新型通長高強土工格柵復(fù)合軟體排護(hù)底技術(shù)

孫宏偉，馮 慶，余詩濤

(上海交通建設(shè)總承包有限公司，上海 200136)

1 工程概況

東營港東營港區(qū)南防波堤全長8 100 m，結(jié)構(gòu)形式為拋石斜坡堤，堤身兩側(cè)采用復(fù)合土工軟體排(下層無紡布、中間緩沖層、上層高強土工格柵)護(hù)底，堤身直接采用高強土工格柵護(hù)底，防波堤斷面排體最大長度達(dá)134 m，排體采用砂肋壓載形式[1]。

原設(shè)計施工方案排體鋪設(shè)采用土工格柵與軟體排現(xiàn)場拼接方式。例如，一整張規(guī)格為95 m×35 m的排體由21塊軟體排及格柵組成，鋪設(shè)時既要進(jìn)行單幅排體間的排與格柵拼接，又要進(jìn)行整幅排體間的排與排、格柵與格柵拼接，現(xiàn)場綁扎拼接工程量大、拼接質(zhì)量要求高、工藝復(fù)雜、施工難度大、效率低且整體性差[2]。

2 通長高強土工格柵復(fù)合軟體排護(hù)底

2.1 工藝原理

將兩側(cè)復(fù)合土工布軟體排與中間高強土工格柵排體縫制拼接在通長無紡布(基布)上，使不同結(jié)構(gòu)性能的排體連接在一起，形成通長復(fù)合排體，并實現(xiàn)整張排體連續(xù)施工[3]。

2.2 結(jié)構(gòu)形式

通長復(fù)合排體底層(圖1)為通長土工布，排中中層為高強土工格柵、排頭排尾中層為抗沖擊防老化緩沖保護(hù)層，面層為通長土工格柵。

圖1 通長復(fù)合排體結(jié)構(gòu)斷面

排頭排尾每米縫合一個加筋環(huán)，用以拖拉排布及穿滾筒繩。加筋帶上下搭接軟體排200 mm，用縫合機雙線縫合牢固，防止卷入滾筒時拉力過大崩壞。

2.3 排體加工

在加工廠，將同一斷面軟體排及格柵加工成95 m×5 m單幅通長排體，運至現(xiàn)場后，再將7幅單幅通長排體拼接成95 m×35 m的一整張通長復(fù)合排體。制作流程為：加工一張單幅95 m、400 g/m2的通長防老化聚丙烯短纖無紡布基布，先在排尾29 m長度范圍內(nèi)復(fù)合抗沖擊防老化中間緩沖保護(hù)層，再在排頭18 m長度范圍內(nèi)復(fù)合抗沖擊防老化中間緩沖保護(hù)層，尺寸和排頭排尾無紡布一樣；接著在基布中間復(fù)合單幅52 m長的土工格柵(型號GSJ 550-350)，并與排頭排尾緩沖保護(hù)層各搭接2 m，在搭接方向上每0.5 m縫1道線(共3道)，線頭間距50 mm且必須縫在土工格柵上；再復(fù)合單幅長度95 m的土工格柵(型號GSJ 250-250)，包縫拼接成單幅通長復(fù)合排體；最后將7幅通長排體拼接成單張95 m×35 m的通長復(fù)合排體。

拼接時，將7卷單幅通長排體吊至大型鋪排船甲板上并排放置，將滾筒繩穿過排尾的加筋環(huán)，推動排卷部分?jǐn)傞_后，分別進(jìn)行排體拼接和砂肋條布置。

2.4 排體鋪設(shè)

新型通長高強土工格柵復(fù)合軟體排護(hù)底主要鋪設(shè)流程[4]為：施工排位圖制作→船舶駐位→排體展開與綁扎→壓載砂肋條綁扎與充填→排體鋪設(shè)→移船。

2.4.1排體展開與綁扎

2.4.1.1展開

軟體排在鋪排船甲板上展開和鋪設(shè)必須以主輔入水點的位置為參照，且以主入水點位置為準(zhǔn)。為避免綁扎完成后排體寬度與主輔入水點間距差別過大，綁扎前應(yīng)測量好每小幅排布寬度，不得使用不合格排布。排體展開見圖2。

圖2 排體展開

2.4.1.2綁扎

卷排前，先將多張復(fù)合軟體排參照入水點位置平鋪在甲板上，并與翻板外邊緣對齊，排尾靠近滾筒，各張排體之間鋪平對齊。每張排體中的軟體排部分的搭接用白棕繩穿過雞眼扣綁好，土工格柵部分之間的搭接則用加筋帶綁扎，綁扎密度為0.5 m/根。

2.4.2壓載砂肋條的充灌

為減少軟體排搭接使用量，采用大規(guī)格排體施工。大型鋪排船的翻板長度約為40 m，實際施工中單條砂肋條長度控制約為36 m。為了保證砂肋條充灌后的充盈度，采用兩臺砂漿泵分別從砂肋條兩端交替充灌。充灌后的砂肋條充盈度應(yīng)滿足設(shè)計和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)(即充盈度達(dá)到70%～80%)，且砂肋條中各處砂量分布均勻(圖3)。

圖3 砂肋條充灌

充灌時，如果砂肋條中段充盈度不足，而兩端緊繃并出現(xiàn)大量白色泡沫，則應(yīng)及時停止充灌，以免將砂肋條打爆。再從泵機功率不足、砂漿濃度偏低和砂肋條過長等角度考慮，采取相應(yīng)措施提高砂肋條充盈度。

2.4.3排體鋪設(shè)

排頭砂肋條全部充灌飽滿后，將翻板緩慢下放，同步啟動滾筒和滑輪牽引動力裝置，使排頭前段部分緩慢滑入水中直至沉底。繼續(xù)充灌砂肋條和下排施工操作，直至整個通長排體鋪設(shè)完成。

2.4.3.1排頭沉放精度控制

如圖4所示，在入水點進(jìn)行校核時，實際下排時翻板的位置存在一定偏差。在船舶進(jìn)點定位時，如果按照入水點與排位圖上起止施工邊線兩端相重合來控制鋪排位置，必然會出現(xiàn)誤差。施工前，測得翻板寬度a和該處實際水深h，代入式(1)，算出c：

(1)

實際下排頭時定位系統(tǒng)中所顯示的入水點位置應(yīng)比排位圖上排頭邊線向外伸出長度c。

圖4 下排時翻板位置變化

2.4.3.2排體收縮與偏移控制

排體在沉放過程中受到潮流、砂肋條自重力等影響，同時也受排體的柔軟度影響而產(chǎn)生一定量的收縮性。排體在沉放過程中會出現(xiàn)向某側(cè)偏移或者兩側(cè)收縮過大的情況，根據(jù)大型鋪排船動力裝置及甲板、翻板相關(guān)設(shè)備布置的可行性，以經(jīng)濟實用為原則，采用具有動力的滑輪牽引裝置。通過對排體沿鋪設(shè)方向增加一定牽引力，與下放排體重力沿鋪設(shè)方向的分力進(jìn)行疊加，克服排體與船舶甲板、翻板的摩擦力，實現(xiàn)沉排施工運用自如。

2.5 質(zhì)量檢測

2.5.1排體強度驗算

通長高強土工格柵復(fù)合軟體排縱向和橫向抗拉強度須滿足施工期和使用期要求，參考JTJ 239—2005《水運工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中軟體排抗拉安全系數(shù)公式[5]，以單幅95 m×5 m計算。結(jié)果表明，滿足抗拉強度要求。

2.5.2排體鋪設(shè)穩(wěn)定驗算

新型通長高強土工格柵復(fù)合軟體排抗掀動穩(wěn)定性確定，參考JTJ 239—2005《水運工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中排體抗掀動穩(wěn)定驗算公式，以單幅95 m×5 m計算。結(jié)果表明，滿足抗掀動穩(wěn)定。

2.5.3旁掃聲吶

鋪設(shè)完成后護(hù)底質(zhì)量檢測主要采用聲吶旁掃技術(shù)[6]，對著地后的新型通長高強土工格柵復(fù)合軟體排成排護(hù)底情況進(jìn)行檢測。聲吶旁掃通過發(fā)射一系列波束，均勻覆蓋整個水底區(qū)域，當(dāng)波束遇到水底目標(biāo)時波束被反射回拖魚，拖魚根據(jù)接收時間計算出目標(biāo)位置，并形成旁掃影像圖(圖5)。主要檢測排體所需覆蓋的位置與設(shè)計覆蓋位置是否一致、搭接是否滿足設(shè)計要求、是否存在排體有掀動等不利于護(hù)底質(zhì)量要求的現(xiàn)象。

圖5 排體旁掃成像圖

檢測鋪設(shè)排體質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)新型通長高強土工格柵復(fù)合軟體排有效消除了傳統(tǒng)工藝分開鋪設(shè)所產(chǎn)生的偏差，保證3部分排體鋪設(shè)的順直連接。通長高強度土工格柵復(fù)合軟體排具有整體性，在面對施工中的水流、荷載等不利因素時，能保證護(hù)底效果。

有人說，這個故事是納爾遜兄弟的老二，愛德華多，替老大克里斯蒂安守靈時說的?？死锼沟侔灿谝话司艓啄暝谀^(qū)壽終正寢。揆乎情理，這種說法不太可能；但可以肯定的是，在那落寞的漫漫長夜，守靈的人們一面喝馬黛茶，一面閑聊，有誰聽到這件事，告訴了圣地亞哥·達(dá)波維，達(dá)波維又告訴了我。幾年后，在故事發(fā)生的地點圖爾德拉，又有人對我談起，這次更為詳細(xì)，除了一些難免的細(xì)小差別和走樣外，大體上同圣地亞哥說的一致。我現(xiàn)在把它寫下來，因為如果我沒有搞錯的話，我認(rèn)為這個故事是舊時城郊平民性格的一個悲劇性的縮影。我盡量做到有一說一，有二說二，但我也預(yù)先看到自己不免會做一些文學(xué)加工，某些小地方會加以強調(diào)或增添。

3 效果分析

3.1 施工效率

3.1.1吊排耗時

一整張排體傳統(tǒng)工藝需多吊排體14卷，由于數(shù)量較多，在對應(yīng)不同結(jié)構(gòu)形式的排體時，可能出現(xiàn)分辨困難的情況，相對于采用通長排體須多用約1 h。

3.1.2拼接耗時

一整張排體傳統(tǒng)工藝鋪設(shè)時，既要進(jìn)行單幅排體間的排與格柵拼接，又要進(jìn)行整幅排體間的排與排、格柵與格柵拼接，現(xiàn)場綁扎拼接工程量大，相對采用通長排體施工時僅進(jìn)行通長排體間的拼接，須多用約2 h。

3.1.3卷排耗時

將排體卷入鋪排船滾筒中是排體鋪設(shè)前期的重要工作，卷排質(zhì)量控制主要在排尾進(jìn)入滾筒的階段，須保證滾筒繩以相同的長度，系上排尾的加筋環(huán)，緩慢將排體平行卷入滾筒。傳統(tǒng)的分開、獨立排體卷排工作相對于新型通長排體卷排工作多卷2次，每次約0.5 h，共多用時1 h。

3.1.4鋪排耗時

新工藝與傳統(tǒng)工藝的施工耗時對比見表1。

表1 施工耗時對比 h

從表1中的數(shù)據(jù)可以得出，采用分開、獨立排體傳統(tǒng)鋪設(shè)工藝，一整張排體鋪設(shè)施工時間需12 h；采用通長排體新工藝，一整張通長排體施工時間僅需7 h，與傳統(tǒng)工藝相比鋪設(shè)施工節(jié)約時間約5 h。經(jīng)過實際施工對比發(fā)現(xiàn)，與在同等工況條件下采用傳統(tǒng)鋪設(shè)施工工藝相比，通長排體新工藝施工效率提高約42%。

3.2 施工成本

施工成本主要包括材料費、排體加工費、鋪排船及其他輔助船舶的設(shè)備費、管理費用等。施工成本分析主要從人工費、材料費、機械費3方面進(jìn)行考慮。其中，人工費主要為民工費用、施工管理人員費用；機械費主要為鋪排船、各類輔助船舶租賃費；材料費主要為排體主材、輔材費用。新工藝與傳統(tǒng)工藝相比，生產(chǎn)成本降低率約7.4%。

4 結(jié)論

1)研制了一種新型通長高強土工格柵復(fù)合軟體排，適用于水動力強、地基土觸變性敏感的海工建筑物基礎(chǔ)工程。

2)研發(fā)了底層為通長土工布，排中中層為高強土工格柵、兩側(cè)余排中層為抗沖擊防老化緩沖保護(hù)層，面層為通長土工格柵的一體化排體制作工藝，解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)軟體排的制作難題。

3)研制了適合通長高強軟體排鋪設(shè)施工的動力滑輪組牽引裝置，解決軟體排較重、摩阻力大、難以沉放的問題。

4)研究了施工質(zhì)量控制及檢驗方法，建立鋪設(shè)施工參數(shù)，確保新型通長高強土工格柵復(fù)合軟體排護(hù)底施工質(zhì)量。