錨時(shí)相互干擾，影響施工效率。

本文針對(duì)水下拋石振平一體船進(jìn)行施工同步工藝研究。

1 依托工程

該工程為航道整治工程，半圓體構(gòu)筑物基床頂最大寬度為14 m，整平寬度為12 m，基床長度為4 030 m，整平工程量共計(jì)48 360 m2；基床設(shè)計(jì)拋石厚度為1.3耀4.2 m，石料為10耀100 kg塊石。基床頂標(biāo)高為-3.85耀-5.25 m。

2 施工裝備介紹

“砂樁1號(hào)”拋石整平一體船船長55 m，寬25 m，型深4 m，吃水2.2 m，船舷右側(cè)為拋石裝置，左側(cè)為振平裝置，可根據(jù)現(xiàn)場水深，配置相應(yīng)結(jié)構(gòu)。裝備布置見圖1，設(shè)備性能見表1。

表1 拋石振平一體船性能參數(shù)表Table 1 Performance parameters for riprapping-vibration leveling integrated ship

圖1 船舶裝備布置效果圖Fig.1 Layout effect diagram of ship equipment

2.1 拋石裝置

拋填結(jié)構(gòu)[1]由溜槽、臺(tái)車軌道梁、拋填行走裝置等組成，見圖1。

本工程裝備參數(shù)：溜槽共1節(jié)，長16 m，最大入水深度為14 m，軌道有效長度為21 m；溜槽凈寬2 m，一次拋填尺寸為20 m伊2 m=40 m2；

2.2 振平裝置

振平裝置[2]由液壓振動(dòng)錘、振動(dòng)結(jié)構(gòu)、臺(tái)車、軌道組成，見圖1。

本工程裝備參數(shù)：振動(dòng)結(jié)構(gòu)總長為21 m，最大適應(yīng)水深為14 m，軌道長度為12 m；整平板面積為2.45 m伊2 m=4.9 m2，一次整平面積為12 m伊2.5 m=30 m2。

3 拋石、振平同步施工工藝研究

獨(dú)立的拋石施工工藝及振平施工工藝都已經(jīng)成熟，但兩種工藝同時(shí)施工還未有成熟案例及參數(shù)進(jìn)行參考，因此進(jìn)行了相關(guān)研究。

3.1 整平搭接量研究與試驗(yàn)

3.1.1 振平原理簡介

振動(dòng)整平是利用振動(dòng)密實(shí)的原理，將原本凹凸不平的塊石通過振動(dòng)重新進(jìn)行排列組合，使基床表面達(dá)到平整的方法[3-4]。振動(dòng)整平是直接在拋石基床上進(jìn)行夯實(shí)整平[5]的工藝，工藝中夯沉率設(shè)定為0。

3.1.2 振平錘位理論搭接量分析

理論上拋石石料存在一個(gè)自然坡度，錘位落在坡度的不同位置（見圖2），當(dāng)振平到標(biāo)高錘位移動(dòng)后，振動(dòng)錘附近的石料會(huì)塌落到已經(jīng)振平的位置。塌落石料的影響范圍是影響錘位搭接量的主要因素，因此針對(duì)石料塌落進(jìn)行理論分析：

圖2所示兩陰影部分面積相等，得出如下關(guān)系式：

圖2 錘位位置Fig.2 Hammer position

N=660 mm時(shí)，Y最小，即X最大（搭接最大），此時(shí)Xmax=359 mm；

由分析可以得出，在石料高差800 mm的情況下，理論上石料的塌落量最大為359 mm。因此，考慮船舶定位精度、設(shè)備間隙及石料塌落量等綜合影響因素，塌落量推薦最小值為500 mm。

3.1.3 整平搭接量試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)條件：水深12 m，船舶定位精度5 cm，拋石高差依40 cm。

為保證一次整平精度滿足JTG-F 80-1—2017《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》中細(xì)平依5 cm要求，搭接量依次按照50 cm、60 cm、70 cm進(jìn)行試驗(yàn)，最終錘位搭接量為70 cm時(shí)滿足細(xì)平要求。

1）多波束檢測結(jié)果

根據(jù)Sonic2024多波束對(duì)基床檢測，生成水下三維地形圖，三維圖顯示基床平整，無高點(diǎn)。

2）水坨檢測結(jié)果

水坨測量測點(diǎn)共707個(gè)，不合格點(diǎn)數(shù)26個(gè)，合格率96%。不合格點(diǎn)位置分散，未集中分布，滿足《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》細(xì)平驗(yàn)收要求。

結(jié)論：搭接量大于70 cm即可滿足整平施工要求。

3.2 拋石形狀及搭接量試驗(yàn)

拋石壟溝形狀及位置決定船位搭接后是否能夠滿足拋石高差要求，如拋石壟溝保持自然塌落角45毅且位置不發(fā)生明顯偏移，可以通過控制船位搭接尺寸滿足拋石要求，則該工藝是可行的。振平工藝中要求錘位搭接70 cm，振平工藝船位步距為245-70=175 cm，因此需要驗(yàn)證船位步距175 cm的工況下，拋石作業(yè)是否能夠滿足振平對(duì)于拋石高差要求，為了驗(yàn)證以上分析，分別進(jìn)行了單壟溝拋石及船位步距175 cm的拋石試驗(yàn)。

多次拋石壟溝水坨測深結(jié)果典型形狀如圖3所示。

圖3 拋石典型斷面圖Fig.3 Typical section of riprapping

試驗(yàn)結(jié)果表明：

1）在綜合因素影響下，單船位石料的堆積形狀接近石料自然塌落角45毅；

2）船位步距175 cm拋石高差滿足振平要求。

4 施工工藝研究

4.1 船舶站位

船舶騎跨半圓體基礎(chǔ)，根據(jù)船舶平面定位系統(tǒng)及水下標(biāo)高測控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下拋填和振平施工的作業(yè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)定位與實(shí)時(shí)檢測。

4.2 拋石、整平作業(yè)

1）拋石作業(yè)

溜槽高程確定后，運(yùn)料駁船通過挖機(jī)將石料投放至料斗進(jìn)入溜槽，通過溜槽上的高度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測底部石料高程[6]，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)停止投放，并平移臺(tái)車至下一位置繼續(xù)投放。采用一條龍形式進(jìn)行拋石作業(yè)，拋石過程進(jìn)行標(biāo)高檢測，拋石高差控制依40 cm以內(nèi)[7]。

2）整平作業(yè)

船舶定位完畢后，錘位搭接70 cm，測控軟件設(shè)置振平控制標(biāo)高，進(jìn)行整平作業(yè)，振平標(biāo)高控制誤差為依5 cm[8]。作業(yè)過程中測控系統(tǒng)自動(dòng)控制整平標(biāo)高，到達(dá)標(biāo)高后，自動(dòng)提錘、移動(dòng)錘位并落錘。

3）移船

根據(jù)船上安裝的GPS原RTK定位儀配合施工定位軟件顯示的船位，將船位調(diào)整至下一個(gè)設(shè)計(jì)施工作業(yè)位置，船位步距175 cm，繼續(xù)進(jìn)行石料拋填及整平作業(yè)。

5 施工效率分析

1）基床拋石施工工效

基床拋石采用挖機(jī)施工，拋石工效為1 000 m3/d，施工區(qū)域基床平均厚度約2 m，基床寬度為14 m，兩側(cè)坡度為1頤2，每天拋石工效為30延米。

2）振平施工工效

船位及錘位搭接長度為70 cm，根據(jù)振平典型施工段工效統(tǒng)計(jì)，每天振平工效為25延米，整平面積300 m2/d。

3）綜合施工工效

由于兩工序施工效率存在偏差等因素影響，每天綜合施工效率為20延米。

6 結(jié)語

目前水下拋石振平一體船同步施工工藝尚處于試驗(yàn)研究階段，但通過理論分析及現(xiàn)場拋石試驗(yàn)表明，拋石振平可以實(shí)現(xiàn)同步施工，下一步將進(jìn)行施工應(yīng)用研究。