滾筒式鋪排法在護岸工程中的應用

管效仲

(黑龍江省航道事務中心，哈爾濱 150001)

1 工程概況

松花江上某橋區河段航道整治工程，為控制河勢，穩定航槽，擬對1#江心州島頭及右側(主航道左岸)兩段護岸進行防護。上游護岸長1100m，防止江心島側向侵蝕及崩塌后退，穩定航槽，并保持主河道分流比的長期穩定。下游段護岸長1170m，保證航道開挖后航槽穩定。護岸總長2270m。

護坡采用30cm厚雷諾護墊，下鋪無紡布反濾層結構型式。護腳采用拋石棱體結構，護底采用無紡布壓排石護底結構，壓排石厚度40cm，護底護至拋石護腳外20m。

按照工程總體安排，護岸工程計劃當年完工，計劃開工日期為5月25，完工日期8月10日。

2 既有鋪排工藝分析

土工織物軟體排作為護底或護灘結構在松花江的航道整治工程中得到了廣泛應用，經過黑龍江航道建設者們的探索和實踐，對土工織物軟體排的施工積累了豐富的經驗，形成了具有地域特色的施工方法，現介紹如下：

滾筒式沉布法：其主要程序為，選擇平整地面滾筒卷布，運至現場，水下鋪布，用駁船裝載塊石，人工拋石壓布。該方法曾在1994年佳同線整治工程新城區段施工中嘗試使用[1]。其不足之處在于：①施工定位困難、前進方向不好控制；②相鄰排體間搭接是施工難題；③滾筒卷布后較重，定位沉放時需要大型起重工具。基于以上原因，該工藝方法在后續航道整治工程中未推廣應用，也未進行更深入的試驗研究。

簡式屏蔽法沉布：簡式屏蔽法沉布是1995年在佳同線整治工程樺川區段施工中試驗成功，此法工藝簡單，易于掌握使用，無紡布著床到位較準確，施工效率高，在后續的丁壩、鎖壩護底工程中得以推廣應用。該工藝方法對施工船舶要求較多，除了機動船外還需要配置3艘船，其中1艘駁船(或平臺)專用于放布，1艘駁船用于倒運塊石和人工拋石沉布，移船和定位通過定位駁來實現，通過3艘船組合到一起才能實現水下沉布。顯然，在船舶設施不具備的條件下，該工藝方法就無法實現。

冰面上沉排法：冰面上沉排法是利用寒區河流的封凍期在冰面上進行的土工織物軟體排沉排方法。將加工完成的軟體排鋪展在冰面預定位置后，先采用錨固槽等措施將軟體排臨岸一邊錨固在岸坡上，再用塊石、石籠等材料壓載使排體下沉。有自然沉排法和強迫沉排法[2]。自然沉排法是在河流即將解凍時實施，排體隨冰層融化逐步下沉。強迫沉排法是在河流封凍期實施，在已完成壓載的排體臨水邊開冰槽、打冰眼，使排體所在冰面與周圍冰面斷開，實現排體快速下沉。冰面上沉排法因具有工藝簡單、無需特殊設備的特點，在東北地區的水利堤(岸)坡防護工程中被大量采用。

而該項目，根據工期要求，水下護底工程不可能選擇冬季施工，必須在夏航期完成。若采用簡式屏蔽法沉布，除了機動船外，還需配備2艘駁船和1艘定位駁，而當時該項目只有1艘駁船(船舶尺寸為24.2m×7m×1.4m)可用，顯然無法采用該工藝方法。

在此情況下，項目團隊將關注點再次聚焦到了已被棄用的滾筒式沉布法。雖然該方法具有很多缺陷和不足，但其對船舶的要求少，通過對設備和工藝的改進，有可能實現軟體排的水下鋪設。

前面已經提出了滾筒沉布法的缺陷和不足，于是以此為突破口，依托具體工程進行試驗和技術攻關，對滾筒進行了諸多創新性改進，通過試驗對具體工藝環節進行優化，形成了新的滾筒式鋪排法，圓滿完成了該工程的水下軟體排護底工程任務，并收到較好效果。現對滾筒式鋪排法的實現過程進行回顧，并對該工藝方法進行提煉。

3 滾筒式鋪排法

3.1 滾筒的改進

針對滾筒的改進提出以下原則：①有利于滾筒定位及方向控制；②控制滾筒重量有利于人工操作；③有利于實現相鄰排體間搭接；④有利于鋪排工藝進一步優化。

3.1.1 滾筒加粗設計

圓管太細，剛度就小，容易彎曲，不利于其在水下滾動，特別是在河底前進方向遇到有塊石等凸起物阻擋時，無法滾動爬過；圓管太粗，重量大，不利于人工操作。

滾筒長度決定了每次鋪排長度，受所用船舶總長限制不能太長，綜合考慮擬定滾筒長度為18m。選擇直徑108mm的圓管，焊接成長18m圓筒，其重量約為160kg，可實現人工操作。為加大滾筒直徑，沿管壁外圍設置3根鋼筋(Φ12以上)，通過短鋼筋焊接在圓管上，使所述鋼筋呈等邊三角形分布在所述圓管外圍，并在鋼筋外圍等間距焊接若干圓環。這樣滾筒直徑加大了，但重量增加不多，加工后，滾筒直徑增加至200mm左右。

3.1.2 滾筒兩端封堵

滾筒是否封堵，直接影響其在水中所受的浮力大小，進而影響對滾筒的操作難度。若兩端敞口，滾筒入水、出水時就增加了筒內水重，不利于對滾筒的操作；兩端封堵后，滾筒在水中所受浮力加大，便于人員操作。同時，滾筒兩端做封堵處理，也便于兩端軸承的安裝。

3.1.3 軸承設置

在滾筒兩端安裝2個軸承，軸承外側焊上拉環用于系結繩索，將2根繩索分別系結在滾筒兩端拉環上，同步拉繩索即可實現滾筒的滾動。

3.1.4 卷排支架設計

現有的滾筒沉布法，滾筒卷排一般是在比較平坦的地面進行，將縫好無紡布排鋪展于地面，將滾筒擱置在排布一端，幾個人再同步朝一個方向滾動滾筒實現卷排。這種卷排方式，要求地面平整，操作人員同步。該方法不僅耗費人工，效果也不好，經常產生兩端不同步現象。為解放人力，設計專用卷排支架。

受船用鋼絲繩線盤架啟發，設計專用卷排支架，用卷鋼絲繩的方式卷排。所述支架為2個，每個支架可獨自站立，滾筒兩端設有軸承及軸桿，將滾筒兩端的軸桿分別擱置于2個支架上，滾筒借助外力即可實現轉動。為使其轉動順暢，又設計了專用搖把，1人操作即可帶動滾筒在支架上轉動實現卷排。

3.1.5 結論

1)滾筒加粗和封堵設計，滾筒重量增加不多，水中又可借助浮力作用，從而有利于對滾筒的控制。

2)滾筒加粗肯定有利于滾筒前進方向控制，但還需要在實踐中進一步檢驗。

3)滾筒兩端增設軸承和拉環，更有利于對滾筒的控制。

4)卷排支架的設計，大大提高了卷排效率，同時節省了人力。

3.2 工藝試驗

3.2.1 船舶駐位方式

將唯一的駁船作為鋪排船，下放滾筒及拋石均在該船上。船體順水流駐位，駁船設主錨1口、外側(船體左側)設邊錨2口，臨岸側(船體右側)在岸上設地籠多處，每間隔30m設1處。

護岸水下部分鋪排采取由下至上的順序展開，排體間搭接作業。隨著鋪排進展再移動地籠和邊錨。

3.2.2 排體展開控制

1)滾筒(卷好排布)入水后呈漂浮狀態，不好控制排體著床：

針對該問題，先將卷排滾筒放入水中，待水慢慢浸入排體，滾筒不再處于漂浮狀態后再下放控制繩索，直至滾筒完全落到河底預定位置。

滾筒入水前先用3根φ16mm尼龍繩將其捆住，用于控制其入水，同時也防止滾筒轉動。此時，加上滾筒兩端的繩索，就有5根繩索用于控制滾筒入水。為便于船上人員對該環節的控制，放繩收繩可借助船上系纜樁實現。

2)從水邊向深水區滾動：

卷布滾筒就位后，先將軟體排的岸側邊緣用塊石壓住，滾筒從坡頂向深水區慢慢滾動，隨著排布展開逐漸拋石壓載，使排布著床。

試驗中發現，該方法在淺水區緩坡段可行，當排布展開至深水區時滾筒容易失控，特別是陡坡處，滾筒往往快速朝坡底滾動，當拋石壓載跟不上排體展開速度時，就發生排布漂浮現象。

試驗結果表明，從水邊向深水區滾動鋪排方式只對淺水區緩坡段適用。

3)從坡底端向水邊滾動：

該作業方式，首先要解決深水區排邊的壓載問題，因為滾筒開始滾動后，排體邊緣脫離滾筒的瞬間就處于自由狀態，若壓載不及時就會漂浮。因此，排體外邊緣考慮采用系結壓載方式，即將塊石墜或沙袋作為壓載體系結在排體外側邊緣，所述壓載體在船上系結完成后隨著滾筒一起入水。

當滾筒在預定位置著床后，先將捆扎滾筒的繩索松開并拽出，隨后由岸上人員通過留在岸上的繩索控制滾筒，同步拉滾筒兩端繩索，滾筒開始從坡底向上滾動，排布逐漸展開，船上人員及時拋石壓排，確保拋石到位準確。

試驗結果表明，采取從坡底向上滾動鋪排方式可行，但就以下問題還需要完善：①滾筒向上滾動時，坡面上遇到凸起物阻擋，或出現滾筒停止不前，或造成滾筒彎曲；②該操作方式，排體展開是由岸上人員控制，拋石壓排是由船上人員完成，這種分離式操作方式使得排體展開與壓載往往不同步，需要對此進一步優化。

4)繩索輔助滾筒過障：

針對試驗中滾筒過障困難問題，采取繩索輔助滾筒過障方法。即在滾筒上設3根φ16mm尼龍繩作為控制繩，卷排時先將3根尼龍繩的一端間隔系結在滾筒上，隨排布一起卷入滾筒。鋪排前，將繩索的自由端交給岸上人員控制，加上滾筒兩端的控制繩一共是5根，岸上繩索至少由3人控制。鋪排開始，由岸上人員拉緊滾筒兩端繩索，滾筒開始滾動，排體逐漸展開，卷入滾筒的3根繩索會自然漂起，岸上人員隨時收緊繩索，遇到阻礙就用力拉拽繩索，輔助滾筒滾動爬過障礙，至淺水區時可由岸上人員將排體邊緣壓實。

試驗表明，通過增加控制繩的辦法可以解決滾筒過障問題，而且控制繩的操作還有利于相鄰排體間搭接的實現。

3.2.3 鋪排定位控制

為準確控制鋪排位置，在岸上設有導標，標示出排體的上邊線和下邊線，導標位置隨鋪排進度調整，以標線為準確定滾筒下放位置。

為便于觀測，在滾筒兩端用細尼龍繩系上浮漂，施工人員就可以看到滾筒所在位置和運動軌跡，同時在船上用探桿摸測確認。

當發現滾筒位置偏移控制線時，可暫停鋪排，通過提拉控制繩移動滾筒一端或整體移動以使滾筒歸位。這樣就解決了滾筒定位不準或排體偏移的問題。

3.2.4 排體間搭接方式

排體要實現搭接，就相當于讓滾筒一端在已鋪設完成的排體上連續滾動過障礙。雖然滾筒的加粗設計和加設控制繩索都有利于滾筒過障，但為確保排體間搭接質量，決定調整排體間搭接方式。即由通常的先下后上的鋪排順序調整為先上后下的順序。具體為，在鋪設上游第一張排時就控制壓載拋石的數量和位置，拋石量以確保排體穩定著床為宜，拋石位置以壓排頭(排體迎水面邊緣)為主，排體其他部位少量均勻拋石，排尾2-3m范圍暫時不拋，排體間搭接2m，下一張排排頭正好壓在上一張排的排尾處，這樣滾筒遇到障礙的可能性就降低了很多，在排體壓載時也同時壓住了上張排的排尾。在鋪排完成一段后，再集中補拋壓排石。

實施中用探桿摸測確認，該搭接方式可行。

3.2.5 集中控制方式

從上文分析可知，排體展開控制在岸上，拋石在船上，這種分離控制方式容易出現排體展開后拋石跟不上的情況，于是考慮設法實現在船上集中控制，即將控制滾筒的繩索移到駁船上。

這就涉及到滾筒與船的聯結方式和相對位置的選擇，展開的排體或位于臨岸側或位于船體外側。若將展開排體置于臨岸一側，就需要在船右側加設懸臂支架，聯結滾筒的繩索通過支架導向再與船舶連接，并由船上人員統一控制，這樣才能使滾筒始終處于船體前面。但該方法存在明顯弊端，就是懸臂支架不利于滾筒入水的操作。于是考慮將展開的排體(寬度1-2m)位于駁船外側，即在船體左側拋石，即滾筒在駁船左側底部滾動。為便于操作，滾筒仍從臨岸一側上船，也在臨岸側船舷入水，用船上的系纜樁控制滾筒上的繩索。

綜上所述，集中控制鋪排方法為：滾筒在船體右側上船及入水，左側展排拋石。先將船舶準確定位，使船體臨岸一側處于擬鋪設排體的外側邊緣位置，經準確定位后，滾筒在船右側入水，包括已經系結在排體邊緣的塊石墜子一起入水，當滾筒到河底時，再收緊岸側地籠的纜繩向岸側移船，同時放滾筒的控制繩索，使滾筒剛好處于船體的左側邊緣，再向岸邊緩慢移船，此時收緊船右側滾筒的控制繩索(繩索位于船底)，包括控制排布展開的3根繩索。通過繩索的逐漸收緊，帶動滾筒稍微滾動，使排體在船左側展開1-2m，此時所述的塊石墜子壓住了排體的自由端，再人工拋石使展開的排體著床并壓實，要確保滾筒移動時不能拖動已著床排體。此時再向岸側緩慢移船，邊移船邊拋石，即實現了排體展開與拋石的集中控制。

3.3 鋪排流程

1)施工放樣：

護岸工程布置在主航道左岸，用岸標即可標示鋪排位置。根據設計鋪排范圍，在岸上設排體的上下游邊線導標，從上游端部開始設立。確定水邊起始位置后，排體外側邊緣位置可通過實際測量確定。根據所設導標進行移船及鋪排作業。為便于施工人員操作，可先在施工區域設置浮標，標示出軟體排鋪設的輪廓線，以方便移船定位。

2)材料準備及裝運：

軟體排加工、卷排和塊石墜制作均在岸上進行，為提高鋪排效率，加工制作了3個滾筒，可一次裝船。滾筒裝船是在駁船靠岸后由人工完成，塊石裝船是將駁船靠在承運塊石的民船上用裝載機裝船。制作塊石墜可用30cm以下塊石(也可用沙袋代替)，用18#鐵線綁扎，與塊石一起裝船。考慮就近拋石，盡量在船左側多裝塊石，右側船舷用于裝載和下放滾筒。

3)駁船駐位：

將駁船拋錨駐位在擬鋪排位置上游處，再用錨艇將左側邊錨送到位(1口上邊錨，1口下邊錨)，右側設邊纜與岸邊地籠聯結。船舶駐位前應先在岸邊合適位置每間隔30m左右設多處地籠，可根據需要將邊纜系結在不同地籠上。所用駁船應進行如下檢查和準備：①兩側系纜樁位置合適，每側≥4個；②船上有人力錨機，用于控制纜繩。

4)移船定位：

駁船駐位后，摸測排位區域河床水深，并摸測河底是否有影響滾筒滾動的異常凸起物，確認無影響后將駁船定位在擬鋪排位置，使駁船右側對應排體外側邊緣。

5)系結塊石墜：

先將卷好排布的滾筒移至駁船右側船邊(系纜樁外)，將塊石墜間隔系結在排體邊緣的加筋帶上，每間隔30cm-50cm系1個。

6)下放滾筒：

確認排體邊線位置和外側邊緣位置無誤后，用3根φ16mm尼龍繩捆住滾筒，將滾筒兩端的繩索留夠下放長度系結在船側的系纜樁上，再沿船側面下放滾筒。待水慢慢浸入排體，當滾筒不再處于漂浮狀態后再同步下放控制繩索，直至滾筒完全落到河底預定位置。隨后將捆扎滾筒的繩索解開并拽出備用。下放滾筒前，應將事先準備好的浮漂系結在滾筒兩端。

7)調整船位：

通過收放船上纜繩向岸側移船，同時放滾筒的控制繩索，使滾筒剛好處于船體的左側邊緣，再向岸邊緩慢移船，此時收緊船右側滾筒的控制繩索(繩索位于船底)，包括控制排布展開的3根繩索。

8)排體展開：

將滾筒的控制繩索逐漸收緊，帶動滾筒稍微滾動，使排體在船左側展開1-2m，在塊石墜作用下排邊首先著床，再人工拋石使展開的排體著床并壓實。此時，將控制滾筒的5根繩索均系結在船體右側的系纜樁上，排體的展開由船上纜繩集中控制。

9)拋石壓排：

繼續向岸側緩慢移船，帶動滾筒滾動，排體逐漸展開，船上人員立即在左側船邊拋石壓排，壓載塊石要先壓住排頭(迎水側)，再向后均勻拋石，使展開的排體著床。過程中隨時對準岸上導標校核排位，發現偏斜就暫停作業，通過移動滾筒位置及時調整。當駁船靠近岸邊時，暫停鋪排作業。再調整船位，使滾筒重新回到船體右側，將船上控制繩交給岸上人員控制，再從船體右側拋石壓排，接岸水邊部分可由岸上人員壓載處理。

10)搭接鋪排：

排體間設計搭接2m，為便于排體間搭接，在鋪設上一張排時就控制壓載拋石，拋石量以確保排體穩定著床為宜，排尾2-3m范圍暫時不拋石。

移船重新定位至下一張排位置，再按照(4)-(9)的流程完成下一張排的鋪設。

11)補拋壓排石：

因所用駁船承載能力小，為提高工效，每次鋪排拋石量以能使排體穩定著床即可，以減少駁船周轉次數，在鋪排完成一段后，再按設計要求補拋壓排石。

12)施工效果檢測：

施工過程中，施工人員要隨時檢測鋪排質量。可用探桿摸測排體邊線位置和著床情況，若位置偏移過大可通過移動滾筒逐漸糾偏，若著床不實，可再次集中拋石壓載。

4 幾點設想

4.1 流水作業的實現

因當時受船舶短缺制約，采用該工藝鋪完3張排就只能暫停作業，需要駁船再裝運軟體排和塊石等材料，到場后重新駐位才能繼續鋪排作業，所以平鋪排效率不高。若增加1艘駁船專門負責材料運輸及拋石作業，采用合理的聯結方式，就可實現鋪排流水作業。

4.2 關于滾筒長度

該方案滾筒長度選擇18m，這樣就限制了每次卷排長度。這樣選擇主要是考慮人工操作的難度，若再增加長度，為保證其剛度又要增加直徑，這樣就不利于人工操作；其次，駁船長度也是滾筒長度受限的原因。

由此可見，在具備合適船舶并配置起吊設施的情況下，就可增加單次鋪排量。

4.3 關于丁鎖壩施工

所述滾筒式鋪排法是在護岸工程水下軟體排施工中提出并試驗成功的，對于水下軟體排的施工條件，護岸工程與丁鎖壩工程類似，都可以采用滾筒垂直水流向鋪排，對于丁鎖壩還可減少搭接作業，只需增加卷排長度即可。

其不同點在于，常見的丁鎖壩護底寬度一般為30m以上，對于小滾筒就需要分次完成壩體鋪排。滾筒加長后就需要較大型船舶并增設吊裝設備來實現。

5 結 語

項目團隊以工程中遇到的實際問題為導向，從滾筒式沉布法在以往實施案例中遇到的痛點入手，進行技術攻關，以試驗效果為依據，在實施中逐步完善，提出了在船舶設施嚴重不足的情況下，護岸工程水下軟體排鋪設的解決方案，順利完成了所承擔的工程任務。并提煉形成了軟體排鋪設的新型工法——滾筒式鋪排法，為類似工程提供了新的解決方案和思路。