網(wǎng)格化逐斗稱重精準(zhǔn)控制水下散拋石施工工藝研究

韓洪武 （安徽水利開發(fā)有限公司，安徽 蚌埠 233000）

0 引言

當(dāng)前長(zhǎng)江河勢(shì)演變劇烈，頻繁發(fā)生崩岸和災(zāi)害性洪水，只有實(shí)現(xiàn)河道全面、系統(tǒng)的治理，才能穩(wěn)定和控制河勢(shì)。拋石作為治理長(zhǎng)江河道崩岸險(xiǎn)情的主要工程措施之一，通過對(duì)岸坡修整、拋石護(hù)面防護(hù)，可以有效防止水流沖刷岸坡、減緩或抑制岸線崩塌后移。對(duì)于拋石工程質(zhì)量的控制，主要是對(duì)拋石數(shù)量、拋石點(diǎn)準(zhǔn)確性和均勻性的控制。2012 年，張貴進(jìn)和張樂[1]提出了一種可回收網(wǎng)兜的拋石施工技術(shù)，采用吊車將塊石網(wǎng)兜吊入水面下。2013 年，劉常全[2]在張貴進(jìn)的基礎(chǔ)上提出塊石裝船前在深艙駁貨艙底錯(cuò)位重疊鋪設(shè)多層鋼絲網(wǎng)都，深艙駁停靠于碼頭，自卸運(yùn)料車直接將塊石倒入深艙駁貨艙內(nèi)。2014 年，葛以宏等[3]提出了拋石區(qū)網(wǎng)格劃分的方法，用測(cè)深儀結(jié)合激光測(cè)距儀的測(cè)量結(jié)果繪制固定斷面平均增厚率測(cè)量圖，并且考慮了塊石入水過程中受到水流作用順?biāo)鞣较驅(qū)⑵埔欢尉嚯x，對(duì)拋石點(diǎn)提前量進(jìn)行控制。2017 年，朱相丞等[4]采用四錨法定位，分別用四根根斜拉錨固定上、下游錨應(yīng)成八字形，通過收、放錨纜可靈活控制定位船移動(dòng)。同年，高偉[5]提出可以將多個(gè)網(wǎng)兜按要求連接成一體，形成一個(gè)整體的防護(hù)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)注意網(wǎng)兜拋石與近岸處的銜接。同年，毛娉娉和孫科棟[6]提出在錢塘江流域洪枯水流量的懸殊差距給作業(yè)施工增加了不少難度，故施工過程遵循由外到內(nèi)依次投放，網(wǎng)兜與網(wǎng)兜之間緊密安放，形成較為穩(wěn)定的護(hù)岸帶。2019 年，陳萍娟[7]給出了兩種拋投區(qū)劃分的方法，一是依據(jù)拋幅進(jìn)行檔寬設(shè)計(jì)，二是采用拋石網(wǎng)格設(shè)計(jì)方法，為定位船劃出移動(dòng)空間。2020 年，楊崇斌等[8]預(yù)先將吊繩垂直于網(wǎng)兜長(zhǎng)度方向平鋪于坑底、挖掘機(jī)上料、人工封邊，然后采用汽車式起重機(jī)將塊石網(wǎng)兜吊入已定位好的水下，到網(wǎng)兜沉入河床面時(shí)打開自動(dòng)脫鉤裝置。同年，李雄[9]采用相同的尼龍網(wǎng)兜拋石方法，在浮吊船的四個(gè)頂點(diǎn)設(shè)置定位點(diǎn)，定位坐標(biāo)對(duì)吊機(jī)工作四角與拋石提前量進(jìn)行考慮。同年，王茂枚等[10]引入離差系數(shù)和克里斯琴森均勻系數(shù)作為均勻度評(píng)價(jià)指標(biāo)，從拋石增厚和拋石均勻度兩個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析，得到在深水區(qū)拋石增厚控制與均勻度控制方面，沉箱式拋石工藝表現(xiàn)較好，但沉箱式拋石工藝直接費(fèi)用比網(wǎng)兜拋石增加18%。2022 年，徐文婕等[11]提出在浮吊船上安裝6個(gè)液壓絞關(guān)控制和6根纜繩，由船頭主纜承受整個(gè)船只的下漂力，由船尾鋼纜固定船舶防治其漂移，用GPS配合數(shù)字式探深儀進(jìn)行作業(yè)定位和水下地形測(cè)量。

常規(guī)的拋石施工方法是根據(jù)拋投方量以及料斗的容量計(jì)算拋投的次數(shù)，由于水流流速、流態(tài)、水深、坡度等多方面變化，對(duì)水下散拋石位置、均勻度等工程質(zhì)量控制指標(biāo)有著直接的影響，常規(guī)的拋石施工計(jì)量不精確、定位不準(zhǔn)，常常需要返工補(bǔ)拋，增加成本、延緩工期，同時(shí)增加了水上交通安全風(fēng)險(xiǎn)及海事、航道部門協(xié)調(diào)難度。本文采用網(wǎng)格化的思想根據(jù)地形的走勢(shì)進(jìn)行劃分，同時(shí)利用逐斗稱重的方式控制拋投量，提出網(wǎng)格化逐斗稱重精準(zhǔn)控制水下散拋石施工工藝。

1 工程概況

長(zhǎng)江馬鞍山河段二期整治工程施工標(biāo)（七標(biāo)段）主要工程內(nèi)容有小黃洲左汊口護(hù)底工程、護(hù)底與左、右岸側(cè)連接護(hù)岸工程、小黃洲頭及左右緣加固護(hù)岸工程。主要由充砂土工枕袋填槽、墊坡，系混凝土塊軟體排和壓載拋石及加強(qiáng)帶組成。護(hù)底段合同清單工程量為充砂土工枕袋25.62 萬m3、系混凝土軟體排35.42 萬m2、水下拋石82.14萬m3。

2 工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→水下地形測(cè)量→劃分拋投網(wǎng)格→浮吊船測(cè)控定位、稱重標(biāo)定→運(yùn)輸船靠泊→挖掘機(jī)艙內(nèi)裝斗→起吊、稱重、卸料→打印小票、拋投記錄、視頻確認(rèn)→水下復(fù)測(cè)→下一循環(huán)。

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、規(guī)范要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，編報(bào)專項(xiàng)方案。

編報(bào)通航安全專項(xiàng)方案，辦理水上作業(yè)許可，按方案設(shè)置施工警戒區(qū)域。

編報(bào)航標(biāo)設(shè)置專項(xiàng)方案，辦理通航安全許可，發(fā)布航行公告，調(diào)整航標(biāo)，設(shè)置警戒及巡查。

對(duì)石料場(chǎng)的石料進(jìn)行取樣，送到具備水利檢測(cè)資質(zhì)的公司進(jìn)行試驗(yàn)，保證石料的規(guī)格和質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

確保運(yùn)輸船舶各項(xiàng)手續(xù)齊全、合法、有效。

2.2.2 水下地形測(cè)量

在岸坡上采用垂直岸線方向的橫斷面標(biāo)進(jìn)行測(cè)量放樣，斷面與拋石網(wǎng)格線平行。

每隔15m 設(shè)置一個(gè)斷面標(biāo)識(shí)，每個(gè)斷面間隔一定距離設(shè)置兩個(gè)標(biāo)識(shí)，形成一條定位線，輔助定位船、拋石船進(jìn)行靠泊、定位和移船。

測(cè)量采用多波束測(cè)量?jī)x器，對(duì)待施工區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，形成的成果與圖紙對(duì)比，劃分網(wǎng)格，尤其是坡度超過1:2 的橫坡。

2.2.3 劃分拋投網(wǎng)格

按照檔位15m×5m，即沿順?biāo)鞣较?5m、垂直水流方向5m 一個(gè)檔位，定量拋石施工（見圖1）。

圖1 網(wǎng)格劃分圖

拋石船到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，根據(jù)每船裝載量計(jì)算拋投斷面數(shù)量，分條、分段進(jìn)行拋投。

根據(jù)浮吊起重重量及臂長(zhǎng)等工作條件，確定工作幅度范圍。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及浮吊工作范圍合理確定網(wǎng)格的長(zhǎng)寬參數(shù)。

依據(jù)設(shè)計(jì)拋投厚度指標(biāo)，換算成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)拋投重量。

根據(jù)網(wǎng)格參數(shù)，布設(shè)浮吊卸料點(diǎn)及卸料數(shù)量，繪制網(wǎng)格拋投記錄表并及時(shí)標(biāo)記。

2.2.4 浮吊船測(cè)控定位、稱重標(biāo)定

按設(shè)計(jì)給定拋投區(qū)域坐標(biāo)數(shù)據(jù)，GPS 平面控制與浮吊船載RTK 聯(lián)測(cè)，修正平面控制參數(shù)，建立船載RTK 網(wǎng)格平面測(cè)控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)。

自動(dòng)稱量器具標(biāo)定，保持在有效期內(nèi)，并不定期交叉校驗(yàn)。

浮吊船定位時(shí)考慮漂移距，偏移設(shè)計(jì)網(wǎng)格線進(jìn)行定位。石料運(yùn)輸船到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，船身靠向浮吊船，船身平行于浮吊船，結(jié)合偏移定位距離，GPS調(diào)整浮吊船船位，準(zhǔn)備拋石。

浮吊船按照預(yù)先測(cè)放好的橫斷面定位線現(xiàn)場(chǎng)駐位，浮吊船船身平行于水流方向，采用“四錨法”固定（詳見圖2）。在船體船頭側(cè)及船尾側(cè)分別用兩根錨呈八字形斜拉固定（護(hù)底段拋石壓載、壓載加強(qiáng)帶拋石施工時(shí)，為防止船錨對(duì)已施工完成的軟體排產(chǎn)生破壞，浮吊船船錨采用格賓石籠錨定，浮吊大移位時(shí)直接丟棄）。

圖2 拋投船定位示意圖

2.2.5 運(yùn)輸船靠泊

石料運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，由材料員接收并對(duì)石料進(jìn)行初檢，最后由試驗(yàn)人員進(jìn)行取樣檢測(cè)。

運(yùn)輸船應(yīng)加強(qiáng)與拋投船的聯(lián)系，嚴(yán)禁未經(jīng)允許直接停靠在拋投船上。

?？窟^程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)拋投船錨纜位置的監(jiān)測(cè)。

根據(jù)水流、水位適時(shí)調(diào)整運(yùn)輸船與拋投船錨纜的長(zhǎng)度。

2.2.6 挖掘機(jī)艙內(nèi)裝斗

挖機(jī)操作人員必須持證上崗，裝料過程中嚴(yán)禁石料倉內(nèi)進(jìn)入無關(guān)人員。

裝石料時(shí)嚴(yán)禁將泥土、碎渣等粒徑小于15cm的石料裝入料斗內(nèi)。

裝填結(jié)束后應(yīng)以鳴笛的方式提醒拋投船的機(jī)械操作手。

2.2.7 起吊、稱重、卸料

拋填采取一次定位由拋石船單側(cè)拋填的施工方法，拋石定向準(zhǔn)確，一格15m×5m 小網(wǎng)格施工完后移向另一網(wǎng)格。

按照設(shè)計(jì)要求拋投完該檔位第一個(gè)斷面后，移船至下一個(gè)斷面拋投，下一船定位接該斷面繼續(xù)進(jìn)行該檔位的拋投，直至拋投完畢。

采用無線自動(dòng)稱重儀對(duì)料斗進(jìn)行稱重，當(dāng)穩(wěn)定5s 后，收到控制室指示后方能卸料。

2.2.8 打印小票、拋投記錄、視頻確認(rèn)

裝斗完成且起吊穩(wěn)定后，稱重?cái)?shù)據(jù)鎖定、打印稱重小票。票據(jù)顯示內(nèi)容有流水號(hào)、日期、時(shí)間、總重、料斗重、凈重等信息。

三處連續(xù)視頻錄像，一處在船艙內(nèi)，錄制挖掘機(jī)裝斗過程；一處對(duì)向浮吊，錄制浮吊起吊、旋轉(zhuǎn)、穩(wěn)定稱重、定點(diǎn)傾倒完畢及空料斗回轉(zhuǎn)入艙、繼續(xù)裝填下一斗的全過程；一處是小票打印控制室，錄制人員值守、票據(jù)打印及票據(jù)信息。

現(xiàn)場(chǎng)簽字確認(rèn)，通過視頻錄像確認(rèn)拋投全過程各環(huán)節(jié)，核對(duì)票據(jù)時(shí)間與視頻時(shí)間一致性、料斗裝填體積與稱重?cái)?shù)據(jù)一致性等關(guān)鍵信息，三方簽字確認(rèn)。

根據(jù)網(wǎng)格內(nèi)拋投累計(jì)結(jié)果，動(dòng)態(tài)適時(shí)調(diào)整裝斗量，保證該網(wǎng)格拋投量符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；適時(shí)調(diào)整浮吊船（兼定位船）位置，進(jìn)行下一網(wǎng)格拋投。

進(jìn)行當(dāng)天拋投量統(tǒng)計(jì)、匯總，施工記錄、稱重票據(jù)及視頻對(duì)應(yīng)整理、存檔。

2.2.9 水下復(fù)測(cè)

施工前，采用多波束對(duì)水下原地貌測(cè)量，取得原地貌平面形狀及高程等數(shù)據(jù)；

圖3 現(xiàn)場(chǎng)施工圖片

分區(qū)施工完成后，多波束復(fù)測(cè)，取得拋石范圍、厚度及均勻性數(shù)據(jù)，對(duì)不足部分及時(shí)組織補(bǔ)拋。

3 結(jié)語

拋石施工中應(yīng)注意地形變化，控制和調(diào)整施工方法。

為了保證拋石漂距的準(zhǔn)確，對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)水深、水流速度要隨測(cè)隨拋，盡量做到每船每天一測(cè)。

在堤段岸坡適當(dāng)位置設(shè)置岸上標(biāo)位，并輔以少量浮標(biāo)，為拋石船舶定位放樣使用。為便于通航，應(yīng)設(shè)置專用浮標(biāo)，以顯示出拋石作業(yè)區(qū)范圍及施工船舶和長(zhǎng)江航行船舶的航道。對(duì)標(biāo)標(biāo)志進(jìn)行定期復(fù)測(cè)，防止因施工干擾以及潮起潮落對(duì)其產(chǎn)生影響。

全部石料拋投結(jié)束后，進(jìn)行水下地形測(cè)量，以檢查拋投厚度是否滿足設(shè)計(jì)要求，自檢斷面間距是否按20m 要求進(jìn)行控制。經(jīng)檢查后質(zhì)量不合格，對(duì)工程缺陷部分進(jìn)行返工、補(bǔ)拋。為了保證施工安全，設(shè)專人密切注意堤岸穩(wěn)定，如施工過程中發(fā)生塌滑現(xiàn)象，需經(jīng)過處理后再進(jìn)行拋填作業(yè)。