二片石墊層拋投裝置在15米以上水深航道整治工程中的應(yīng)用

劉偉 張力

摘 要：二片石墊層拋投裝置在15米以上水深航道整治工程施工中具有施工便捷、安全環(huán)保、綜合效益遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)拋石工藝等特點(diǎn)。本文從設(shè)計(jì)、施工、綜合效益的角度闡述了采用二片石拋投裝置不僅安全環(huán)保，且能解決了二片石拋投耗損過大的問題，提高施工效率，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：二片石拋投裝置;航道整治;安全環(huán)保

中圖分類號(hào)：U61? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）06-0064-02

1 工程概況

江心洲至烏江河段（簡(jiǎn)稱江烏河段）處于長(zhǎng)江下游蕪湖～南京航段，本工程位于長(zhǎng)江下游安徽省馬鞍山市和江蘇省南京市境內(nèi)，下距南京市20km，上距蕪湖市7km。河段上起東西梁山，下至下三山，全長(zhǎng)約56km。主要建設(shè)內(nèi)容為上何家洲護(hù)底帶加高工程3#護(hù)底帶。

二片石墊層作為加高工程第一道工序，也是下一道沉排工序的重要基礎(chǔ)。它旨在找平已建工程邊緣為拋石、透水框架等結(jié)構(gòu)區(qū)域，使塊石、框架能被有效覆蓋且不外露，減少尖銳體劃破排布造成的質(zhì)量問題。因此二片石拋投效果的好壞是本工程質(zhì)量高低的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

本項(xiàng)目屬于長(zhǎng)江下游的深水航道整治工程，與一般中小河流相比，水情更加惡劣，在水深最大22米、流速最大2.5米/秒的水文特征下，水沙運(yùn)動(dòng)更加復(fù)雜，潮汐作用影響更加明顯。如此水深流急的施工環(huán)境也易引起建筑結(jié)構(gòu)周邊的沖刷。二片石重量較輕，粒徑僅8至15厘米，水位較深，傳統(tǒng)的拋石施工工藝很難保證拋投到位率，本工程工期緊且工程量大，短期內(nèi)很難租用到專業(yè)大型現(xiàn)代化拋石船。因此為保證工程質(zhì)量，需采用安全環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用且到位率高的拋投裝置。

2 裝置研發(fā)

二片石拋投裝置主要為桁架結(jié)構(gòu)，以保證整體垂直方向結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并加工格賓網(wǎng)包裹桁架結(jié)構(gòu)，避免二片石從中間漏出。拋投裝置布設(shè)在定位船船舷一側(cè)，料斗裝置布設(shè)在船舷另一側(cè)，中間通過傳輸裝置連接。二片石拋投裝置分為以下三部分：喂料裝置、框架裝置、支撐裝置。具體示意圖見圖1。

2.1喂料裝置

包含下料斗和下斜傳輸平臺(tái)。

2.1.1下料斗

下料斗用規(guī)格為8mm厚鋼板制作，料斗口長(zhǎng)4m，寬3m，短邊高0.96309m，長(zhǎng)邊高2.2m。下料斗全身每隔0.5m圈固一層規(guī)格為0.1m槽鋼，共5層。下料斗下設(shè)支撐每隔1m焊接1根規(guī)格為0.219m鋼管，共5根，最長(zhǎng)3.5m，最短1.3m。

2.1.2下料傳輸平臺(tái)

下料傳輸平臺(tái)分為兩段，第一段長(zhǎng)3.3m，寬1m，斜坡度37.5;第二段長(zhǎng)2.269824m，寬1m，斜坡度50。下料傳輸平臺(tái)下設(shè)支撐每隔0.7m焊接1根規(guī)格為0.1m槽鋼，共3根，最長(zhǎng)0.984m，最短0.2m。

2.2框架裝置

包含框架和連接裝置（見圖2）。

2.2.1框架

框架裝置由5個(gè)長(zhǎng)寬各1.2m，高3m的鋼結(jié)構(gòu)組成。長(zhǎng)寬由規(guī)格為0.1*0.05*0.005m方管、高由規(guī)格為0.1*0.1*0.005m方管焊制。每3m結(jié)構(gòu)中間加固4*5=20根規(guī)格為0.1*0.05*0.005m方管，及4*6=24根規(guī)格為L(zhǎng)0.05*0.005鋼管。

2.2.2連接裝置

兩個(gè)框架裝置間加一層規(guī)格為8*0.1*0.75m鋼板，鋼板加工規(guī)格為12*0.03m圓孔，孔距0.1m，用于規(guī)格為16*M27*0.3m的螺栓錨固

2.3支撐裝置

在船體甲板上加固一層0.008m厚鋼板平架作為工作基平臺(tái)，在一頭2m處焊接2根規(guī)格為0.219*5*2.5m鋼管，下方兩根焊接規(guī)格為0.2*0.05*2.2m槽鋼斜撐穩(wěn)固。兩側(cè)裝有卷揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩錨固。具體見圖3。

3 強(qiáng)度驗(yàn)證

二片石拋投裝置驗(yàn)證方式采用ANSYS進(jìn)行靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，坐標(biāo)系統(tǒng)取右手坐標(biāo)系，單元通過梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，流速設(shè)定為2m/s。水下受力分析和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算如圖4、圖5所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果得出，施工作業(yè)時(shí)，最大應(yīng)力出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)頂部上端口處，為103.56 Mpa，最大彎曲應(yīng)力為80.6MPa，最大組合應(yīng)力大小為81.9MPa，小于二片石拋投裝置屈服強(qiáng)度250Mpa。因此該二片石拋投裝置強(qiáng)度能適應(yīng)本工程的施工作業(yè)條件。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

二片石拋投裝置制作完成后將在2號(hào)定位船進(jìn)行拋投實(shí)驗(yàn)，施工時(shí)，將二片石運(yùn)輸船并排掛系在定位船上，由運(yùn)輸船上的挖機(jī)將二片石轉(zhuǎn)運(yùn)至定位船的吊機(jī)平板斗中，然后吊機(jī)將二片石吊至“料斗裝置”里，通過“傳送裝置”將二片石傳送至“拋投裝置”滑至水下?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)情況見圖6、圖7。

5 與傳統(tǒng)拋石工藝的綜合效益比

5.1安全環(huán)保

在施工過程中，石料通過料斗裝置-傳送裝置-拋投裝置直接拋投至水下，且安裝成型的拋投裝置具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗沖擊能力，不存在機(jī)械打擊、船體撞擊等安全風(fēng)險(xiǎn)。另外該裝置屬于半封閉設(shè)計(jì)，減少了拋投過程中的揚(yáng)塵。綜上，與傳統(tǒng)拋石工藝相比較，改裝擁有更優(yōu)的安全環(huán)保性能。

5.2施工質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益

施工過程中，采用CODA三維聲吶設(shè)備和智能測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)拋石精度和拋石厚度。通過半個(gè)月的實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)施后的成果進(jìn)行了檢查，采用拋投裝置工藝和傳統(tǒng)施工工藝二片石墊層拋投損耗率分別為2.91%和18.09% 。此工藝極大地提高了二片石落底的準(zhǔn)確率，減少了不合格區(qū)域補(bǔ)拋的工作，降低了材料損耗，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。