長(zhǎng)江南京以下12.5 m深水航道二期工程深水充灌袋裝砂堤心施工工藝

張慶文，胡子軍，譚煒強(qiáng)

長(zhǎng)江南京以下12.5 m深水航道二期工程深水充灌袋裝砂堤心施工工藝

張慶文，胡子軍，譚煒強(qiáng)

（中交一航局第二工程有限公司，山東青島266071）

長(zhǎng)江南京以下12.5 m深水航道二期工程，首次成功應(yīng)用深水充灌袋裝砂堤心施工工藝，最深施工水深-35 m。通過(guò)優(yōu)化充灌砂袋縫制工藝，完善充灌袋裝砂鋪設(shè)流程，實(shí)現(xiàn)了充灌袋裝砂堤心施工工藝在深水施工中的應(yīng)用。深水充灌袋裝砂堤心施工工藝，提高了施工效率，提升了堤身成型精度，降低了消耗系數(shù)，確保了工程質(zhì)量。

深水航道；充灌袋裝砂堤心；施工工藝；多波束

0 引言

長(zhǎng)江南京以下12.5 m深水航道建設(shè)工程是落實(shí)國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略要求、建設(shè)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶、打造長(zhǎng)江黃金水道的重點(diǎn)項(xiàng)目。中交一航局承建的二期工程和暢洲水道整治工程位于江蘇鎮(zhèn)江與揚(yáng)州之間的鎮(zhèn)揚(yáng)水道，施工區(qū)域距離上游南京市約95 km。工程內(nèi)容包括新建2道長(zhǎng)度分別為1 817 m和1 919 m的潛堤及其接岸工程，完成和暢洲水道共10.771 km的護(hù)岸專項(xiàng)工程，以及完成上述工程所需的一般項(xiàng)目。本工程袋裝砂堤心施工工程量642 938 m3，其中深水部分為504 674 m3，最大施工水深為-35 m。

20世紀(jì)70年代，袋裝砂堤心技術(shù)引入我國(guó)，得到了逐步推廣和應(yīng)用。由于袋裝砂堤心技術(shù)具有造價(jià)低廉、選材方便、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水工領(lǐng)域。特別是近幾年來(lái)，隨著我國(guó)港口工程建設(shè)的大力發(fā)展和推進(jìn)，袋裝砂堤心技術(shù)得到了更為廣泛的應(yīng)用。

1 深水充灌袋裝砂堤心施工工藝

1.1 方案比選

國(guó)內(nèi)外袋裝砂堤心主要采用充灌袋裝砂和拋填袋裝砂2種施工工藝。對(duì)于水深較淺區(qū)域（一般小于-6 m），一般采用充灌袋裝砂工藝。比較典型的長(zhǎng)江口深水航道整治工程，首次大規(guī)模使用充灌袋裝砂工藝，成功的在5～6 m水深區(qū)域應(yīng)用充灌袋裝砂堤心，對(duì)于推動(dòng)國(guó)內(nèi)袋裝砂堤心技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、大型化、現(xiàn)代化和規(guī)?；瘧?yīng)用起到了關(guān)鍵作用[1-2]。對(duì)于水深較深區(qū)域（一般大于-6 m），一般采用拋填袋裝砂工藝。比較典型的上海洋山港深水港區(qū)工程，施工中首次在深水區(qū)運(yùn)用拋填袋裝砂工藝，工程中經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)確定的4 m伊6 m拋填砂袋，對(duì)于后續(xù)工程具有重要的指導(dǎo)意義[3-4]。

長(zhǎng)江南京以下12.5 m深水航道二期工程實(shí)施過(guò)程中，首先選取-30 m水深處進(jìn)行了拋填砂枕（準(zhǔn)1.9 m伊10 m和準(zhǔn)1.2 m伊10 m）及拋填袋裝砂（4 m伊6 m）試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，砂枕滑落至鋪排船斜板邊緣時(shí)，受自身重力和水流沖擊力影響，容易造成拼縫破裂，破損率較高。拋填袋裝砂入水后漂移呈離散趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)同一船位、同一位置連續(xù)拋填10個(gè)小砂袋，漂移距為5.53～17.59 m。

綜上分析，認(rèn)為拋填砂枕和拋填袋裝砂堤心施工工藝無(wú)法保證堤體輪廓精確成型，施工消耗大、控制難度高，決定在本工程中使用深水充灌袋裝砂堤心施工工藝。

1.2 工藝實(shí)施要點(diǎn)

1）通過(guò)滑板摩擦系數(shù)試驗(yàn)確定滑板與砂袋間的摩擦系數(shù)，結(jié)合水流力計(jì)算施工船舶受力情況。

2）進(jìn)行砂袋受力計(jì)算，砂袋表面縫制加筋帶，防止撕裂。

3）充灌過(guò)程中，通過(guò)砂泵功率計(jì)算和運(yùn)砂船消耗雙控，控制砂袋充盈率。

4）施工完成后，利用多波束檢測(cè)技術(shù)，精準(zhǔn)反饋砂袋鋪設(shè)質(zhì)量。

1.3 工藝流程

深水充灌袋裝砂堤心施工工藝流程見(jiàn)圖1。

1.4 操作要點(diǎn)

1.4.1 裝備選型

考慮到深水、大流速的惡劣施工工況，長(zhǎng)江南京以下12.5 m深水航道二期工程施工中，采用滑板支撐式深水鋪排船施工作業(yè)?；逯问缴钏伵糯捎弥问交弩w系，吊索只在滑板起降時(shí)使用，鋪排工作狀態(tài)下吊索鋼絲繩處于放松狀態(tài)。

1.4.2 深水充灌砂袋縫制

圖1 施工工藝流程Fig.1Construction process flow

砂袋尺寸規(guī)格根據(jù)袋體設(shè)計(jì)位置、水深條件、施工部位不同而不同（圖2）。制定加工計(jì)劃前，對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)地形情況確定砂袋加工長(zhǎng)度，并增加3 m富裕長(zhǎng)度（富裕長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際鋪設(shè)效果可進(jìn)行調(diào)整）。充灌砂袋設(shè)計(jì)寬度為20～35 m，根據(jù)水深計(jì)算水流力，確定合適的設(shè)計(jì)寬度。綜合考慮袋體起高、收縮及偏位等因素，為確保相鄰砂袋無(wú)空腔，砂袋加工寬度適當(dāng)增加富裕系數(shù)。砂袋設(shè)計(jì)充灌高度1.5 m。上下兩層袋體實(shí)行錯(cuò)縫鋪設(shè)，避免施工通縫。砂袋表面布置加筋帶，防止袋體撕裂。

圖2 加工長(zhǎng)度設(shè)計(jì)圖Fig.2Length design drawing

1）單元片劃線

根據(jù)袋體設(shè)計(jì)加工圖，在單幅土工布上進(jìn)行縱、橫丈量劃線，保證加筋帶位置準(zhǔn)確。

2）袖口縫制

深水充灌砂袋使用雙層袖口設(shè)計(jì)，充灌完成后，袖口實(shí)現(xiàn)自動(dòng)封閉，無(wú)須進(jìn)行綁扎。

充灌砂袋寬度方向設(shè)置6個(gè)袖口，沿袋體寬度方向均勻布設(shè)，保證在一條直線上。袖口縱向間距6 m，袖口材料與袋體相同，采用丁縫法縫制在單元片體上。袖口直徑30 cm，長(zhǎng)度1.4 m，伸出袋體70 cm，伸入袋內(nèi)70 cm。

3）加筋帶縫制

根據(jù)加筋帶劃線位置，將加筋帶縫制在土工布上。

4）拼幅

相鄰單幅采用包縫法拼接，雙線縫制，針腳均勻順直，縫制強(qiáng)度不低于原織物強(qiáng)度的70%。

5）袋頭縫制

袋頭距離邊緣4 m處將袋體上下兩層縫合，形成獨(dú)立隔倉(cāng)，隔倉(cāng)上均勻布設(shè)6個(gè)袖口。施工前隔艙倉(cāng)在甲板上提前充灌，作為袋體壓載，保證袋體頭部下水后不被水流沖偏，確保實(shí)際鋪設(shè)邊線與理論邊線一致。

6）檢驗(yàn)、打包、入庫(kù)

加工好的袋體依據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)收，合格后準(zhǔn)予出廠。

1.4.3 深水充灌袋裝砂堤心施工

1）施工定位

將施工區(qū)域點(diǎn)的坐標(biāo)輸入GPS定位監(jiān)控系統(tǒng)，并生成施工區(qū)域電子海圖，拖輪及錨艇協(xié)助鋪排船拋錨定位，調(diào)整錨纜，使鋪排船準(zhǔn)確就位。

2）砂袋卷袋

鋪排船卷筒上每1 m設(shè)吊鼻一個(gè)，吊鼻連接12 mm直徑的鋼絲繩。通過(guò)丙綸繩，穿過(guò)袋尾的加筋環(huán)后與鋼絲繩連接，卷袋時(shí)操作人員將砂袋兩邊拉緊，保證卷緊卷勻。

3）頭部隔倉(cāng)充灌

頭部隔倉(cāng)在斜板上提前充灌，充分排水后增加頭部配重。將泥漿泵吊入運(yùn)砂船，泥漿泵將砂漿通過(guò)輸砂管輸送到砂袋。隔倉(cāng)充灌完成后取出砂管，緩慢下降鋪排船斜板，隔倉(cāng)開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)停止（約35毅～45毅），機(jī)械鎖定。在GPS電子海圖指導(dǎo)下拉緊錨纜，微調(diào)船位，使斜板前端處于充灌砂袋設(shè)計(jì)端線位置。松開(kāi)卷筒剎車，利用隔倉(cāng)自重帶動(dòng)袋體下降，計(jì)算水深及袋體長(zhǎng)度，至隔倉(cāng)觸底時(shí)，即為設(shè)計(jì)端線位置。

在長(zhǎng)江深水航道二期工程施工過(guò)程中，根據(jù)水文監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高水位前1.5 h流速較緩，在此時(shí)下袋頭有利于砂袋位置控制。下袋頭時(shí)，根據(jù)實(shí)測(cè)的泥面標(biāo)高、水位以及斜板下放角度、斜板長(zhǎng)度等因素計(jì)算砂袋著床時(shí)需要下放的長(zhǎng)度，提前進(jìn)行隔倉(cāng)充灌，確保高水位前1.5 h隔倉(cāng)著床（圖3）。

4）袋體充灌

圖3 頭部隔倉(cāng)充灌Fig.3Head bulkhead filling

隔倉(cāng)觸底后，沿設(shè)計(jì)軸線調(diào)節(jié)錨纜，緩慢移動(dòng)船位，逐段松動(dòng)卷筒，使袋體分段下滑并逐段充灌。袋體分段充灌長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)測(cè)的泥面標(biāo)高、水位、斜板下放角度、斜板長(zhǎng)度及移船距離等因素計(jì)算。長(zhǎng)江南京以下12.5 m深水航道二期工程施工中，每次移船距離2～6 m，深水區(qū)域比淺水區(qū)域移船距離長(zhǎng)。袋體充填平均高度控制在1.5 m左右。

最后一排袖口充灌時(shí)，充砂軟管隨袋體同時(shí)入水，觸底充灌。軟管與袖口使用活扣連接，袋體充灌完成后，在鋪排船斜板上可將軟管回收。

5）深水充灌袋裝砂堤心檢測(cè)

深水充灌袋裝砂堤心施工完成后，使用多波束進(jìn)行檢測(cè)。多波束系統(tǒng)通過(guò)海量水深數(shù)據(jù)的采集，實(shí)現(xiàn)了水下充灌袋裝砂堤心施工檢測(cè)的可視、定量分析，通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量砂袋充灌完成后的坐標(biāo)位置，可提供不同水深條件下充灌砂袋收縮的參考值，實(shí)現(xiàn)充灌袋裝砂堤心施工全過(guò)程準(zhǔn)確控制。

多波束設(shè)備采用船舷安裝方式，測(cè)量過(guò)程中，采用Qinsy軟件布設(shè)測(cè)線，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形和水深情況合理選擇波束開(kāi)角及測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度。利用聲速剖面進(jìn)行測(cè)區(qū)聲速測(cè)量，并選擇合適地形位置進(jìn)行校準(zhǔn)線測(cè)量（圖4）。

圖4 多波束檢測(cè)結(jié)果Fig.4Multibeam detection results

2 實(shí)施效果

目前，長(zhǎng)江南京以下12.5 m深水航道二期工程和暢洲標(biāo)段充灌袋裝砂堤心施工已經(jīng)全部完成，堤心成型情況滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)定期觀測(cè)，堤身穩(wěn)定，袋體無(wú)破損情況。

3 效果評(píng)估

長(zhǎng)江航道整治工程充灌袋裝砂堤心施工工藝，使我國(guó)具備了深水充灌袋裝砂堤心施工能力，在充灌袋裝砂堤心施工領(lǐng)域跨出了重要的一步。本工程采用的“深水水下充灌袋裝砂堤心施工關(guān)鍵技術(shù)”，經(jīng)中國(guó)水運(yùn)建設(shè)行業(yè)協(xié)會(huì)鑒定為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

據(jù)調(diào)研，上海洋山港深水港區(qū)工程深水拋石堤心采用拋填袋裝砂施工工藝，堤心成型坡度約1頤5[5]；長(zhǎng)江航道整治工程采用充灌袋裝砂堤心施工工藝，堤心成型后，上游坡度1頤3，下游坡度1頤2.5。充灌袋裝砂堤心施工工藝，較之拋填袋裝砂施工工藝，避免了砂袋離散造成的浪費(fèi)，能極好地控制堤心成型坡度[6]，施工成本大大降低。同時(shí)，充灌砂袋較之拋填砂袋，完成單位工程量所需的布體材料較少，土工布用量明顯降低。

深水充灌袋裝砂堤心施工工藝的成功應(yīng)用，極大地提高了施工效率，避免了施工材料浪費(fèi)，施工成本大大降低（見(jiàn)表1）。

表1 經(jīng)濟(jì)效益分析表Table 1Economic benefit analysis

由表1可以看出，如果采用拋填袋裝砂堤心施工工藝，堤心成型后坡度約為1頤5，采用充灌袋裝砂堤心施工工藝，可以準(zhǔn)確地按照設(shè)計(jì)要求成型，節(jié)約用砂348 326 m3，節(jié)約用砂費(fèi)用約376萬(wàn)元；如果采用拋填袋裝砂堤心施工工藝，砂與土工布的消耗比例約為1頤4，采用充灌袋裝砂堤心施工工藝，砂與土工布的消耗比例約1頤2.8，可節(jié)約土工布605 608 m2，節(jié)約土工布費(fèi)用約48萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)江深水航道整治工程深水充灌袋裝砂堤心施工工藝，突破了世界上深水航道整治工程的瓶頸，解決了深水充灌袋裝砂堤心施工的難題，加速深水航道整治等工程建設(shè)的發(fā)展。該技術(shù)的開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)研究成果，引領(lǐng)了國(guó)際上深水航道整治技術(shù)的研究水平，研究成果總體達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，為深水航道整治和建設(shè)工程項(xiàng)目的施工提供了技術(shù)支撐。

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Construction technology of filling bagged sand dike core in deep-water for 12.5 m deep-water channel construction phase域of the Yangtze River below Nanjing city

ZHANG Qing-wen,HU Zi-jun,TAN Wei-qiang
（No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Qingdao,Shandong 266071,China）

Based on the 12.5 m deep-water channel construction phase域of the Yangtze River below Nanjing city,first successful application of construction technology of deep water filling bagged sand dike core of the deepest depth of-35 m.By optimizing the filling sand bags sewing process,improving the filling sand bags laying process,we realized the application of filling bagged sand dike core construction technology in deepwater construction.The construction technology has improved construction efficiency,enhanced the levee molding accuracy,reduced the consumption coefficient,to ensure project quality.

deepwater channel;fill bagged sand dike core;construction technology;multibeam

U656.353

B

2095-7874（2017）09-0070-04

10.7640/zggwjs201709015

2017-02-09

2017-04-29

張慶文（1969—），男，山東青島人，高級(jí)工程師，副總經(jīng)理，港口與航道工程專業(yè)。E-mail：568909225@qq.com