水利工程沉排石笼施工技术

韩天栋 蒋红灵

摘要：国内外沉排施工多为混凝土软体排、钢筋石笼网箱、格宾网石笼沉排。水利工程水下沉排施工技术要求较高，为确保沉排的整体施工，可以采取有效的控制措施，同时要加强施工技术管理。

关键词：水利工程；沉排石笼；格宾网石笼

1.石笼概述

格宾网根据材料不同其使用年限不同，其材料分为镀锌钢丝，锌铝-混合稀土合金钢丝，镀锌钢丝包优质低碳钢丝、塑料，铝-锌混合稀土合金钢丝包塑等，具有耐腐蚀和耐磨性能，不损坏钢丝的保护涂层，网架呈蜂窝状，网架每隔1～3m网箱就被划分为一个独立的单元。一般情况下，用六角网捻编制成的矩形笼子，笼内填充块石料等填充材料作为填筑路堤、河岸挡墙和水库护岸等。格宾网石笼石料之间的空隙有利于植物生长，水面以上石笼面可采用种植绿化，以满足生态考虑和安全要求，实现了工程结构与生态环境的结合。同时，与传统的刚性结构相比，它是一种柔性结构，对不均匀沉降具有良好的自调节作用。由于格宾网石笼自身的优点突出，现已成为世界上设计师在泥石流防治、滑坡控制、河床保护和防止落石等方面的首选结构形式。格宾网石笼由于其工程造价低、施工简便、材料容易解决等特点，作为一种新技术、新材料，已成功应用于水利、堤防、公路和铁路防护工程中。

在施工过程中对格宾网填充石料时，石料掉落撞击其他石块后向四周分散，造成格宾网变形。通过给格宾网石笼加内衬钢模（钢模板箱体的高度根据填充块料的大小高于格宾网石笼5～10cm），让钢模箱体承载块石的冲击力和往外的挤压力，限制石料的四周扩散范围，并从内部使回填块石咬合密实，让其形状及结构尺寸符合设计要求，防止格宾网石笼变形，形成整体稳定性，从而使质量、外观等满足设计要求，如图1所示。

图1施工图

2.软体排沉排概述

软体排由土工织物和压载体制成，具有较好的抗冲刷性能，常用于航道整治工程中各种整治建筑物的护底。顺水流沉排过程中，受到移船、水流等因素的影响，排布的受力呈现出明显的非线性特征，极易发生横向和纵向撕排现象。因此，沉排过程中排布的受力是保障工程安全的关键因素，也是工程界广泛关注的热点问题之一。对于沉排过程中软体排的受力，目前还没有应用性广泛的分析方法。

考虑动水压力作用下的软体排受力研究，将排布内的拉力分解为静水拉力和动水拉力两部分，并采用经验方法对两者进行估算；考虑沉排过程中排布上的动水压力，通过理论分析计算单宽软体排与船舷相切部位的受力；通过模型试验，测量软体排在静水和动水中的受力；基于集中质量法建立力学模型，考虑排体的拉伸变形和作用在排布上的水流力计算单宽软体排沉排过程中的受力；假定作用在排布上的动水压力全部转化为竖直方向的分力，通过有限元方法开展了软体排受力数值模拟研究；考虑流速沿水深的指数分布，模拟排布在动水中的受力。以往研究多以理论研究和单宽软体排受力计算为主，但在实际沉排过程中，排布的受力十分复杂，在移船、水流等多因素作用下，软体排受力的研究成果尚不多见。

3.水利软体沉排石笼施工技术要点

某水利工程全线建在深厚软土地基上,采用铺设软体排的基础处理方法,以加速地基排水固结,增加堤基土体的抗剪切破坏能力,防止工后出现较大的不均匀沉降。

3.1软体排制作

软体排所用材料包括土工布、加筋带、锦纶线等,软体排排布和砂肋布分别采用760g/m2、230g/m2聚丙烯长丝机织布制作而成；加筋带宽带10cm,单位重量≥70g,抗拉强度≥25kN/根；锦纶线采用35支3股规格,强度不小于150N。

软体排在海堤横断面方向须整块制作,不准搭接或缝接,在海堤轴线方向可以搭接或缝接,缝接必须采用包缝法或丁缝法（二道锦纶线,针脚间距≤7mm）,缝制后强度不低于原织物设计强度的60%。加筋带采用三道锦纶线（针脚间距≤10mm）可靠地缝制在软体排上。每块软体排宽度在30m左右,单块重量达3t~4t。

由于整块软体排布长度较大,且受卷筒与甲板净高度的限制,软体排布与砂肋分别制作,加筋带沿长度方向按设计砂肋间距预留Ф300环扣,以便安装砂肋管。

3.2软体排铺设

软体排铺设由铺设船体、吹砂船体、定位系统、铺设装置等组成。

3.2.1软体排装船

将检验合格的软体排平展在铺设船的甲板上,软体排尾端的加筋带拉环与卷筒上的Ф20尼龙绳通过活口连接。启动卷筒开始卷排布,当排布的第一排砂肋环扣处于滑板边缘时停止卷排布,在环扣内穿入砂肋管袋,一头扎牢,另一头与吹砂管连接,并沿软体排的长度和宽度方向每侧间隔3m设一个定位浮标。

3.2.2铺设船定位

铺设船系具有自航动力水上甲板钢质平台带悬臂钢滑板船,定位准确与否是顺利铺设软体排,保证铺设质量的关键工序。因此,铺设船采取船体长度方向平行于轴线定位,垂直轴线方向移船,定位依靠安装在船体上的高精度GPS定位系统。铺设船在船上GPS引导下进入施工现场,四边下锚粗略定位,然后在电子海图上放大施工区域铺设单元格,根据铺设船与软体排铺设单元格的相对位置进行绞锚移船,使船体钢滑板边线与铺设单元格起始边线重合,即认为铺设船已准确定位,可以开始铺设。

3.2.3充砂沉排

铺设船准确定位后,运砂船停靠在吹砂船旁,启动吹砂船上的高压水泵,用高压水枪破碎、液化砂土,启动泥浆泵将砂浆通过输砂管向砂肋管内充填。充灌砂肋从一头充灌,交错充灌,严禁双向对充,在充砂时用人力进行排水捣实,以加快砂土的固结,砂肋充盈率必须大于80%。在甲板上的砂肋充灌完成后,绞锚移船放排入水,利用砂肋自重使排体沿滑板徐徐沉入海底,当最后一条砂肋位于滑板边缘时,停止移船,本着充灌一段沉放移位铺设一段的原则,继续充灌下一批砂肋袋。以此类推,直至整块软体排全部铺设完成,移动船位,重新定位,进行下幅排的铺设。

3.3抛石压载

在软体排铺好后立即进行抛石压载,压载先两边后中间,采用液压开底驳或甲板驳下料均匀压载。

3.4采用多种方法检测铺设质量

1）用GPS定位仪复核浮标的位置,以检查排体是否有收缩,首尾边线是否到位。2）使用手提测深仪,按照每2m一个测点,5m一个断面测量验收软体排顶标高。3）使用潜水员水下探摸,探明软体排间搭接情况,如有搭接不符合要求的,确定位置,采取补救措施。

结束语

从以上内容可以看出，内衬钢模施工方法整体稳定，外观质量高，安全高效，缩短工期，节约施工成本，延长了格宾网石笼的使用寿命，从而减少了社会资源的浪费，经济效益和社会效益显著，内衬钢模施工方法在格宾网石笼施工中有较大的推广价值。

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