淺議新型D型聯(lián)鎖塊軟體排施工工藝

呂文婷 劉永光

摘 要：本文在對比分析、實踐研究的基礎(chǔ)上，通過改進D型系結(jié)塊軟體排及混凝土聯(lián)鎖塊軟體排施工結(jié)構(gòu)形式，創(chuàng)新設(shè)計出了新型D型聯(lián)鎖塊軟體排結(jié)構(gòu)，并配套形成了一整套完整的施工工法。該工法較傳統(tǒng)軟體排結(jié)構(gòu)形式在施工質(zhì)量、進度、安全、成本等各方面均有了有效改進，具有顯著的經(jīng)濟社會效益。

關(guān)鍵詞：新型D型聯(lián)鎖塊軟體排;航道整治;施工工藝;效益

1 前 言

我國江河湖泊眾多，水運資源豐富，航道整治工程是內(nèi)河綜合治理的一個重要部分。長期以來，航道整治通過水下沉軟體排，利用排體隔離和反濾功能，防止水流直接沖刷河床、避免因水流滲透作用而造成河床的局部變形破壞，實現(xiàn)對沙質(zhì)河床保護的目的。2017年以前，我國航道整治建筑物的護底結(jié)構(gòu)多采用的D型系結(jié)軟體排結(jié)構(gòu)形式，如長江下游馬當航道整治工程、長江中游武橋水道航道整治工程等;以及采用混凝土聯(lián)鎖塊軟體排結(jié)構(gòu)形式，如長江下游東北水道航道整治工程、長江下游安慶河段航道整治二期工程。

2 研究過程

2.1原護底結(jié)構(gòu)形式的不足

從D型系結(jié)塊軟體排在長江中下游航道整治工程應(yīng)用情況來看，D型系結(jié)塊軟體排壓載砼塊間的間距較大，排體柔性較好，能適應(yīng)河床變形，但也存在以下幾個方面的問題：抗沖刷能力較弱，施工機械化程度低，質(zhì)量控制難度大，安全隱患較大，材料消耗量大。

混凝土聯(lián)鎖塊軟體排結(jié)構(gòu)雖然解決了D型系結(jié)塊軟體排抗沖刷能力較弱、沉排施工機械化程度低、漏綁漏系的缺點，但因混凝土聯(lián)鎖塊軟體排壓載片體重量過大、柔性差，存在一些自身的不足，主要表現(xiàn)在：適應(yīng)變形能力差;壓載體預(yù)制成本高;對進度管理控制不利。

2.2新型D型聯(lián)鎖塊軟體排結(jié)構(gòu)的研究

經(jīng)研究論證，長江武漢航道工程局探索采用新型D型聯(lián)鎖塊軟體排的結(jié)構(gòu)形式，較好地解決了以上常規(guī)D型系結(jié)軟體排及混凝土聯(lián)鎖塊軟體排在施工及守護效果中的不足。新的工藝主要有如下特點：

2.2.1結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗沖刷能力強

砼塊由單塊優(yōu)化為單片4m×5m（由80個單塊組成），其良好的整體性可保證使排體壓載穩(wěn)固。同時，其單塊體積減小、間距增大，提高了連鎖排柔性，使排體能緊貼河床，提高抗沖刷能力。

2.2.2節(jié)能降耗、降低勞動強度、施工成本低

新型D型聯(lián)鎖塊軟體排單個砼塊直徑為36cm，厚10cm，每個砼塊重21.9kg，相比混凝土聯(lián)鎖塊的正方體壓載體，塊體積更小，減少了材料成本。同時， 新型D型聯(lián)鎖排采用丙綸繩串聯(lián)成片，每個單元尺寸為4m×5m，系絆時只需將每個單元四周的丙綸繩綁系牢固即可，減少了勞動用工量，降低了人工成本。

2.2.3施工工序簡化，施工質(zhì)量顯著提升

新型D型聯(lián)鎖塊軟體排安裝簡單，由吊車直接吊運至排體上，減少了人工搬運環(huán)節(jié)，同時簡化系結(jié)方式，避免了人工綁系不牢或漏綁以及人工搬運的質(zhì)量問題，施工的質(zhì)量得到顯著提升。

2.2.4 施工效率高，施工安全有保障

新型D型聯(lián)鎖塊軟體排安裝吊具一次性可吊裝2片，可直接吊裝至排體上安裝，加上系結(jié)簡化，施工效率較D型系結(jié)砼塊施工提高200%。且由于工效提高，施工占用航道的時間大大縮短，緩解了施工與通航的安全矛盾，降低了安全風(fēng)險。

2.2.5優(yōu)化施工工藝、降低成本

通過對模具的研制和改進，在使用加強型模具后，預(yù)制時的破損率降低了2%，轉(zhuǎn)運途中的破損率下降了2.5%，施工過程中的破損率下降了8.5%。由于轉(zhuǎn)運過程中大量使用了機械運輸代替了人工搬運，大大降低了施工成本。經(jīng)項目財務(wù)統(tǒng)計測算，較D型系結(jié)軟體排相比，成本降低30%左右。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1施工工藝流程

3.2操作要點

3.2.1模具制作

（1）模具設(shè)計與制作：本定型組合鋼模板系統(tǒng)設(shè)計采用多層結(jié)構(gòu)，保證模具及支架滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求，能承受所澆筑混凝土的重力及施工荷載;使用的材料質(zhì)量、模具的焊接質(zhì)量符合設(shè)計和施工規(guī)范要求。

聯(lián)鎖片模具在生產(chǎn)制作過程中，采用先進技術(shù)團隊繪制CAD工藝軟件設(shè)計;德國雷射激光切割;國內(nèi)大流量500T液壓拉伸機壓鑄成型;及專業(yè)鉚工焊接技術(shù)組裝而成。

（2）激光切割：為了保證模具質(zhì)量的精確度，最大化降低誤差。在生產(chǎn)工藝上，并未采用原始的人工下料或裁剪沖壓式。

（3）壓鑄成型：在壓鑄過程中，為了控制鋼材的韌性、反彈性及物理反應(yīng)性。在通過涂油防澀壓鑄，油侵降溫開模，和液壓穩(wěn)定性能較好的拉伸保壓設(shè)備壓鑄成型。從而保證所加工的母件外徑片體尺寸一致，以保證澆筑聯(lián)鎖塊質(zhì)量保證、外觀輪廓清晰美觀。

（4）焊接組裝：此連鎖片模具是由多個上下模盒拼裝焊接組合而成。相對對焊接技術(shù)要求比較高，長度及寬度至大，再加上在焊接過程時發(fā)生的焊接變形的客觀規(guī)律，都是不可控的，以此先鉚后焊。通過主方管（高100×寬60×厚4）作主梁，繪制成網(wǎng)狀方格式焊接。利用方管的四面韌性來進行自身抗扭曲的強度，來減少、控制焊接中的變形。同時為整片模具的水平度、平整起到了至關(guān)重要的作用。為了在澆筑過程中操作簡單，降低勞動強度，充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)、高效的效能，最大限度延長模具使用壽命。為了最大限度減小預(yù)制振搗時漏漿，在上層模具與下層模具對應(yīng)的凹槽下部增加一條圓形2cm鐵片，使之重合緊密，最大限度減小漏漿發(fā)生。

（5）模具安裝：施工場地應(yīng)硬化以符合模具安裝工藝要求，下模應(yīng)與場地安裝緊密、牢固、平整。安裝上模時應(yīng)平穩(wěn)進行，避免碰撞下模。

3.2.2新型D型聯(lián)鎖塊預(yù)制

經(jīng)多次試驗研究，對壓載砼塊進行調(diào)整，為取得防護效果與砼塊體積之間的最佳平衡，經(jīng)測算及現(xiàn)場試驗最大直徑由試驗時300mm調(diào)整增大到360mm，上下面直徑320mm，上下對稱均勻，如圓餅狀，形成了新型D型聯(lián)鎖塊軟體排，大大提高了穩(wěn)定性。

單元塊的預(yù)制過程主要包括立模、混凝土澆筑、振搗密實、表面收光、拆模等環(huán)節(jié)。每個砼塊之間用直徑14mm的丙綸繩縱橫十字交叉進行聯(lián)接，澆筑時將丙綸繩澆筑到砼塊體內(nèi)，最終形成4m×5m的單元排壓載砼塊體?；炷翝仓埃仍谀０迳纤⒚撃?，再鋪設(shè)丙綸繩，以上工序完成后，將按要求配合比配料并攪拌好的混凝土熟料倒入模具中，經(jīng)過震動密實，抹平收光，養(yǎng)護48小時后脫模。砼壓載塊與丙綸繩澆筑為整體，串聯(lián)成片。

3.2.3新型D型聯(lián)鎖塊養(yǎng)護

砼壓載塊采用自然養(yǎng)護方法，養(yǎng)護期為28天。自然養(yǎng)護屬露天養(yǎng)護，受天氣氣候的影響較大，早期強度所需的時間較長，當遇到雨、雪天氣和露天氣溫下降至5℃以下時，露天養(yǎng)護將對砼塊的養(yǎng)護極為不利，甚至出現(xiàn)受凍和砼面層遭損的情況發(fā)生而引起報廢。因此，當采用自然養(yǎng)護時，應(yīng)根據(jù)不同的季節(jié)采用塑料薄膜覆蓋（不透氣）或蘆葦、草覆蓋、澆水等不同的方法進行養(yǎng)護。當氣溫和天氣較好時可采用灑水養(yǎng)護，其灑水養(yǎng)護的每天灑水次數(shù)的多少，將根據(jù)氣溫的高低來決定，當平均氣溫低于5℃以下時，用薄膜覆蓋養(yǎng)護，以保證砼塊的養(yǎng)護質(zhì)量。

3.2.4新型D型聯(lián)鎖塊儲存、堆放

當砼塊達到設(shè)計強度的70%以上時，方可挪動到儲存區(qū)進行儲存，并繼續(xù)養(yǎng)護。儲存區(qū)必須平整，具有一定強度，以保證塊體的儲存質(zhì)量。儲存區(qū)應(yīng)按不同齡期劃分不同的場區(qū)，并做好標識，避免錯用強度不夠的砼塊。混凝土單元片養(yǎng)護達到出運強度后，采用配備多點吊鉤的專用吊具放至堆存場地，同一區(qū)內(nèi)塊體應(yīng)分層堆碼整齊，最大堆碼高度不得超過混凝土施工技術(shù)規(guī)范要求。

3.2.5新型D型聯(lián)鎖塊轉(zhuǎn)運及安放

用25T吊機轉(zhuǎn)運至駁船，拖運至沉排船現(xiàn)場。在沉排過程中采用GPS進行定位，確保排體按設(shè)計要求的位置入水，并保證符合排體搭接要求。事先把軟體排布卷上卷筒，在滑板上展開一段，然后將新型D型單元壓載塊軟體排用桁架吊裝于鋪排船軟體排排布上，將其與排布上的綁扎環(huán)進行綁扎，最后新型D型單元壓載塊與排體連成整體。

沉排先把預(yù)先加工好的排布卷入卷筒，排頭固定：在沉放過程中每通條排頭通過綁系系排梁進行固定。排頭固定后，排布通過卡排梁平鋪于沉排船工作平臺上，然后在平臺上將新型D型單元壓載塊系結(jié)于相應(yīng)的排布上。為了避免排布強度不夠引起排體損壞，排墊上系結(jié)一定量的單元塊后即可松開卷筒和卡排梁，絞動鋪排船，讓排體沉入河底，當卷筒上排布剩下3m左右時，卡緊卡排梁，將卷筒上的排布退出，卷入下一段排布，兩排布進行對接縫合，然后，卷緊排布，松開卡排梁，繼續(xù)下一段排布沉放，如此反復(fù)進行排體沉放，直至達到設(shè)計的排長為止。

3.2.6排體檢測

在沉排施工過程中通過聲吶等技術(shù)手段對搭接情況進行實時監(jiān)控，確定搭接質(zhì)量是否滿足要求。必要時按總通條數(shù)的5%對重點區(qū)域水下排體搭接情況進行水下探摸自檢。通條長度在200m以內(nèi)的探摸2個點，超過200m增加一個探摸檢測點。主要對排頭、排中及排尾的搭接寬度進行檢測，潛水探摸時由監(jiān)理工程師確認。

4 效益分析

4.1經(jīng)濟效益

4.1.1施工效率較傳統(tǒng)D型系結(jié)塊軟體排大幅度提高（進度）

由預(yù)制到鋪排施工，全程機械化作業(yè)，與傳統(tǒng)D型系結(jié)塊預(yù)制相比， 新型D型聯(lián)鎖塊水上沉排施工效率較高，效率提高約1倍。

4 絞錨艇 艘班 0.06 0.06

4.1.2施工安全性較傳統(tǒng)D型系結(jié)塊軟體排明顯提高（安全）

新型D型聯(lián)鎖塊吊運簡單，一次2張，整張片體的安放綁系只需要6個人左右，人工大大減少;人工勞動強度的減小，很大程度上降低安全風(fēng)險;同時新型D型聯(lián)鎖塊為一個整體，在吊運過程中由8連勾裝置吊起，不易掉落，安全系數(shù)高，新型D型聯(lián)鎖塊施工效率較傳統(tǒng)D型系結(jié)軟體排提高了1倍，使得沉排占據(jù)航道的時間大大縮短施工進度有保障，較好地解決施工與通航的矛盾。

4.1.3施工標準化水平較D型系結(jié)塊排增強，施工質(zhì)量明顯提升（質(zhì)量）

新型D型聯(lián)鎖塊綁系安裝較為簡單，只需將整張片體四周原預(yù)留丙綸繩綁系牢固即可，不存在砼塊漏綁問題，質(zhì)量控制管理難度大大降低，施工質(zhì)量明顯提升;

4.1.4施工成本較混凝土聯(lián)鎖塊軟體排大幅度降低（成本）

根據(jù)現(xiàn)場新型D型聯(lián)鎖塊軟體排施工統(tǒng)計知，與混凝土聯(lián)鎖塊軟體排相比，施工材料成本大幅降低，經(jīng)測算同一塊排體，新型D型聯(lián)鎖塊軟體排的壓載體體積為0.728立方米，混凝土聯(lián)鎖塊軟體排壓載體體積為1.858立方米，材料成本降低約60%，根據(jù)市場價格，預(yù)計每100平面節(jié)約預(yù)制材料成本約2000元，整體造價節(jié)約約1420元。

4.2社會效益

新型D型聯(lián)鎖塊軟體排施工工法較以往施工方法比較，融合了混凝土聯(lián)鎖塊軟體排及D型混凝土系結(jié)塊軟體排的優(yōu)點，同時有效地避免了傳統(tǒng)方法的施工及守護能力的不足，大大改善了航道整治中護底施工的施工效果。

新型D型聯(lián)鎖塊軟體排較傳統(tǒng)D型混凝土系結(jié)塊軟體排來說，聯(lián)鎖塊整體預(yù)制，整體性好，砼塊由單塊優(yōu)化為單片4m×5m（由80個單塊組成），其良好的整體性使排體抗水流沖刷能力增強。排體守護效果大大提升。

新型D型聯(lián)鎖塊軟體排較混凝土聯(lián)鎖塊軟體排來說，360mm直徑，100mm厚度的圓盤形狀，形成的4m×5m單元塊，使得單元塊上壓載砼塊間間距較混凝土聯(lián)鎖塊軟體排偏大，排體的柔軟性得到有效提升，能更加緊密地貼合河床表面，適應(yīng)河床變形能力增強，對河床底部河沙的保護能力大幅提升。

在我國內(nèi)河航道整治中，通過護灘、加固護岸、護底、填槽等工程措施，守護有利的洲灘形態(tài)，遏制河道的不利變化，適當調(diào)整局部水流，進一步改善航道條件。新型D型聯(lián)鎖塊軟體排護底施工工法較以往施工方法，經(jīng)濟效益社會意義提升非常顯著， 在節(jié)能環(huán)保方面也取得了較好的效益，大大促進了航道整治事業(yè)的發(fā)展，未來將在航道整治工程中大力推廣應(yīng)用。

參考文獻：

[1] 袁達全，潘美元等，長江中游蘄春水道航道整治工程施工圖設(shè)計[R].武漢：長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，2017.

[2] 劉林雙，柴華鋒等，新型混凝土單元塊D型軟體排結(jié)構(gòu)計算及穩(wěn)定性分析[J].水運工程，2018（09）：10-17.