荊江河段航道整治工程高流速下透水構(gòu)件安裝工藝的改進(jìn)

李偉

摘 要：長(zhǎng)江中游荊江河段航道整治工程張家灣潛丁壩中直線段28～128m范圍為透水壩，透水構(gòu)件在透水壩拋石基床整平完成后安裝。由于透水構(gòu)件安裝施工期間，河段自然環(huán)境與歷年有所不同，水位高，流速快，常規(guī)的透水構(gòu)件安裝施工方案實(shí)施效果欠佳，已不能滿足施工需要。為確保透水構(gòu)件安裝的質(zhì)量，提高功效，項(xiàng)目部對(duì)高流速下透水構(gòu)件安裝工藝進(jìn)行了改進(jìn)，最終保證了透水構(gòu)件的順利安裝及潛丁壩總體的施工質(zhì)量和功效。文章對(duì)構(gòu)件安裝的新工藝進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：航道整治 透水壩 透水構(gòu)件 測(cè)量桁架

1.工程概況

張家灣潛丁壩位于長(zhǎng)江中游荊江周天河段顏家臺(tái)下游，周天河段位于長(zhǎng)江中游上荊江末端，距武漢市428km，上起郝穴，下迄古長(zhǎng)堤，全長(zhǎng)27km。潛丁壩結(jié)構(gòu)由護(hù)底、壩身、壩頭3部分組成，其主體結(jié)構(gòu)全部分布于水下。

護(hù)底：采用D型排護(hù)底，排上拋石，排體下游邊緣拋投透水框架，排體上游邊緣及靠近航道側(cè)預(yù)留變形區(qū)邊緣設(shè)置備填石。

壩身：為透水壩、鋼絲網(wǎng)石籠筑壩和拋石壩混合型壩，其中直線段28～128m范圍為透水壩段，勾頭前端120m為鋼絲網(wǎng)石籠筑壩，其余壩體采用拋石筑壩。

壩頭：頂端部為直徑3m的半圓，呈輻射狀與河底相接；沿壩軸線向河坡坡比為1：5，向上、下游逐漸變坡比與壩身平順銜接。

2.透水段壩體及透水構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式

透水段壩體長(zhǎng)100m，里程為28～128m段，由下至上依次為D型排護(hù)底、拋石基床、透水構(gòu)件和模袋混凝土護(hù)面。

透水構(gòu)件為C 3 0鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由底板和上部齒形體組成，高度為2 . 5 m，底板尺寸為3m×3m×0.3m，底板設(shè)20個(gè)直徑160mm的透水減壓孔，上部齒形體由水流方向混凝土柱墻和壩軸線方向兩個(gè)懸臂胸墻組成，每個(gè)胸墻尺寸為1m×1m×1.4m。透水構(gòu)件體積10.48m3，重量為26.2t，共33件。透水構(gòu)件結(jié)構(gòu)圖見圖1。

3.透水構(gòu)件常規(guī)安裝施工工藝

3.1透水構(gòu)件常規(guī)安裝施工工藝流程

透水構(gòu)件安裝施工工藝流程如下：施工準(zhǔn)備→構(gòu)件場(chǎng)內(nèi)吊裝→平板車場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)→構(gòu)件吊裝上船→水上運(yùn)輸→起重船定位→工作船靠泊→運(yùn)輸船靠泊→構(gòu)件安裝→檢測(cè)調(diào)整→下一個(gè)構(gòu)架安裝。

3.2透水構(gòu)件安裝施工方法及要點(diǎn)

（1）施工準(zhǔn)備

構(gòu)件運(yùn)輸、安裝前，應(yīng)先對(duì)構(gòu)件的預(yù)制質(zhì)量進(jìn)行檢查驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行出運(yùn)。

新廠預(yù)制場(chǎng)距張家灣潛丁壩施工現(xiàn)場(chǎng)水上約12km。透水構(gòu)件通過預(yù)制場(chǎng)自有斜坡道碼頭上船，碼頭起重船舶為現(xiàn)場(chǎng)安裝構(gòu)件的起重船，此方案節(jié)約了碼頭起重設(shè)備的費(fèi)用，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較為合理。轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭斜坡道路為碎石路面道路，由于道路受洪水浸泡時(shí)間長(zhǎng)，構(gòu)件轉(zhuǎn)運(yùn)前需先補(bǔ)充碎石，再用20T壓路機(jī)進(jìn)行3～5次均勻碾壓，達(dá)到穩(wěn)定、平整度要求，確保出運(yùn)碼頭道路安全。

（2）透水構(gòu)件場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)

場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)包括：構(gòu)件從預(yù)制場(chǎng)吊上平板車、平板車運(yùn)至碼頭。起重設(shè)備選用50T輪胎式起重機(jī)，運(yùn)輸設(shè)備選用長(zhǎng)9m、寬2.5m的平板車。

每次轉(zhuǎn)運(yùn)一件透水構(gòu)件，構(gòu)件起吊前，在平板車構(gòu)件放置處，預(yù)先擱置厚約2cm的橡膠墊板，平板車尾部焊制[10槽鋼作為擋板，擋板內(nèi)側(cè)采用橡膠墊片進(jìn)行包裹，對(duì)構(gòu)件周邊間隙采用楔形木方進(jìn)行固定，并采用尼龍繩和手拉葫蘆進(jìn)行捆綁、固定防止構(gòu)件在出運(yùn)碼頭斜坡上滑落、破損。平板車倒進(jìn)碼頭斜坡道路停穩(wěn)后，采用楔形木方塞至平板車后輪胎處，防止車輛下滑。

（3）構(gòu)件上船及水上運(yùn)輸

構(gòu)件上船及水上運(yùn)輸采用100t起重船（50m×20m×3.6m）、600T方駁（41m×8.5m×2.5m）等設(shè)備施工。

為解決運(yùn)輸船甲板不平、構(gòu)件碰損等問題，在600T方駁甲板上采用砂帶進(jìn)行底板鋪平，砂帶厚度為10cm。構(gòu)件裝駁后同樣需要采取尼龍繩和手拉葫蘆進(jìn)行必要的固定，防止在運(yùn)輸過程中發(fā)生傾斜或墜落等事故，采取對(duì)稱法裝駁，起重船采取拖輪拖運(yùn)；采用100T起重船將33件透水構(gòu)件起吊至兩艘600T方駁上；一艘運(yùn)輸船先至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，另一艘在預(yù)制場(chǎng)臨時(shí)碼頭等待，待安裝完成一船后，再到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)。

（4）現(xiàn)場(chǎng)起重船定位、運(yùn)輸船靠泊

起重船設(shè)有4個(gè)電動(dòng)絞關(guān)，定位時(shí)拋八字錨，通過錨纜控制起重船的位置。起重船定位于潛丁壩的上游，平行于壩體軸線方向，船舷距離構(gòu)件邊線2m處定位，構(gòu)件運(yùn)輸船平行?？坑谄鹬卮嫌未?。工作船在起重船下游，與起重船垂直定位。工作船主要作用為：潛水員設(shè)備堆放、構(gòu)件安裝拉導(dǎo)向繩等。

（5）構(gòu)件安裝

基床整平驗(yàn)收后，開始安裝工作，安裝由起重船與潛水員配合完成。

起重船精確定位后，構(gòu)件運(yùn)輸方駁?？吭诙ㄎ淮掠蝹?cè)，在起重船上用GPS定位出軸線位置，引導(dǎo)施工，起重船沿壩軸線移動(dòng)。構(gòu)件起吊前，起重船的吊鉤先掛好構(gòu)件吊環(huán)，保持一定拉力（不吊起），在構(gòu)件頂部安裝上采用兩臺(tái)GPS進(jìn)行定位。為防止構(gòu)件在入水過程中在水流作用下，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)偏移；在構(gòu)件入水前在構(gòu)件兩側(cè)吊環(huán)處綁系φ20mm尼龍繩（八字繩），尼龍繩長(zhǎng)度為30m。

每個(gè)透水構(gòu)件吊裝前，采用交通船在構(gòu)件的4個(gè)角點(diǎn)處各放置一道長(zhǎng)度為4m的豎向鋼管作為測(cè)量標(biāo)桿，鋼管的連線呈正方形，正方形的中心坐標(biāo)與構(gòu)件底部的中心坐標(biāo)重合，正方形的邊長(zhǎng)為5m，即鋼管各角點(diǎn)超出構(gòu)件底部各角點(diǎn)的距離均為1m，鋼管采用GPS定位。鋼管放置前其底部各焊接一塊50cm×50cm×5cm鋼板，鋼管與鋼板表面垂直。

起吊工作由專人指揮，檢查無誤后開始起吊。先吊離船體、穩(wěn)定、提高、吊轉(zhuǎn)、八字繩牽引到定位船、入水、依靠定位船與八字繩初步定位，構(gòu)件慢慢入水，構(gòu)件入水過程中，工作船作業(yè)人員同步放尼龍繩。當(dāng)構(gòu)件底距基床0.3m左右時(shí)，停止落鉤，潛水員復(fù)測(cè)，量取構(gòu)件每個(gè)角點(diǎn)與測(cè)量標(biāo)桿的距離，再結(jié)合相鄰構(gòu)件的縫寬和邊線的錯(cuò)臺(tái)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行定位，如偏差過大，重新調(diào)整定位，確保構(gòu)件的角點(diǎn)與測(cè)量標(biāo)桿的距離的差值≤5cm，相鄰構(gòu)件的邊線錯(cuò)臺(tái)≤5cm，縫寬≤3cm，經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可后，方可解扣。

根據(jù)起重船性能參數(shù)，起重船在每安裝6個(gè)構(gòu)件后進(jìn)行移位，工作船每安裝完成2個(gè)，沿壩體軸線前移 6m。

4.透水構(gòu)件安裝施工工藝面臨的困難

透水構(gòu)件安裝于2015年10月21日開始施工，11月20日完成。根據(jù)歷年的平均水位，施工時(shí)區(qū)域水深為3～3.2m，水流速度為0.8～1.2m/s。由于上游雨水多，河段受到三峽大壩放水的影響，施工期間實(shí)測(cè)水深為6～7m，表面流速約2.5m/s，透水構(gòu)件安裝存在的困難如下：

（1）透水構(gòu)件的高度為2.5m，而施工區(qū)域的水深為6～7m，透水構(gòu)件入水后，船上的測(cè)量人員和起重船操作人員無法看到構(gòu)件的方位，難以獲得構(gòu)件偏位的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，起重船操作人員只有通過潛水員上報(bào)的數(shù)據(jù)對(duì)構(gòu)件調(diào)整就位，但水下能見度低，且水上水下的信息傳遞效果相對(duì)欠佳，所讀取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性大大降低，需多次重復(fù)起落鉤才能安裝就位，導(dǎo)致安裝質(zhì)量下降，同時(shí)造成效率低下。

（2）透水構(gòu)件基礎(chǔ)為拋石壩基床，基床表面形成了翻壩水流，水流對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生一定的沖擊，增加了構(gòu)件就位的難度，而安裝區(qū)域空曠，潛水員在水下缺乏有效的著力點(diǎn)，水流的沖擊使?jié)撍畣T行動(dòng)不便，潛水員工作效率也大大降低，需長(zhǎng)時(shí)間停留在水下，直到構(gòu)件安裝就位為止，同時(shí)潛水員在不斷獲取數(shù)據(jù)的過程中，需長(zhǎng)時(shí)間靠近構(gòu)件，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

（3）原計(jì)劃測(cè)量標(biāo)桿的高度為4m，小于實(shí)際水深，不滿足施工要求，實(shí)際選用的標(biāo)桿長(zhǎng)度為8m。雖然標(biāo)桿長(zhǎng)度滿足施工要求，但長(zhǎng)度增加后，撓度也隨之增大，而河段流速快，標(biāo)桿放置就位后受到水流連續(xù)的沖擊，標(biāo)桿一直處于擺動(dòng)狀態(tài)，穩(wěn)定性欠佳，施工過程中進(jìn)一步產(chǎn)生偏差。

5.透水構(gòu)件安裝施工工藝的改進(jìn)

為解決在高流速下透水構(gòu)件安裝面臨的困難，項(xiàng)目部對(duì)透水構(gòu)件安裝的施工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，采用測(cè)量桁架輔助透水構(gòu)件進(jìn)行定位安裝。測(cè)量桁架具有一定的抗水流能力、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，將透水構(gòu)件的水下安裝施工轉(zhuǎn)變?yōu)樗习惭b施工。測(cè)量桁架由Ф48mm×3.5mm腳手架搭設(shè)而成。桁架搭設(shè)的步驟如下：

（1）桁架共設(shè)置8根豎向立桿，每根長(zhǎng)度為9m，立桿通過扣件對(duì)接接長(zhǎng)，每根立桿底部分別伸入透水構(gòu)件底板內(nèi)側(cè)的各8個(gè)減壓孔中，立桿緊貼構(gòu)件上部齒形懸臂胸墻。

（2）在懸臂胸墻的頂部和底部各設(shè)置4根縱向鋼管，每根鋼管長(zhǎng)度為1.5m，鋼管的方向與懸臂胸墻的方向垂直，縱向鋼管和豎向立桿通過扣件連接，與透水構(gòu)件的懸臂胸墻連接成整體，并確保立桿豎直。

（3）在透水構(gòu)件頂部至立桿頂端6.5m的豎向范圍內(nèi)，共設(shè)置6層鋼管加固，每層的間距為1m，即每層設(shè)置4道縱向鋼管和2道橫向鋼管，縱向鋼管每根長(zhǎng)1.5m，橫向鋼管每根長(zhǎng)3m，縱、橫向鋼管與豎向立桿采用扣件連接成整體。

（4）每2m豎向范圍內(nèi)設(shè)置1對(duì)斜撐，斜撐與每根立桿連接，設(shè)置于桁架的上、下游兩側(cè)，共需設(shè)置12根斜撐，每根斜撐長(zhǎng)度為4m。

（5）桁架搭設(shè)完成后（見圖2），從最外側(cè)的4根立桿中任意選擇3根立桿，在立桿頂部的正中心各放置1臺(tái)GPS，通過3臺(tái)GPS對(duì)透水構(gòu)件進(jìn)行精確定位。由于測(cè)量桁架立桿長(zhǎng)度為9m，大于施工區(qū)域的水深（6～7m），施工過程中GPS完全位于水面以上。

透水構(gòu)件安裝前，通過每臺(tái)GPS所對(duì)應(yīng)的底板減壓孔的位置以及每個(gè)透水構(gòu)件安裝的中心坐標(biāo)，先計(jì)算出每個(gè)透水構(gòu)件安裝時(shí)3臺(tái)GPS各自的理論坐標(biāo)值，在構(gòu)件安裝過程中，測(cè)量人員能簡(jiǎn)單準(zhǔn)確地讀取安裝的偏差值，給起重船操作人員提供了準(zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)，安裝質(zhì)量和安裝功效大大提高，安裝功效從0.5個(gè)/d增加至2個(gè)/d。

透水構(gòu)件安裝時(shí)，先確保第一個(gè)透水構(gòu)件的方位準(zhǔn)確，下一個(gè)構(gòu)件安裝完成后，潛水員進(jìn)行復(fù)核，可確保構(gòu)件的軸線偏差值≤5cm，相鄰構(gòu)件的縫寬≤3cm，構(gòu)件的安裝方位滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

第一個(gè)透水構(gòu)件安裝完成后，拆除懸臂胸墻底部的4根縱向鋼管，將測(cè)量桁架整體吊裝至下一個(gè)構(gòu)件后，再將4根縱向鋼管重新安裝，使桁架與構(gòu)件連接成整體。施工過程中，應(yīng)隨時(shí)關(guān)注立桿的垂直度，若立桿產(chǎn)生傾斜或桁架產(chǎn)生變形，則及時(shí)糾偏。

透水構(gòu)件安裝完工圖見圖3。

由于構(gòu)件安裝主要通過GPS控制，潛水員只需在構(gòu)件安裝落位后對(duì)構(gòu)件的錯(cuò)臺(tái)情況和線性進(jìn)行復(fù)核，無需全程靠近構(gòu)件讀取偏差數(shù)據(jù)，大大減少了潛水員的工作量，也大大降低了人員作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

6.結(jié)束語

綜上所述，通過對(duì)透水構(gòu)件安裝工藝的改進(jìn)，有效地克服了高流速下常規(guī)的安裝工藝面臨的困難，此方法操作簡(jiǎn)單，實(shí)施更為安全，確保了構(gòu)件安裝及潛丁壩總體的施工質(zhì)量和安全，提高了施工功效，也為類似項(xiàng)目提供了可以借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)。

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