雷諾石籠冰面沉排在冬季堤防工程施工中的應(yīng)用

趙 洋

（黑龍江省水利監(jiān)督保障中心，哈爾濱 150040）

黑龍江省地處北緯43°30′— 53°30′位于中國(guó)最東北部。氣溫由南向北降低。霜凍期全省平均介于150～200d之間，大部分地區(qū)初霜凍在9月下旬出現(xiàn)，終霜凍在4月下旬至5月上旬結(jié)束。冬季較為漫長(zhǎng)，常規(guī)有效施工期十分有限。由于地處高寒地區(qū)，冰凍時(shí)間長(zhǎng)，春季施工期短，而且每年夏季降水量，大約為全年降水量60%，河道水位居高不下，交通不便車輛難以通行，水下工程施工難度較大。增設(shè)圍堰等擋水建筑物不僅增加了工程投資同時(shí)也減小行洪面積不利于安全度汛。正常夏季施工只能采用船只進(jìn)行拋石護(hù)底施工，無(wú)法保證拋投的精密準(zhǔn)確性；采用陸地作業(yè)，黑龍江沿岸多為沼澤、林地?zé)o交通道路，大大增加施工成本延長(zhǎng)工期。采用冬季雷諾石籠冰面沉排施工即保證工程質(zhì)量和工期，又能有效減少施工時(shí)間，為工程總體效益的增添奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

1 施工優(yōu)勢(shì)

在堤防工程中采用冬季冰封后在冰面進(jìn)行施工，利用雷諾特有的整體性、柔性待春季冰融后自沉達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求。冰體作為一種材料，廣泛的存在于自然界中，其自身具有許多特殊的物理力學(xué)性質(zhì)，在應(yīng)用中具有很大的實(shí)用價(jià)值和工程意義。此外由于冰體天然形成的特性，冰體的利用對(duì)工程可以起到節(jié)約成本的作用。雷諾石籠冰面沉排施工突破傳統(tǒng)雷諾石籠施工方法，利用冰面為承載體減少施工工期及施工成本，具有工藝新穎，工期短，保證質(zhì)量，保證安全，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

適用于高寒地區(qū)、界江界河、內(nèi)河的河道治理。適用于常規(guī)施工季節(jié)高水位、流量大等長(zhǎng)期處于水下的護(hù)岸工程。雷諾石籠冰面沉排施工采用天然冰面人工增冰加厚方法增加冰面承載力在冰面上進(jìn)行施工，春季冰融后雷諾自沉沉落到指定施工區(qū)域形成一個(gè)防護(hù)整體剛?cè)峤Y(jié)合，達(dá)到河道治理雷諾護(hù)岸的設(shè)計(jì)要求[1]。

2 施工方法要點(diǎn)

2.1 施工流程

施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→冰面清理→開鑿冰眼檢查→冰厚承載力測(cè)算→人工取水增加冰厚→冰面凍結(jié)→校核測(cè)算冰面承載力→鋪設(shè)雷諾石籠→填裝塊石→封閉石籠→完成沉排。

2.2 施工要點(diǎn)

在施工前，組織工程施工人員詳細(xì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察，對(duì)施工區(qū)冰面上的積雪、雜草及垃圾進(jìn)行清理，施工儀器準(zhǔn)備就位，結(jié)合工程實(shí)際，制定保證安全、質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)等措施[2]。

根據(jù)測(cè)量控制點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，布置現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量控制點(diǎn)，并設(shè)永久性測(cè)量控制點(diǎn)，按照設(shè)計(jì)圖紙尺寸坐標(biāo)，對(duì)雷諾護(hù)坡進(jìn)行測(cè)量放樣，在設(shè)計(jì)邊線外預(yù)留10m操作區(qū)。

開鑿冰眼、冰厚承載力測(cè)算：

冰厚承載力測(cè)算天然冰層的承載力可以看作彈性地基上薄板理論，其厚度與寬度之比均很小，浮托于水體之上，而冰層的承載力與冰的厚薄呈平方關(guān)系推導(dǎo)出冰層最大承載力應(yīng)用公式：

式中：P為冰層最大承載力，t；B為荷載系數(shù)（B=100）；H為冰層平均厚度，m；K為溫度影響系數(shù)（氣溫負(fù)值時(shí)K=100+c/100，c為過(guò)去3d平均氣溫）；N為強(qiáng)度和考慮冰裂縫系數(shù)，（無(wú)裂縫取N=1.75，有裂縫取N=2.0）;S為含鹽影響系數(shù)（黑龍江為淡水冰S取1）。

在施工區(qū)域內(nèi)進(jìn)行冰面開鑿冰眼檢測(cè)冰層厚度，進(jìn)行了8處冰眼開鑿，每處冰眼開鑿取3個(gè)點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算算出各個(gè)冰眼的最大承載力。如承載力達(dá)不到要求進(jìn)行人工增冰，增冰厚度按照機(jī)械自重加上材料自重及安全系數(shù)減去原有冰面承載力，即為增冰厚度，挖掘機(jī)220自重為22T、裝載機(jī)30自重為10T、運(yùn)輸車自重為15T、塊石花崗巖為1.5T/m3，雷諾石籠裝填完成自重為（2×6×0.23）=2.76m3×1.5T/m3=4.14T，冰面承載力為挖掘機(jī)加上塊石自重加上雷諾石籠自重為27.6T，為了保證施工安全承載力安全系數(shù)為最大承載力的1.1,安全通過(guò)冰面承載力為27.6×1.1=30.4T，根據(jù)冰眼開鑿計(jì)算出點(diǎn)1為30.6T符合承載力要求，點(diǎn)2為29.0T不符合承載力要求，需要增加冰厚達(dá)到承載力要求根據(jù)公式計(jì)算p=30.4-29.0=1.4T,P=9.8h2KSB/N,1.4=9.8×h2×99.75×1×100/1.75,h2=16cm,計(jì)算后點(diǎn)2需要增加冰層厚度為16cm，滿足承載力要求，以下點(diǎn)數(shù)以此類推，通過(guò)計(jì)算冰層厚度在74cm時(shí)施工最為經(jīng)濟(jì)。

采用人工澆水增加冰厚的方法進(jìn)行。澆冰時(shí)間以具體現(xiàn)場(chǎng)情況為依據(jù)，冰厚達(dá)到測(cè)算承載力為準(zhǔn)則。具體操作方法為每間隔25m設(shè)置抽水點(diǎn)一處，抽水點(diǎn)處遠(yuǎn)離澆筑區(qū)域?qū)挾?m，指向?yàn)闈仓^(qū)域外向江心處。設(shè)立汽油抽水機(jī)3臺(tái)垂直壩軸線方向間隔2.5m并列排放。鋪設(shè)水龍帶至澆冰區(qū)域最遠(yuǎn)點(diǎn)。為保證抽水點(diǎn)安全，設(shè)立安全圍擋警示標(biāo)志，抽水機(jī)布置在木板上與冰隔離進(jìn)行取水，防止冰面融化造成抽水機(jī)進(jìn)水墜冰。澆冰區(qū)域利用清掃表面覆蓋雪進(jìn)行圈圍，圈圍區(qū)域大小為25m×10m。增冰厚度控制在10cm一層，每層澆筑時(shí)設(shè)專人進(jìn)行看守保證澆筑厚度。澆筑厚度以單層≤10cm為基準(zhǔn)，澆筑時(shí)如遇阻水不均勻情況利用人工推送使之均勻。單層澆筑完成厚度時(shí)立刻停止?jié)脖ぷ鞔嫒糠鈨鲞M(jìn)行下一層澆筑。全部封凍情況以現(xiàn)場(chǎng)打冰眼量測(cè)為準(zhǔn)。相鄰澆冰區(qū)域間隔25m，待兩側(cè)澆冰區(qū)域全部達(dá)到施工要求時(shí)間隔補(bǔ)空進(jìn)行澆冰。通過(guò)計(jì)算算出原冰面承載力，厚度達(dá)到要求的，進(jìn)行冰面清理，未達(dá)到厚度要求的進(jìn)行冰面加厚，達(dá)到要求厚度冰面后進(jìn)行冰面清理，達(dá)到冰面凍結(jié)要求。[4-5]

鋪設(shè)雷諾石籠、填裝塊石、封閉石籠，將組裝好的雷諾石籠擺放到指定位置，擺放時(shí)注意方向統(tǒng)一，以保證安裝完以后相對(duì)應(yīng)的隔板、邊板在同一直線上。填充石料施工完成進(jìn)行石籠封蓋，見圖1。

圖1 鋪設(shè)圖示

2.3 完成沉排

在設(shè)計(jì)雷諾護(hù)坡位置的冰面上定好線，通過(guò)圖紙計(jì)算出雷諾石籠水平距離的坡頂及坡底，進(jìn)行雷諾石籠擺放，擺放完成后進(jìn)行塊石填裝，填裝塊石為跳格填裝，填裝完成后進(jìn)行封蓋，在坡頂處使用8#鐵線與岸邊木樁連接，每個(gè)單元的雷諾石籠可用二道或者三道的8#鐵線做拉線固定于岸邊，防止雷諾石籠下沉?xí)r脫節(jié)或者扭曲，確保坡頂在設(shè)計(jì)位置，在坡底部穿一冰槽，目的是使雷諾石籠穩(wěn)定，不易滑落，根據(jù)坡比1:3計(jì)算水平距離與坡面相交處角度為18°，確保雷諾石籠沉降于指定位置。2。

圖2 沉排圖示

3 施工要求

3.1 材料要求

雷諾石籠，孔規(guī)格為：6(D)×8(L)cm，其中D的誤差范圍：-0～+0.8cm，L的誤差范圍：±0.8cm，D為兩個(gè)雙絞合同側(cè)之間的距離。

土工布及復(fù)合土工膜指標(biāo)要求，土工布規(guī)格為400g/m2，單位面積質(zhì)量偏差-7%，厚度≥3.0mm。

塊石料，必須是新鮮或弱微風(fēng)化巖石，石料粒徑7～15cm。

3.2 施工設(shè)備

1m3挖掘機(jī)2臺(tái)，斗容3 m3裝載機(jī)1臺(tái)，翻斗車10臺(tái)；

S3水準(zhǔn)儀1臺(tái)，RTK1臺(tái)，50m鋼尺2把。

3.3 安全保證措施

施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照安全操作規(guī)程進(jìn)行施工，專職安全員在施工中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置警戒標(biāo)志，禁止閑雜人員入場(chǎng)，冰面上施工時(shí)，所有施工人員必須穿帶救生設(shè)備，保證在意外發(fā)生時(shí)立即進(jìn)行救援。

4 效益分析

根據(jù)船只拋石施工及陸路施工和雷諾石籠冰面沉排施工，冰面沉排施工不僅節(jié)約了成本，還使得工期提前，節(jié)省了資金，經(jīng)濟(jì)效益顯著，另外采用雷諾石籠冰面沉排施工保證了施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，從時(shí)間、工期、安全多方面均取得效益。根據(jù)概算比較松花江干流堤防工程，采用雷諾石籠冰面沉排施工，節(jié)省了工期為20d，節(jié)約投資16萬(wàn)元；哈魚島工程，采用雷諾石籠冰面沉排施工，節(jié)省了工期為25d，節(jié)約投資21萬(wàn)元。

黑龍江省地處中國(guó)最北端，施工季節(jié)短，采用雷諾石籠冰面沉排施工，在黑龍江省堤防工程中應(yīng)用，可以大大縮短工程施工工期和成本，為黑龍江省冬季提防工程提供技術(shù)支持。