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| 淺談長江深水袋裝砂工程質(zhì)量控制要點 | ||||||||||||||||||||
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文/商業(yè)，指導(dǎo)人：王翔、羅德寬 一、工程概況 袋裝砂筑堤技術(shù)及工藝可用于航道整治工程，也可用于圍海造陸的圍堤工程，本文以長江澄通河段鐵黃沙整治工程臨時增加的應(yīng)急搶險工程為例，介紹一下袋裝砂在深水區(qū)域筑堤工程質(zhì)量及測量控制要點，長江澄通河段通州沙西水道出口段南岸邊灘守護工程是鐵黃沙整治工程的延續(xù)，作為在建鐵黃沙整治工程下段樁號5+958～8+558約2600m堤段之外的一道防線，抵御水流對已建大堤的外灘沖刷破壞，保證堤腳穩(wěn)固與安全。工程包括深水袋裝砂袋、水下袋裝砂枕、砂肋軟體排、水下拋石。由于本工程大都是在深水完成的，所以質(zhì)量控制主要從原材料的檢測，現(xiàn)場質(zhì)量控制，水下地形和施工斷面的跟蹤監(jiān)測來開展。 二、施工方案選擇 2.1、工程總體布置 根據(jù)2015年2月實測1∶2000地形圖，經(jīng)與施工圖紙（2012年8月實測1∶2000地形圖）對比，本工程樁號5+008～8+179約3200m堤段水下岸坡均出險不同程度的沖刷后退，其中樁號7+158～8+179約1000m堤段-5m以上灘面出現(xiàn)較明顯的沖刷后退，平均崩退約50m，最大崩退160m（垮塌段）；樁號5+008～8+179約3200m堤段-5m以下岸坡全線沖刷變陡，目前水下平均邊坡維持在1∶3～1∶4。另外樁號6+208～6+808堤段原有沖溝-5m深槽呈向新建堤防方向快速發(fā)展的趨勢，變化幅度約400m。 綜合河勢演變分析及數(shù)學(xué)、物理模型計算有關(guān)成果，考慮北堤迎流頂沖部位主要位于樁號5+958～8+558堤段，其它堤段現(xiàn)狀灘面較寬且近期發(fā)展只是表現(xiàn)為岸坡小幅沖刷變陡。因此，本次灘岸守護范圍選取為樁號5+958～8+558約2600m堤段。 由于本次岸灘守護的目的是既要盡量恢復(fù)已崩塌的-5.0m等高線以上灘岸以保證新建堤防的安全穩(wěn)定，又要防護岸灘坡腳不出現(xiàn)較大的沖刷變形以影響工程區(qū)河段河勢穩(wěn)定。因此需對近岸岸灘和坡腳分別提出治導(dǎo)線為守護工程總體布置提供依據(jù)。 （1） 近岸岸灘治導(dǎo)線布置基本上沿現(xiàn)狀河道-5.0m等高線布置并保證治導(dǎo)線距堤軸線距離不小于150m，同時兼顧上下游岸線的平順。 （2） 考慮到西水道相關(guān)河道整治工程實施后岸線開發(fā)將陸續(xù)實施，結(jié)合12.5m深水航道開通后本河段對應(yīng)航道底高程約在-15.0m左右，為利于今后新建岸線的開發(fā)利用，坡腳治導(dǎo)線布置基本上沿現(xiàn)狀河道-15.0m等高線布置，同時兼顧河道底部的平順。 2.2、工程守護型式比選 河道護岸工程型式主要有兩大類：一類是坡式護岸，也稱為平順護岸，是直接在臨水岸坡及堤腳一定范圍鋪設(shè)抗沖刷材料或興建防護工程的一種形式；坡式護岸對河床邊界條件的改變較小，不影響近岸水流流態(tài)，有利于保護堤岸、穩(wěn)定河勢及工程的自身穩(wěn)定，對岸線的開發(fā)利用以及船舶航行無不利影響，是長江中下游地區(qū)最常見、應(yīng)用最廣泛的護岸工程型式，長江中下游90%的岸段采用的是坡式護岸。另一類是壩式護岸，壩式護岸是依托堤身、灘岸修建丁壩、順壩導(dǎo)引水流離岸，防止水流、潮汐直接沖刷堤岸；壩式護岸布置可選用丁壩、順壩以及丁、順壩相結(jié)合的勾頭丁壩等型式；壩式護岸是一種間斷性的、重點防護的護岸型式，有調(diào)整水流的作用，在長江護岸工程中的磯頭也可看成一種短丁壩型式；丁壩護岸工程雖然在建成后可抑制和減緩河岸的崩退速度，并對防沖止坍具有一定的作用。但由于一般丁壩工程的間距較大，有效保護岸線的范圍有限，同時丁壩對水流又有較強的干擾作用，在丁壩上下游易形成強烈的回流，造成上下游岸坡崩坍，同時，在丁壩壩頭形成螺旋繞流，掏刷基礎(chǔ)形成巨大的沖刷坑而容易引起工程自身失穩(wěn)，導(dǎo)致護岸工程的損壞和破壞；丁壩護岸型式在長江口含沙量高的北支以及河口渾濁地帶，泥沙易在丁壩壩田區(qū)落淤，造灘效果十分明顯，在主流貼岸凹岸段，由于丁壩對水流結(jié)構(gòu)和近岸河床演變帶來劇烈的影響，工程的穩(wěn)定和加固較為困難。 伴隨著鐵黃沙整治工程和通州沙西水道綜合整治工程的開工建設(shè)，工程區(qū)河段內(nèi)沿江岸線開發(fā)利用程度將會大大提高。因此，如采用丁壩群護岸型式，在長江流量較小、流速較小的情況下，壩田區(qū)流速減小，有利于壩田內(nèi)的淤積，但長江流量較大、流速較大的情況下，由于丁壩壩頭的繞流強度和范圍明顯增大，會給丁壩之間的灘岸帶來明顯沖刷，另外，丁壩壩頭局部水流的紊亂，不利于將來岸線的開發(fā)利用。為便于今后本工程岸線開發(fā)，結(jié)合長江下游地區(qū)以往護岸保灘工程建設(shè)的成功經(jīng)驗，本工程護岸型式推薦采用不改變沿岸水流流態(tài)的平順護岸型式。 三、資源配置 3.1 船機設(shè)備 相應(yīng)配備鋪排船、運砂船、吸砂船、交通船、錨艇、測量船、泥漿泵、150KW發(fā)電機組。 3.2 土工材料及工藝 袋裝砂袋體采用320g/m2防老化扁絲編織土工布,要求每隔1.0m采取加筋處理；其物理力學(xué)指標(biāo)見表1-1，編織布加筋帶物理力學(xué)指標(biāo)見表1-2。 表1-1 土工布物理力學(xué)特性表
表1-2 加筋帶物理力學(xué)特性表
材料進場按程序報驗，并自帶出廠合格證、質(zhì)保書等，按批次和規(guī)范規(guī)定的頻率在監(jiān)理見證下取樣送檢，送檢合格后方可使用。送檢樣品應(yīng)包括縫合接頭的強度檢測。 四、施工流程 掃床和地形測量→袋體制作→棱體位置、高程定位測量→鋪設(shè)袋體→充砂灌袋、砂體固結(jié)→鋪設(shè)搭接施工下一只袋體→測量、調(diào)整→鋪設(shè)下一層袋體至設(shè)計堤頂高程→自檢測量報驗 五、施工方法及工藝 5.1工藝：根據(jù)本工程特點和水文條件，袋裝砂施工采取鋪排船沿堤身軸線，順?biāo)麂伌墓に�。相鄰袋體重疊搭接寬度為（5-10m）。各層袋體應(yīng)相互錯縫，避免通縫。 5.2 供砂：本工程堤身土方采用吸運工藝進行砂土供應(yīng)，砂土供應(yīng)至鋪排船邊。 5.3袋體設(shè)計和加工：袋體現(xiàn)場加工制作。袋布接縫縱向布置，拼縫采取包縫形式，縫合強度不低于原土工織物強度的70%，袋體鋪設(shè)長度方向每間隔1米縫制縱向加筋帶。 袋體表面每16-20㎡布置一個充填袖口，采用雙層袖口，原理是利用砂袋內(nèi)水和砂的壓力使砂袋內(nèi)層袖口受反向壓力自動封閉。在充灌砂時，先把雙層袖口的內(nèi)層袖口置入袋內(nèi)，插入充砂管，當(dāng)袋內(nèi)充灌滿后，內(nèi)層袖口在水和砂的壓力下自動封閉，減少袖口系結(jié)環(huán)節(jié)，保證施工安全。 5.4袋體尺寸： 根據(jù)水下地形測量數(shù)據(jù)和設(shè)計斷面，分層計算袋體寬度，并以此編號加工制作充填袋。 擬定袋裝砂尺寸20*80*0.7m³ 20*120*0.7m³ 30*80*0.7m³ 40*60*0.7m³。砂枕尺寸采用3*3*0.5m³。 每層袋體完成，應(yīng)進行充填高程、斷面尺寸檢測，并以此指導(dǎo)和調(diào)整下一層袋體施工。 5.5水下定位 充砂袋體鋪設(shè)前，應(yīng)分層繪制袋體布置軌跡計劃線，以引導(dǎo)移船和袋體鋪設(shè)定位。 袋裝砂袋采用鋪排船上的雙GPS導(dǎo)航系統(tǒng)進行動態(tài)定位，利用GPS定位及施工過程監(jiān)控的應(yīng)用軟件，該軟件主要功能是根據(jù)接收儀與鋪排船的相對位置關(guān)系，從兩臺GPS接收儀輸入的數(shù)據(jù)進行計算處理，在顯示屏形象的顯示出砂袋的設(shè)計位置和當(dāng)前的實際鋪設(shè)位置。操作人員可直接通過鋪設(shè)軌跡線來指揮袋裝砂鋪設(shè)作業(yè)，使鋪設(shè)精度控制在允許范圍內(nèi)。船體首先在管袋頭位置定位停船，考慮水流速影響，袋頭入水位置應(yīng)預(yù)留一定的提前量和搭接寬度。 袋體在船體滾筒上卷好，在沉排船翻板上進行袋頭初步填充，當(dāng)充填重量能夠克服流速并能穩(wěn)定落位時，放下翻板成一定角度，袋頭依靠自重下滑入水，繼續(xù)邊充填邊移船，控制鋪排船沿軌跡計劃線移動，直至袋尾牽引入水落位后，應(yīng)繼續(xù)充填一定砂量，保證袋尾穩(wěn)定。 直至袋頭下沉至江底后再繼續(xù)充填，增加袋體重量， 5.6袋裝砂袋充填 水下袋裝砂袋采用鋪排船進行管袋定位和展布，泥漿泵從運砂船上水力充填管袋，一邊充填管袋，鋪排船一邊下放管袋、退船展布管袋，直至管袋全部下沉至計劃位置，袋體填充完成后撤除充砂管線，移船進行下一個管袋充填。 施工時間，受潮流影響，應(yīng)合理選擇潮時和水流方向，而本工程施工區(qū)域，受退潮影響較大。因袋頭重量輕，一般入水時間選擇在平潮或漲潮時段。袋尾入水時間宜先擇在水流方向與鋪袋方向一致時段，便于利用潮位袋體入位。施工過程，應(yīng)采取措施，減少縮袋和偏移情況發(fā)生。 充填過程，根據(jù)運砂船減少方量和充砂效率控制充砂量，根據(jù)充填速度，控制移船速度。移船速度，既不能過快，防止袋頭拉動錯位，也不能過緩，控制充填厚度不宜超過70cm。 六、 水下測量控制 6.1工作原理 水下測量采用GPS-RTK結(jié)合數(shù)字測深儀作為一種新型的水下測量技術(shù)，測深儀是一種利用聲波反射的信息測量水深的儀器，以回聲測深儀為例，其工作原理即是利用發(fā)射換能器向水下發(fā)射一定頻率的聲波，當(dāng)聲波遇到障礙物而反射回換能器時，根據(jù)聲波往返時間及所測水中聲速，即可得到障礙物與換能器之間的距離，加上吃水修正即得水深。利用GPS-RTK結(jié)合回聲測深儀測量水下定位點坐標(biāo)與高程的原理，在測深儀換能器正上方直接安裝GPS流動站天線，測量中，在GPS測定換能器底部坐標(biāo)及高程時，測深儀測定定位點的水深。水下定位點高程計算公式為：H=Hl-H2。式中，H即為水下定位點高程，Hl為換能器底部高程；H2為換能器測量定位點至換能器之間的水深。由公式可見，將GPS測量所得高程減去測深儀測量所得水深值，即為水下定位點高程，換能器坐標(biāo)即為定位點坐標(biāo)。 6.2水下地形測量的作業(yè)步驟 相較于傳統(tǒng)的水下地形測量，GPS-RTK技術(shù)聯(lián)合測深儀進行水下地形測量，除配備測量船只、測深設(shè)備外，需兩臺或以上能實施RTK技術(shù)的GPS接收機相配合進行作業(yè)。進行外業(yè)工作時，駕船、操作測深儀測深、操作GPS接收機進行定位測量等，均由專人負責(zé)，實際作業(yè)過程，大致可分為外業(yè)數(shù)據(jù)采集及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理兩大部分。 6.3外業(yè)數(shù)據(jù)采集 設(shè)立基準站，輸入控制點坐標(biāo)；為保證站坐標(biāo)及各項參數(shù)輸入準確無誤，通過流動站接收機到附近的已知點進行校核，結(jié)果符合要求后再行測量工作；將GPS接收機、數(shù)字化測深儀與電腦進行連接安裝，接上直流或交流電源，打開電源啟動系統(tǒng)。打開海洋測量成圖軟件及測深儀，做好各種設(shè)置，如記錄設(shè)置、接收機數(shù)據(jù)格式、定位儀及測深儀接口、測深儀配置等，該工程測圖比例要求為1:1000，結(jié)合《水運工程測量規(guī)范》（JTS131-2012）中對測量比例尺1:1000地形圖采點密度的規(guī)定以及工程實際概況，將測區(qū)沿垂直航道方向每20m布設(shè)一條航線，進行測量和數(shù)據(jù)采集。結(jié)合導(dǎo)航指示，沿航線在測區(qū)進行水深測量。 實際施工過程，為準確掌握袋裝砂斷面施工效果，測圖比例為1:500必要時應(yīng)加密測點或測量斷面。 6.4內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理 因外業(yè)數(shù)據(jù)采集均為儀器按設(shè)定好的程序自動采集，較難準確地反映水下地形地貌特征，因此還需對外業(yè)所采集的數(shù)據(jù)進行整理。先結(jié)合外業(yè)測深儀施測的水底斷面數(shù)據(jù)，對未采集到的水底變坡點的坐標(biāo)和高程進行內(nèi)業(yè)補點加密，做好數(shù)據(jù)加密處理后，再將測深儀內(nèi)存儲器中的觀測數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)字成圖軟件中，生成等深線，進行圖面整飾后成圖輸出。 6.5 RTK高程可靠性 6.6 測深儀采樣速度與船速的匹配 數(shù)據(jù)采集頻率一般設(shè)置為1s，而測深儀設(shè)置一般為0.33s，也即1s采集3個數(shù)據(jù)，因測深儀是依據(jù)超聲波到達水底后放射回波對水深進行確定的，因此在如上周期性采集方式下受船速影響極大，若船速過高，則所測的的水深數(shù)據(jù)往往會和實際平面位置出現(xiàn)較大差距，因此作業(yè)過程中應(yīng)經(jīng)常檢查吃水深淺及電子線，并確保船速平均且均速<8m/s為宜，同時為控制好船體搖擺姿態(tài)，作業(yè)時應(yīng)選擇微風(fēng)或無風(fēng)天氣時，拐彎處要確保船體平穩(wěn)。 6.7測量結(jié)果內(nèi)業(yè)分析 測量結(jié)果成圖后，應(yīng)繪制施工斷面圖，并與設(shè)計斷面圖進行比較，以此檢查施工效果，指導(dǎo)和調(diào)整后續(xù)施工。 七、質(zhì)量控制要點總結(jié) 7.1 施工前，應(yīng)對鋪袋區(qū)域進行軟式拖底清障掃測，防止障礙物損傷砂袋。 7.2保證袋體無破損。砂袋卷上滾筒前應(yīng)檢查有無破損，尺寸規(guī)格所用材料是否與送檢的一致，船上配備手提縫紉機和320g/㎡編織布，發(fā)現(xiàn)破損處及時修補后才能使用。 7.3每1000m³抽檢充填砂樣一個，每50000㎡抽檢一組機織布，每10000㎡抽檢一組保證充填砂以及土工材料質(zhì)量符合設(shè)計要求。 7.4移船過程中，應(yīng)根據(jù)流向、流速調(diào)整船位，保證袋體之間搭接良好。 7.5嚴格控制砂船到場散砂的方量，充砂時監(jiān)測砂漿濃度，防止堵管，保證在規(guī)定時間內(nèi)完成充砂。 7.6施工過程中應(yīng)注意檢測潮位變化，觀察袋體在水流作用下的受力情況，防止袋體破損。 7.7施工過程中嚴格控制充砂速率、充砂量保證及時移船和滾筒放袋，以防止砂袋充填過厚發(fā)生爆袋。 7.8跟蹤測量袋體充填厚度，保證充填厚度以及平整度。每層砂袋鋪設(shè)完成及時測量施工斷面標(biāo)高，以便及時掌握水下情況和動態(tài)控制施工進度。施工高程應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況預(yù)留沉降量。測量標(biāo)高數(shù)據(jù)達到設(shè)計要求后應(yīng)及時進行砂肋軟體排鋪設(shè)和后續(xù)工序施工。 7.9施工過程，應(yīng)合理選擇拋錨位置，防止錨纜損壞充砂袋體。 7.10施工完成后，應(yīng)加強堤身和周圍河床地形監(jiān)測，異常情況應(yīng)及時報告、及時采取處理措施。 |
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