混凝土鉸鏈排無岸錨沉放工藝與應(yīng)用研究

李銘華，陸 鳳，汪佛海，武雁剛，張友才

(南京市長江河道管理處，南京 210011)

混凝土鉸鏈排護岸可以追溯到20世紀20年代美國密西西比河下游河段河道整治中的鋼鏈串聯(lián)的柔性混凝土塊沉排，沉排工藝為桁架式吊車分條平移排體工藝。20世紀80年代，我國在長江武漢河段天興洲護岸工程中首次應(yīng)用鉸鏈混凝土板-聚酯纖維織布沉排，沉排工藝為旋轉(zhuǎn)式起重船分單元垂直吊排工藝。21世紀初期，在長江重要堤防湖北黃岡干堤呂楊林段護岸工程中，李濤章[1]等提出和實施了水上連續(xù)水平拉排工藝，該工藝具備調(diào)遣機動性強、施工速度快等優(yōu)點，但因當(dāng)時條件所限，使用的臨時改裝沉排船綜合性應(yīng)用、自動控制等均需改善。直到2004年3月，南京市水利建筑工程總公司組織設(shè)計和制造了混凝土鉸鏈排專用沉排船。長江南京二期整治工程中，建設(shè)者們利用該專用沉排船在長江南京銅井段高效地實施了水上連續(xù)水平拉排工藝，克服了此前臨時沉排工作船的缺點，一體化程度大大提高[2-5]。

長江南京新濟洲河段河道整治工程是繼二期整治工程后的又一次系統(tǒng)整治工程，工程于2013年開始實施，其中新生洲右緣采用混凝土鉸鏈沉排護岸形式，護岸工程總長2.784 km，水上采用干砌塊石或雷諾石墊護坡，水下采用混凝土鉸鏈排護腳[6]。該工程實施過程中，工程建設(shè)者因地制宜，在原水上連續(xù)水平拉排工藝基礎(chǔ)上，提出和實施了混凝土鉸鏈排無岸錨沉放工藝。

無岸錨沉放工藝與原水上連續(xù)水平拉排工藝(有岸錨沉排)相比，主要區(qū)別在排首上岸環(huán)節(jié)。有岸錨沉排需要陸上具有設(shè)置岸錨的條件，無岸錨沉排則不需要；有岸錨沉排需要在陸上安排人員和機械，通過陸上、船上雙方人員和機械的配合，實現(xiàn)排首倒拉上岸，而無岸錨沉排中陸上不需要安排人員和機械，僅在沉排船上即可完成排首倒拉上岸的所有操作。

1 工程設(shè)計

長江南京新濟洲河段河道整治工程新生洲右緣沉排護岸工程結(jié)構(gòu)布置如圖1，主要由系排梁、鉸鏈排和陸上護坡組成。

1.1 系排梁設(shè)計

系排梁采用C15混凝土現(xiàn)澆而成，梁內(nèi)布置橫向拉力鋼筋及縱向構(gòu)造鋼筋，并預(yù)留掛排拉環(huán)。系排梁斷面尺寸寬3.0 m，臨水側(cè)高0.7 m，背水側(cè)高1.0 m，下設(shè)15 cm厚碎石墊層。

圖1 鉸鏈排結(jié)構(gòu)布置圖Fig.1 Structure chart & Layout of the interlocking concrete blocks

1.2 鉸鏈排體設(shè)計

鉸鏈排體由混凝土板與排底土工布組成，預(yù)制混凝土板時外留受力鋼筋環(huán)，通過“U”型環(huán)連接。混凝土板尺寸為0.8 m(長)×0.5 m(寬)×0.08 m(厚)，板內(nèi)受力鋼筋按照縱橫向布置。橫向布置2根φ12受力鋼筋，縱向布置1根φ10受力鋼筋?！癠” 型環(huán)由φ12鋼筋制作而成，采用螺栓固定連接。排體設(shè)計總長度2.648 km，單元排體順水流寬度61.6～75.6 m，采用“蓋瓦”式搭接，搭接寬度2 m。水位以上采用陸鋪法鋪排，水下采用沉排船沉放。

水位變幅區(qū)(排首至多年平均低水位)的岸坡區(qū)域河床上首先鋪一層170 g/m2的聚酯纖維織布，同時為防止聚酯纖維織布受紫外線照射老化，在其上鋪一層0.1 m厚的碎石，再鋪厚度為0.2 m的小塊石，最后壓上排體。水位變幅區(qū)以下排體與170 g/m2的聚酯纖維織布一起沉放入水。

2 原水上平拉連續(xù)沉排工藝及適用條件

2.1 原水上平拉連續(xù)沉排工藝

混凝土鉸鏈排施工主要工序為：澆筑系排梁-預(yù)制拼裝混凝土板-鋪放陸鋪排-沉放水下排體。長江南京段目前采用的水下平拉連續(xù)沉放工藝改變了傳統(tǒng)垂直吊排、拼排、沉排的施工工藝，實現(xiàn)了連續(xù)性水平拉排、連排、沉排。原水下鉸鏈排沉放工藝流程如圖2所示。

圖2 原水下鉸鏈排沉放工藝流程圖Fig.2 Flow chart of the original technique of sinking the interlocking concrete blocks

2.2 原水上平拉連續(xù)沉排工藝適用條件

根據(jù)已有工程經(jīng)驗，混凝土鉸鏈排施工中的倒拉排首上岸工序占用時間較長，為關(guān)鍵工序。其排首上岸方式為：如圖3(a)所示，連接排首梁的鋼絲繩17穿過地錨定滑輪18，經(jīng)導(dǎo)向輪3與沉排船上的絞關(guān)4相連。地錨定滑輪18通過地錨鋼絲繩12與岸上地籠11相連。絞關(guān)轉(zhuǎn)動收緊鋼絲繩后拉動排首梁向岸邊移動，最終與陸鋪排(或系排梁)相連。這種排首上岸方式的前提是背水側(cè)堤岸能夠具備設(shè)置地籠的條件。

3 無岸錨沉放裝置和工藝

3.1 無岸錨沉放裝置

未經(jīng)改造前的沉排船如圖3所示，改造后的沉排船如圖4所示。

1-運排船；2-沉排船；3-導(dǎo)向輪；4-絞關(guān)；5-立柱；6-拉排梁；7-排首梁；8-混凝土鉸鏈排；9-滑輪；10-鋼架；11-地籠；12-地錨鋼絲繩；13-斜撐；14-拉繩；15-岸坡；16-陸鋪排；17-拉排梁鋼絲繩；18-地錨定滑輪 圖3 原沉排船示意圖Fig.3 Sketch map of the shop unimproved

1-運排船；2-沉排船；3-導(dǎo)向輪；4-絞關(guān)；5-立柱；6-拉排梁；7-排首梁；8-混凝土鉸鏈排；9-拉排梁滑輪；10-行車；11-鋼絲繩；12-鋼架(舊 )；13-排首梁滑輪；14-拉排梁鋼絲繩；15-鋼架(新)；16-斜撐；17-拉繩；18-岸坡；19-陸鋪排圖4 改造后沉排船示意圖Fig.4 Sketch map of the shop improved

較改造前增設(shè)了以下裝置：排首梁滑輪13[如圖4(a)]；在原沉排船鋼架10[如圖3(a)]上增設(shè)的鋼架15[如圖4(a)]；行車10[如圖4(b)]。

新的排首上岸方式為：如圖4(a)所示，連接排首梁的鋼絲繩穿過滑輪13，經(jīng)導(dǎo)向輪3與沉排船上的絞關(guān)4相連，絞關(guān)轉(zhuǎn)動收緊鋼絲繩后拉動排首梁向岸邊移動，最終與陸鋪排(或系排梁)相連。

行車10的作用：吊運拉排梁、無紡布等其他重物。

3.2 無岸錨沉放工藝

改進后的無岸錨沉放工藝未改變原水下平拉連續(xù)沉放施工工藝的連續(xù)性水平拉排、連排、沉排的思路，在解決不利施工條件的同時，也對關(guān)鍵工序進行了創(chuàng)新，縮短了關(guān)鍵工期。無岸錨地籠沉排鋪放工藝流程如圖5所示。

圖5 無岸錨沉放工藝流程圖Fig.5 Flow chart of sinking the interlocking concrete blocks without riverfront anchor

4 實施效果分析

長江南京新濟洲河段河道整治工程實施無岸錨沉放工藝，經(jīng)完工后水下多波速掃測，水下排體總體平整，沉放位置準確，排體搭接滿足設(shè)計要求。與原水上連續(xù)水平拉排工藝相比，混凝土鉸鏈排無岸錨沉放工藝具有以下優(yōu)點：

(1)實現(xiàn)了無岸錨條件下排首上岸的目的，消除了對岸錨的依賴，減少了埋設(shè)地籠和搬移拉梁過程中人工、材料、機械等消耗，節(jié)省費用。

(2)直接在沉排船上進行排首上岸操作，大大縮短了排首上岸時間，加快施工進度。原水上連續(xù)水平拉排工藝中，一般排首6～15 m為排首上岸段，上岸時間相對固定，一般在40～60 min，占整塊排所有沉放時間的36%，采用無岸錨沉放工藝后，因不再需要在岸上設(shè)置地籠等，減少了工作內(nèi)容，因此排首上岸時間得到縮減。日沉排由原有的3 000 m2增加到4 600 m2左右。

(3)不設(shè)置岸錨后，大部分操作都能在沉排船上完成，基本上不需要機械等在岸上配合，因而減輕了對工程區(qū)域陸上環(huán)境的干擾。

隨著城市堤防防洪能力的不斷提升，部分城區(qū)堤防也相繼進行護岸加固，因混凝土鉸鏈排具有護岸整體性好、抗淘刷能力強等特點，相信其在城區(qū)堤防護岸加固的應(yīng)用也會越來越廣泛，與此同時，施工與環(huán)境、土地的矛盾也日益突出，因此城區(qū)堤防處實施混凝土鉸鏈排護岸時，無岸錨沉放工藝將較為適用。

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[1] 李濤章，葉 松，廖小元．鉸鏈混凝土板沉排新技術(shù)與施工實踐[J]．人民長江，2002，33(8)：26-29．

[2] 張文喜，梁 捷，邵德朋．混凝土連鎖排護底在灘淺海蝕退地基中的應(yīng)用 [J]．水利技術(shù)與管理， 2012，12(12)：34-37．

[3] 李 耀，汪 浩．鉸鏈排施工在長江龍王廟險段的應(yīng)用[J]．巖土工程界，2002，12(6)：53-54．

[4] 李 琳，楊 斌．鉸鏈排平拉法沉排施工 [J]．施工技術(shù)，2007,(S2)．

[5] 何沛山．混凝土鉸鏈排沉排技術(shù)在南汀河河堤維護中的應(yīng)用[J]．水利技術(shù)監(jiān)督，2015，6(6)：81-84．

[6] 仲志余，張子龍．長江南京新濟洲河段河道整治工程初步設(shè)計報告(審定稿) [R] ．武漢：長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，南京市水利規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，2013．