鋪排船在感潮區(qū)充泥管袋施工中的應(yīng)用

蘭 昌 志， 蔡 亮， 李 建

(中國水利水電第五工程局有限公司 第二分局，四川 成都 610225)

1 概 述

由我公司承建的太倉市應(yīng)急水源地工程位于太倉市長江口瀏河口上游側(cè)邊灘上，圍堤由北堤、東堤、南堤圈成，全長4 486 m，形成區(qū)域面積為220萬m2的水庫，其總?cè)萘繛? 742萬m3，有效容量為1 427萬m3。新建圍堤分為兩個標(biāo)段，其中1標(biāo)為北堤966 m，東堤1 309 m，總長2 275 m，充泥管袋吹填沙共90.5萬m3，堤芯吹填沙59.2萬m3。

圍堤堤身采用充泥管袋和吹填沙筑成，堤身采用底層通長管袋和內(nèi)外充泥管袋雙棱體斷面形式，底層通長沙袋厚度為1 m，其余袋層沙袋厚度為0.5 m，斷面形式見圖1。

東堤原始灘面高程為-3.5 m，北堤原始灘面高程為-1～-1.5 m，施工期間最高潮位為2.06 m，最低潮位為-1.72 m，每天潮漲潮落各兩次，每天漲潮和落潮的時間不同，潮位也不一樣。沙源地距施工現(xiàn)場15 km，施工自然條件復(fù)雜，受風(fēng)浪及大霧天氣影響較大。

圖1 圍堤斷面結(jié)構(gòu)圖(單位:m)

工程開工日期為2010年12月15日，圍堤龍口合龍日期為2011年3月29日，全斷面完成日期為2011年5月31日，工程合同造價為1.53億元。

在充泥管袋施工中，袋體鋪設(shè)一般采用定位船輔以人工施工，但定位船在使用上存在局限性，適用于灘面較淺的水域。而近年來在充泥管袋鋪設(shè)施工中，鋪排船的應(yīng)用效果越來越明顯。鋪排船是一種非自航工程作業(yè)船，主要功能是在沿江、沿海區(qū)域鋪設(shè)管袋及排體，適用于較深水域施工，具有控制效果穩(wěn)定、施工進(jìn)度快等特點，因此，有必要對鋪排船在充泥管袋施工中的作用進(jìn)行分析。

2 鋪袋方案比選

2.1 施工條件

由于圍堤施工時間緊、任務(wù)重、強度高、地層沉降量大、施工條件惡劣，要按時完成目標(biāo)具有挑戰(zhàn)性，采用什么樣的施工方法、投入什么樣的機(jī)械設(shè)備將決定工程的成敗。經(jīng)過多方討論并參考類似項目的施工經(jīng)驗，結(jié)合定位船和鋪排船的施工效率和使用條件等方面進(jìn)行了綜合比較。

2.2 鋪排船與定位船施工的比較

2.2.1 鋪排船構(gòu)造

鋪排船是一種非自航的工程船，主要用于圍堤和航道整治工程中軟體排護(hù)底和袋體的鋪設(shè)。船上最關(guān)鍵的部分是鋪排系統(tǒng)，而鋪排設(shè)備又是鋪排系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)部分。鋪排設(shè)備主要由翻板、吊架、卷筒及其驅(qū)動裝置、導(dǎo)梁和各種專用絞錨機(jī)組成。目前的鋪排船大都采用手動方式進(jìn)行控制，主要依靠船工經(jīng)驗來協(xié)調(diào)控制各條纜繩的收放，通過GPS定位系統(tǒng)實現(xiàn)船舶的移船和定位。

2.2.2 鋪排船施工的優(yōu)劣

鋪排船可以在較深的水域進(jìn)行施工；可通過自帶的GPS定位系統(tǒng)按設(shè)計點位進(jìn)行布控；可利用自帶的絞錨機(jī)收放錨繩，對船體進(jìn)行移動和微調(diào)；采用多錨對船體進(jìn)行固定，使船體位移減?。幻總€作業(yè)面只需一艘船；鋪袋時邊鋪邊吹沙，受風(fēng)浪影響較?。话踩院?；可操作性強；施工進(jìn)度快；投入的設(shè)備和人員較少；但其在潮位較淺時容易擱淺；但其租賃成本高。

2.2.3 定位船施工的優(yōu)劣

定位船適用于較淺的水域；定位采用岸上全站儀測量定位，誤差較大；船體移動主要借助柴油機(jī)動力，微調(diào)采用人工收放錨繩；船體較小，位移較大；每個作業(yè)面需兩條船；鋪袋是一次性將袋體展開，受風(fēng)浪影響較大；施工速度慢；投入人員較多；受低潮位影響?。坏渥赓U成本低。

2.3 鋪袋方案的確定

根據(jù)施工條件及鋪排船與定位船施工的比較，決定對灘面較深的東堤采用鋪排船鋪袋，灘面淺的北堤采用定位船鋪袋。東堤采用了兩艘鋪排船，其中1#鋪排船卷筒長度為38 m，可卷袋體長度為150 m，吃水深度為2.8 m，結(jié)合工程原始灘面高程、潮水位變化情況和船體對袋體的影響，鋪排船可在潮位高程-1 m以下使用?？紤]到袋體之間的搭接長度按3 m計算，每次可形成35 m長度的有效斷面。2#鋪排船卷筒長度為27 m，可卷袋體長度為150 m，吃水深度為2.5 m，結(jié)合工程原始灘面高程為-3.5 m、潮水位變化情況和船體對袋體的影響，鋪排船可在潮位為-0.8 m以下使用。考慮袋體之間的搭接長度按3 m計算，每次可形成24 m長度的有效斷面。而本工程東堤原始灘面高程為-3.5 m，根據(jù)設(shè)計圖紙計算，最大袋體長度為96 m，采用鋪排船進(jìn)行鋪袋比較適用；如采用定位船進(jìn)行鋪袋，由于水深浪大，鋪袋方向垂直于徑流方向，袋體不易鋪設(shè)且不易保證袋體搭接質(zhì)量。

3 施工方案

3.1 施工程序

鋪排船行至設(shè)計圍堤位置后，通過自配的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)將船體定位后拋錨，船體平行于堤軸線，行進(jìn)方向為垂直堤軸線方向，通過絞錨機(jī)收放錨繩，使船體從庫區(qū)側(cè)往外江側(cè)移動。在鋪排船鋪排一側(cè)安裝有翻板，GPS對船體進(jìn)行定位時，使翻板弦邊與設(shè)計邊線平齊，船體定位后，人工將卷在卷筒上的袋體拉至水庫內(nèi)側(cè)的設(shè)計邊線并適當(dāng)垂下管袋頭部，先從邊線處設(shè)置的充灌袖口里吹沙使袋體頭部沉入灘面，再放下翻板，使翻板弦邊與水面持平，待沉入水下的管袋充盈度達(dá)到85%時，將水下充泥軟管割斷，軟管端部再安裝鐵皮套筒，固定于下一排袖口，如此往復(fù)，邊吹沙邊移動鋪排船，直到整個袋體鋪蓋在灘面上，最后形成設(shè)計斷面的圍堤。

鋪排船鋪袋施工方式見圖2。

圖2 鋪排船鋪袋施工示意圖

3.2 施工方法

業(yè)主提供的沙源地距施工現(xiàn)場15 km，施工中配備了吸沙船進(jìn)行采沙，然后用駁船運抵施工現(xiàn)場。施工駁船載重量為800～1 500 t，吃水深度為4～5 m，低潮位時駁船無法抵達(dá)作業(yè)現(xiàn)場。而工程工期緊、任務(wù)重，為使施工不受影響，將吹沙船停在灘面-6 m高程左右的江面，使駁船能與吹沙船并靠，然后利用吹沙船上的吊裝設(shè)備將置于吹沙船上的泥漿泵吊運到駁船上，利用高壓水槍沖水將沙土液化，用泥漿泵將水沙混合液通過吹沙管輸送到鋪排船鋪設(shè)的布袋里，按設(shè)計要求的厚度進(jìn)行吹填。

每艘吹沙船上自配泥漿泵4～6臺，吹沙輸送管為直徑0.35 m的聚乙稀高密度塑料管，吹沙管每節(jié)長10 m，管節(jié)之間用法蘭連接，在吹沙管的出口設(shè)一個分接頭，用鋼管制作成一 個 直 徑 為0.1 m的6孔岔管，每個小管上設(shè)一個閘閥，再用直徑0.1 m的尼龍軟管接到布袋的充灌口里。為保證高壓下尼龍軟管不脫離管袋充灌口，在尼龍軟管頭部綁扎一鐵皮套筒，套筒直徑約為0.1 m，長約0.2 m，并用鐵絲綁扎牢固，待一個袖口處管袋充盈度達(dá)到85%時，將水下尼龍軟管割斷，在斷頭處再綁扎一鐵皮套筒后固定于下一排管袋袖口，如此循環(huán)，直到袋體充灌完成。吹沙船吹沙施工情況見圖3，吹沙管線布置情況見圖4。

圖3 吹沙船吹沙施工圖

圖4 吹沙管線布置圖

當(dāng)?shù)谝粋€袋體完成后，將鋪排船移位到下一個袋體位置，重復(fù)前一個袋體的施工步驟；第二層袋體施工時，亦為同樣的操作，直到所有的袋體結(jié)束。為保證袋體的設(shè)計搭接長度(1 m)，考慮到潮水對袋體的影響，在施工過程中，將搭接長度放大到3 m并錯縫搭接，同時用4條錨繩將鋪排船嚴(yán)格定位。為控制管袋的有效寬度和搭接，管袋制作時，在其兩邊每隔1.5 m設(shè)一拉耳，袋體入水前，在拉耳處扎系浮飄，并利用繩索對拉耳進(jìn)行牽引以保證鋪袋寬度。

東堤通長管袋的鋪設(shè)全部使用鋪排船鋪排，外棱體高程-1 m以下也采用鋪排船鋪排，內(nèi)棱體和高程-1 m以上堤身袋體的鋪排采用人工低潮位鋪排，高潮位時吹填散沙。北堤采用定位船輔以人工鋪排。

3.3 勞力配置

根據(jù)工程實踐，每艘運沙船每班的最佳勞動組織情況見表1，每艘吹沙船每班最佳勞動組織情況見表2，鋪排船及定位船每班最佳勞動組織情況見表3。

表1 每艘運沙船每班最佳勞動組織表

表2 每艘吹沙船每班最佳勞動組織表

表3 鋪排船及定位船每班最佳勞動組織表

4 主要控制重點

4.1 技術(shù)方面

(1)結(jié)合潮位變化、施工進(jìn)度及灘面情況確定施工方案并進(jìn)行技術(shù)交底；

(2)在施工過程中，根據(jù)實際情況優(yōu)化施工方案，調(diào)整進(jìn)度計劃。

4.2 質(zhì)量方面

(1)圍堤吹填施工屬水上作業(yè)，管袋位置除用GPS定位系統(tǒng)定位外，也可用全站儀進(jìn)行復(fù)核，吹填厚度的控制可用竹桿丈量，也可在袋體上系上一定長度的小型浮飄，更要加強對作業(yè)人員的管理，提高作業(yè)人員的質(zhì)量意識。

(2)袋體分層鋪設(shè)，上下層交錯排列，錯縫間距不得低于2 m，在袋體間不得留有通縫、通孔。

(3)相鄰沙袋接頭處應(yīng)擠靠緊密。在充灌搭接在另一袋體上部的袋體時，要先向接縫處充灌，使袋體在沙重力的作用下緊貼下層袋體表面，避免該沙袋在接縫處懸空形成三角縫，不得出現(xiàn)通長底部三角縫。

(4)泥漿泵吹填壓力不宜過大，應(yīng)將管路出口壓力控制在0.2～0.3 MPa。

(5)棱體吹填施工進(jìn)度必須按計劃均勻加荷，施工過程中，每層袋的吹填需待下層袋排水固結(jié)后再鋪設(shè)上層沙袋充沙。施工期間，應(yīng)加強沉降位移觀測，如出現(xiàn)異?，F(xiàn)象則應(yīng)立即停止加載，然后根據(jù)具體情況采取措施。

4.3 安全方面

4.3.1 安全管理措施

(1)設(shè)立以項目經(jīng)理為安全第一責(zé)任人的安全生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，健全安全管理系統(tǒng)，設(shè)置專職安全員，吹填班組設(shè)置兼職安全員。

(2)制定安全施工獎懲制度，制定水上水下施工應(yīng)急預(yù)案。

(3)施工船舶嚴(yán)格按照海事部門的要求配置人員和安全設(shè)施。

(4)施工前進(jìn)行三級安全教育和安全技術(shù)交底。

(5)工人上下班實行點名制。

4.3.2 安全技術(shù)措施

(1)按照國家勞動保護(hù)法的規(guī)定，定期發(fā)給現(xiàn)場施工的工作人員必需的安全帽、救生衣、防滑鞋等勞動保護(hù)用品。

(2)由專人負(fù)責(zé)收集海情和氣象信息，做好大潮和氣象災(zāi)害的防護(hù)工作，當(dāng)有6級以上的大風(fēng)及大霧天氣時應(yīng)停止施工，并應(yīng)進(jìn)港避風(fēng)。

(3)安裝高頻電話，專人對施工船舶進(jìn)行動態(tài)跟蹤，對施工船舶進(jìn)行調(diào)度。

(4)運輸船嚴(yán)禁超載，穿越航道時應(yīng)慢行。

(5)加強船舶上的用電安全檢查。設(shè)專業(yè)電工兩名，專門對船舶上自配電源及線路進(jìn)行架設(shè)、維修和檢查。

(6)現(xiàn)場人員必須嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)規(guī)章制度，嚴(yán)禁酒后作業(yè)。

(7)禁止非施工人員及附近居民進(jìn)入施工區(qū)域。

(8)加強對危險源的安全檢查，對不安全因素制訂具體的限期整改措施，落實到人。

5 施工效果

鋪排船在太倉市應(yīng)急水源地工程圍堤工程充泥管袋筑堤施工中的應(yīng)用取得了較好的效果，結(jié)合工程實際情況，筆者分析其經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

5.1 加快了筑堤的施工進(jìn)度

本工程水下地形平緩，但平行于長江主航道的東堤灘面較深，而垂直于航道方面的北堤灘面較淺，工程所在地距長江主航道很近，運沙船駁需穿越航道且施工受潮流和徑流的雙重作用。潮汐類型為非正規(guī)半日淺海潮，每天兩漲兩落，呈現(xiàn)較顯著的日潮不等現(xiàn)象，且落潮流歷時長于漲潮流歷時，落潮流流速大于漲潮流流速，故充泥管袋施工受潮汐影響較大，宜在每年的10月份到來年的4月份之間施工。施工進(jìn)度的快慢在生產(chǎn)上具有很大的實際意義，有時甚至將影響到整個工程的成敗。根據(jù)本工程充泥管袋的施工進(jìn)度，采用鋪排船施工的時間從12月18日至3月13日共88個工作日，日進(jìn)占單層長度最快為118 m/d，日產(chǎn)量為11 300 m3。而北堤采用定位船輔以人工進(jìn)行鋪袋的方式，受大風(fēng)及潮汐影響，有效工作時間大大縮減，日產(chǎn)量最高為7 800 m3，且在施工過程中受大風(fēng)影響，袋體容易被吹壞，從而造成了一定程度的經(jīng)濟(jì)損失。東堤工程量較大，采用鋪排船進(jìn)行袋體鋪設(shè)，有效地保證了施工進(jìn)度，并按照要求圓滿地完成了管袋吹填施工任務(wù)。

5.2 提高了工程質(zhì)量

利用鋪排船配備的GPS定位系統(tǒng)，通過鋪排船自帶的鉸錨機(jī)收放錨繩進(jìn)行移船和微調(diào)，可以準(zhǔn)確地將袋體定位，保證圍堤的位置和設(shè)計斷面，從而確?？刂乒こ藤|(zhì)量。

根據(jù)對2011年5月～2012年1月的沉降觀

測資料進(jìn)行統(tǒng)計，外江側(cè)平臺最大月沉降量為44 mm，堤頂最大月沉降量為62 mm，滿足設(shè)計要求。圍堤吹填完成了圍堤基底處理和堤身填筑兩個分部工程，共評定了220個單元，全部為合格，其中166個評定為優(yōu)良，優(yōu)良率為75.4%，質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

5.3 減少了施工成本

鋪排船雖然租金或攤銷費用較高，但鋪排船施工較其它方式效率高，所需施工人員也較少，從而大大降低了施工成本。就本工程而言，東堤采用兩條鋪排船施工，在施工過程中跨越了春節(jié)，春節(jié)期間民工假期較長，但不影響施工進(jìn)度計劃的安排，按時完成了任務(wù)。而北堤工程量較少，施工條件較好且投入了較多的作業(yè)人員，春節(jié)期間沒有放假，發(fā)放了40多萬元的加班工資，但工期仍然落后于東堤，施工成本也增加了不少。

經(jīng)核算，通過采用鋪排船施工方案，使承包商獲得了超過240.4萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論及建議

本工程的實踐證明：深水區(qū)采用鋪排船排袋是合理的選擇，不僅施工進(jìn)度快、質(zhì)量有保障，而且也獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。筆者結(jié)合工程實際對鋪排船在充泥管袋施工中提出以下建議：

(1)要結(jié)合工程工期因素、灘面及潮汐變化等施工條件，認(rèn)真分析和研究采用鋪排船施工是否可行；

(2)采用接長吹沙管至深水區(qū)域的方式，以減少潮汐對吹填施工的影響；

(3)施工中，在淺水區(qū)挖船塢和航道，減少吹沙管長度，提高了工作效率，從而加快了施工進(jìn)度；

(4)施工中增加了沙庫，減少了沙土供應(yīng)不及時對施工造成的影響，減少了受大風(fēng)大霧天氣或低潮位時對施工的影響，從而加快了施工進(jìn)度；

(5)采用每400 m施工一個工作島的方式，提前將工作島施工出水面，以增加人工鋪袋工作面，從而加快了施工進(jìn)度；

(6)要預(yù)留一定的拋高，根據(jù)地勘報告確定沉降的比例。