長江航道整治工程中魚巢磚拋設(shè)施工工藝研究

桑勇

（長江航道工程局有限責(zé)任公司，湖北 武漢430000）

1 工程簡介

在工程區(qū)水下設(shè)魚巢磚，為河流魚類提供產(chǎn)卵場(chǎng)，使其能為魚類生存繁衍提供優(yōu)良的棲息環(huán)境。魚巢磚頂高程不高于最低設(shè)計(jì)通航水位，護(hù)底拋石壓載后，先在魚巢磚拋設(shè)部位設(shè)置0.2m 厚碎石基床找平，然后再進(jìn)行魚巢磚的拋設(shè)。

本工程為長江干線武漢至安慶段6 米水深航道整治工程施工V 標(biāo)段。魚巢磚施工位置為稠林磯以下和玉帶洲右緣，稠林磯以下實(shí)施區(qū)域長1629m，寬1m，覆蓋面積1629m2，玉帶洲右緣實(shí)施區(qū)域長3600m，寬1m，覆蓋面積3600m2，在實(shí)施區(qū)域拋設(shè)魚巢磚，稠林磯以下拋設(shè)橫向1629 件、玉帶洲右緣拋設(shè)3600 件。稠林磯以下高灘守護(hù)工程中魚巢磚拋設(shè)施工位置如圖1 和圖2所示。

2 魚巢磚結(jié)構(gòu)形式

魚巢磚為三面有孔洞的正方體結(jié)構(gòu)，屬于素混凝土預(yù)制構(gòu)件。正方體邊長為1m，兩側(cè)孔口寬45cm、高50cm，正面為內(nèi)外孔寬分別為50cm 和55cm、深70cm的漏斗形孔口；上下壁厚分別為25cm、20cm～25cm，左右壁厚為25cm，后壁厚度為30cm。混凝土強(qiáng)度為C20，單個(gè)構(gòu)件體積0.704m3，重量為1654kg。構(gòu)件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 魚巢磚構(gòu)件圖

3 主要技術(shù)難點(diǎn)

3.1 鋪設(shè)碎石基床平整困難

在拋設(shè)魚巢磚平臺(tái)的塊石拋投完成后，需要在基床表面鋪設(shè)20cm 厚的碎石墊層，并進(jìn)行平整，以利于后期拋設(shè)魚巢磚的找平。如何平整碎石墊層是本工程需要解決的技術(shù)難點(diǎn)之一。

3.2 拋設(shè)效率低

本工程使用的魚巢磚是素混凝土構(gòu)件，內(nèi)部無鋼筋架構(gòu)，塊體外部無鋼筋吊耳，可借助構(gòu)架內(nèi)部的孔洞進(jìn)行吊裝，所以需要設(shè)計(jì)專用吊架進(jìn)行吊裝，傳統(tǒng)的單塊吊拋效率低，且無法自動(dòng)脫鉤。通過何種手段來解決吊拋效率低及吊架自動(dòng)脫鉤是本工程需要解決的技術(shù)難點(diǎn)之二。

3.3 水下定位困難

拋設(shè)后魚巢磚在水中的位置難以通過人工觀察確定。而塊體拋設(shè)原則是為“按照一塊連續(xù)布置的方式拋設(shè)，拋設(shè)后能組成一個(gè)長的孔洞”，要求塊體的孔洞位置基本對(duì)應(yīng)。但由于水下位置觀測(cè)困難，如何使塊體準(zhǔn)確定位成為本工程的技術(shù)難點(diǎn)之三。

4 解決方案

4.1 使用專用平整耙進(jìn)行平整，控制頂面標(biāo)高

將專用平整耙固定在抓斗上，碎石經(jīng)料斗和管道輸送至塊石墊層上后，使用專用平整耙對(duì)碎石墊層進(jìn)行夯實(shí)，在牽引平整耙的鋼絲繩上標(biāo)記刻度線，觀察刻度線入水的位置，結(jié)合水深判斷鋪設(shè)的碎石墊層的平整度和厚度，對(duì)于平整度不足的區(qū)域要使用平整耙予以進(jìn)一步平整，對(duì)于厚度不足的區(qū)域要進(jìn)行補(bǔ)填。

4.2 改裝傳統(tǒng)吊架，增加自動(dòng)脫鉤裝置

改進(jìn)型自動(dòng)脫鉤吊架由上桁架、下桁架、插銷、鋼絲繩、鎖扣和吊鉤組成，上桁架、下桁架組合成整體結(jié)構(gòu)，桁架長2.2 米，寬2.1 米，可同時(shí)起吊兩件魚巢磚，中間緊密貼合無縫隙，可同時(shí)拋設(shè)2 件魚巢磚。

4.3 采用GPS 定位系統(tǒng)進(jìn)行定點(diǎn)安裝

在定位船上安裝雙GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)，可準(zhǔn)確定位船舶位置和方向。定位后固定定位船，至少采用4 只以上錨繩分布在船體周圍固定，保證船體平穩(wěn)，如遇大風(fēng)等惡劣天氣應(yīng)暫停施工。

定位船吊機(jī)臂頂部設(shè)置GPS 信號(hào)接收設(shè)備，連接到駕駛室的終端顯示設(shè)備上，即可在駕駛室直接看到吊鉤的GPS 定位位置，并在預(yù)定的區(qū)域定點(diǎn)準(zhǔn)確拋設(shè)。當(dāng)構(gòu)件底部距離基床0.3m 時(shí)，停止落鉤，測(cè)量構(gòu)件位置，下放，復(fù)測(cè)，如偏差過大，重新調(diào)整定位安裝。

拋設(shè)時(shí)，對(duì)每件構(gòu)件拋設(shè)位置編號(hào)，并導(dǎo)入GPS系統(tǒng)中，吊機(jī)按編號(hào)順序進(jìn)行拋設(shè)，完成一個(gè)吊機(jī)臂直徑范圍的拋設(shè)。然后松開錨纜，定位船移位，再進(jìn)行下一個(gè)拋設(shè)范圍的拋設(shè)。GPS 定位施工的工藝流程如圖4所示。

圖4 GPS 定位施工工藝流程

5 施工方法

5.1 施工工藝流程

圖5 魚巢磚拋設(shè)施工工藝流程圖

5.2 拋設(shè)方法

5.2.1 施工準(zhǔn)備

魚巢磚安裝前需要做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作；檢校測(cè)量儀器，復(fù)核測(cè)量控制點(diǎn)；檢查魚巢磚的外形尺寸、垂直度、平整度，如有問題采取措施進(jìn)行處理；檢查基床面有無擾動(dòng)、障礙物、回淤沉積物，如有及時(shí)清除。

5.2.2 碎石基床填筑及整平

碎石的填筑需要制作專用工具，在施工船舶船舷焊接一個(gè)1m3的料斗，作為碎石填筑的下料口，施工時(shí)使用抓斗進(jìn)行抓料，通過該料斗進(jìn)行下料。料斗下焊接一根1.5 米長的鋼管，鋼管下用卡箍固定一根14 米長的PU 聚氨酯鋼絲軟管，用于導(dǎo)料。軟管的最下端安裝一塊200kg 的鉛塊用于輔助配重，防止因水流流速過快造成軟管漂移。同時(shí)，通過一根牽引繩連接吊臂和軟管最下端，通過3GPS 系統(tǒng)精準(zhǔn)控制碎石填筑位置。

圖6 碎石填筑專用工具示意圖

將專用平整耙固定在抓斗上，碎石經(jīng)料斗和管道輸送至塊石墊層上后，使用專用平整耙對(duì)碎石墊層進(jìn)行夯實(shí)，在牽引平整耙的鋼絲繩上標(biāo)記刻度線，觀察刻度線入水的位置，結(jié)合水深判斷鋪設(shè)的碎石墊層的平整度和厚度，對(duì)于平整度不足的區(qū)域要使用平整耙予以進(jìn)一步地平整，對(duì)于厚度不足的區(qū)域要進(jìn)行補(bǔ)填。

5.2.3 魚巢磚運(yùn)輸

構(gòu)件出運(yùn)前，需做好構(gòu)件數(shù)量計(jì)量工作，在監(jiān)理見證下進(jìn)行。構(gòu)件轉(zhuǎn)運(yùn)先需對(duì)起重設(shè)備、裝運(yùn)設(shè)備及司操人員證件進(jìn)行檢查，驗(yàn)收合格后方可使用。構(gòu)件在起吊前，進(jìn)行試起吊。構(gòu)件的場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)包括兩個(gè)步驟，先從預(yù)制場(chǎng)吊上運(yùn)輸車，再由運(yùn)輸車送到碼頭。采用汽車式起重機(jī)、平板車進(jìn)行運(yùn)輸。運(yùn)輸構(gòu)件的平板車需設(shè)置緩沖材料，在水平板和尾部擋板上設(shè)2cm 厚橡膠墊板。平板車上的構(gòu)件用麻繩和手拉葫蘆進(jìn)行捆綁，同時(shí)構(gòu)件之間楔入木方，防止運(yùn)輸過程中構(gòu)件碰撞和滑落。

運(yùn)輸船的甲板同樣需要解決底面不平整、構(gòu)件碰撞損壞的問題。采用10cm 厚的沙袋墊底，構(gòu)件計(jì)劃每船裝3 層，每層200 件，共計(jì)600 件。每層裝駁完成后，鋪設(shè)增厚麻袋，防止構(gòu)件上下相互擠壓造成破損。甲板上的構(gòu)件同樣進(jìn)行捆綁和固定，為防止船體傾斜和搖晃，采取對(duì)稱法裝駁。

圖7 構(gòu)件吊裝及運(yùn)輸圖

5.2.4 首件制施工

安裝工作在基床平整驗(yàn)收合格后進(jìn)行。構(gòu)件的起吊和拋設(shè)由起重船完成。首先用GPS 系統(tǒng)對(duì)起重船進(jìn)行定位，確定軸線位置，劃出安裝線。運(yùn)輸船?？吭诙ㄎ淮掠蝹?cè)，起重船沿安裝線移動(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。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φ18 尼龍繩（八字繩），尼龍繩長20 米，尼龍繩上每米均有讀數(shù)。起吊時(shí)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，用GPS 精確定位，下放，復(fù)測(cè)，如偏差過大，重新調(diào)整定位安裝。安裝就位后，結(jié)合GPS 系統(tǒng)和水下聲吶掃測(cè)的結(jié)果，經(jīng)檢查符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范后，并經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可，方可解扣。

圖8 魚巢磚吊裝圖

5.2.5 正式施工

在施工工藝、流程、相關(guān)參數(shù)和成果經(jīng)首件制施工驗(yàn)證后，開始進(jìn)行大規(guī)模的正式施工。完成一個(gè)180 米左右的作業(yè)范圍后，移動(dòng)施工船舶和運(yùn)輸船舶，重新定位，開始下一區(qū)域的施工作業(yè)。

5.3 拋設(shè)注意事項(xiàng)

魚巢磚拋設(shè)前應(yīng)測(cè)量，確保碎石基床不出現(xiàn)淤積物或損壞后才能進(jìn)行拋設(shè)。魚巢磚拋設(shè)前注意檢查構(gòu)件之間有無縫隙，如有縫隙應(yīng)立即調(diào)整。過程控制采取區(qū)間掃床、手持式測(cè)深儀和GPS 結(jié)合比對(duì)法，控制基床的標(biāo)高。在方駁甲板上采用沙袋進(jìn)行底板鋪平，確保構(gòu)件不出現(xiàn)碰損。起吊工作由專人指揮，檢查無誤后開始起吊。當(dāng)構(gòu)件底距基床0.3m 左右時(shí)，停止落鉤，用GPS精確定位，下放，復(fù)測(cè)，確保拋設(shè)精度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

6 結(jié)論

結(jié)合魚巢磚在水源地生態(tài)保護(hù)工程中的應(yīng)用，闡述了魚巢磚的實(shí)用性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)效果。隨著近年來水環(huán)境治理的加強(qiáng)，對(duì)于水源地保護(hù)的重視程度也日益上升，魚巢磚的應(yīng)用前景十分廣闊。