复杂地形及水流条件下的软体排施工技术措施

宋燕妮

摘要：本文以长兴岛潘石水闸~中央沙水库海滩达标工程为例，对水上软体排铺排施工技术做了介绍。并指出施工质量控制要点和检验指标及方法；为水上铺排施工工艺的推广和应用提供了借鉴和参考。

关键词：复杂 水流条件  软体排 铺设

软体排采用专门的沉排船进行水上施工，作为防冲结构，它的作用机理是用土工布制成排体，在排布上加混凝土预制板块作为压重，来保障稳定性。另一方面，也是土工植物在江堤、河岸、丁坝护底（护脚） 常用的构造。能够有效的缓解冲击能量，同时，土工材料具有反滤性，所以，它能够减少水流对河岸的冲刷，是集反滤及防护等特性为一体的新型土工复合材料。主要应用于堤坝、围堰等部位。

一、工程简介

长兴岛潘石水闸~中央沙水库海塘达标工程，工程位于长兴岛西北，整体呈南北走向，南起上海振华重工机械配套有限公司，北接南环河泵闸。长兴岛潘石水闸～中央沙段总长4570m，加固保滩顺坝及丁坝1259m，拆除重建堤顶道路49905平方米，种植绿化79391.73平方米，新建过堤人行通道4个，防汛口门6个，沿线涵闸加固、闸门更换、涵闸管理房装修及地基处理等。

图 1-1工程位置图

本工程丁坝共有5条，其中有3条需要铺排，分别是乡养殖场12#丁坝，恒字圩9#、10#丁坝。具体参数如下表：

丁坝名称	丁坝铺排尺寸	排布规格	丁坝铺排面积
乡养殖场12#丁坝	170*95	380g/㎡机复布	16150㎡
恒字圩9#丁坝	140*85	380g/㎡机复布	11900㎡
恒字圩10#丁坝	170*95+170*120	380g/㎡机复布	18275㎡

二、自然条件

2.1气象条件

长江口地区属于亚热带温暖多雨气候，受季风影响，冬冷夏热，四季分明。年平均气温（陆上）为16.9℃。气温可高达40℃，低至-12.1℃。

我们可以很直观地从堡镇站多年资料中发现：一年中，该区降雨天为89～146天，平均下来123天都有下雨，平均总降水量1169.6mm。每年均有暴雨（24小时降水量≥50mm）发生，平均每年为5次，多时达13次（2002年），暴雨主要出现在汛期。

该地区多年平均各个风向上的发生频率基本相当，但季节性变化较为明显，11月至次年3月偏北风较多，4～10月则以东南风为主。最大风速多发生在夏季台风期间，长江口高桥站实测最大风速28.99m/s。《上海市海塘规划（2011-2020）》分析显示，100年一遇风速相当于11级风下限28.6m/s，200年一遇风速相当于12级风下限32.7m/s。

2.2 水文条件

表1.2工程位置处潮汐特征值及统计值计算成果表

潮汐特征值和统计值	工程位置处
历史最高潮位（m）	6.01
历史最低潮位（m）	-0.31
多年平均高潮位（m）	3.35
多年平均低潮位（m）	0.91
多年平均潮位（m）	2.14
最大潮差（m）	5.32
最小潮差（m）	0.02
平均潮差（m）	2.44
200年一遇高潮位（频率0.5%）（m）	6.30
100年一遇高潮位（频率1%）（m）	6.10
50年一遇高潮位（频率2%）（m）	5.89
20年一遇高潮位（频率5%）（m）	5.61

工程位置设计潮位根据《上海市海塘规划（2010-2020）潮位分析专题报告》，通过邻近的高桥站和堡镇站实测潮位资料内差求得，工程位置处潮汐特征值及统计值内差计算成果见表1.4-1，200年一遇设计潮位为6.30m。

2.3 现状滩地情况

根据测量数据分析，现状滩地与设计滩地变化很大，特别是断面2和断面3的原地形变化很大，经过工程可行性研究阶段有近2年，刷深在5-8m之间，且个别区域存在深坑，部分铺排区域的坡度接近1:2，地形及水流条件复杂，铺排前需要处理。拟定采用袋装砂的方式进行找平处理，使得铺排的坡度达到1:3。吹填用砂采用外来砂（根据采砂许可规定的区域取砂），袋装砂的袋布采用230g/m2机织布，尺寸4*6m，灌注厚度0.5m。

三、铺排施工方案

3.1 工艺流程

3.2  排体划分

根据设计图纸要求，对丁坝的软体排进行划分：

丁坝名称	单块排体尺寸	数量	说明
乡养殖场12#丁坝	36*98	4块	单块软体排垂直（长度）余量3m，横向（宽度）余量1m
	29*68	2块
恒字圩9#丁坝	34*88	5块
恒字圩10#丁坝	36*98	2块
	36*123	2块
	29*98	2块

3.3  施工方法

1、施工顺序（数字编号为铺排次序）。

2、主要施工技术

1）明确位置

使用GPS定位，把相应的导航图限定在施工的界限里，接下来，抛出6锚，按照实际测得的图和规定好的位置，把船固定好。在这个过程中，由于会受到水流等方面的作用，我们在进行测量时，也要把相应的因素考虑进去，在排布的尾部标下记号，进行下一块排体施工时，移动至标记位置，以此来满足设计要求。

2）铺设准备

① 排体卷上卷筒

a. 将排体传送到施工场地，倒放好，并借助起重机运到甲板处。

b.用长度为25m 双股丙纶绳（Ф14mm）连接排体末端加筋圈和卷筒上的钢丝绳  见下图。

排体示意图

c.将排体卷在卷筒上

3）软体排铺设

①将铺排船定位于排体下沉位置。

②排体前端用吊机均匀吊装联锁块，锚绳≥300m。

软体排铺设工序示意图(1)

③卷筒卷至剩余1.5m左右的软体排的情况下，要立马停下，把滑板向下放,确保滑板上排体能够实现下滑,当联锁块下滑到滑板上的土工布处于绷紧时，停下来,并要确保角度大致是30度。采用可调节的滑板，以便于调整下排角度和方向，有助于确保铺排质量。

 

软体排铺设工序示意图(2)

④测量没有沉水的排体长，就可以得到沉下的排体有多长，这样，我们就可以得出船移动的距离。为了保障准确性，计算移动的距离要使用GPS。移动距离不可过大，以免出现排体撕裂的情况

软体排铺设工序示意图(3)

⑤保持滑板角度不变，放置排体，通过GPS移动船只使其铺设到位。

⑥重复以上步骤，直至施工完成；

⑦后续排体位置根据最后标记位置确定；

⑧若水深过浅时，可考虑人工进行铺排。

3.4  软体排铺设船只参数及施工经历

1、船只参数

本铺排船为钢质自航工程船，规格为1300t。

1）主要参数

总长65.3m

型宽17.50m

型深3.80m

设计吃水 1.80m

船舶定员　　　　　　　   18人

2）作业环境

工作范围长江软质基础（沙质等）河床

作业深度1.5～25.0m

流速0.0～2.5m/s

气象要求      蒲氏6级风以下可以开展，蒲氏8级风以下调遣

3）作业参数

软体排宽度　　　　　　　　　40.00m

连续放排长度　　　　　　　　300m

滑板尺度6×41m

铺排作业效率≥750m2/h

4）主要机电设备

作业主机：二台康明斯柴油机+西门子电机，额定功率2×350KW

停泊发电机组：康明斯柴油机+西门子电机，额定额定功率75KW

克令吊：20吨×30米一台，能每天24小时连续工作，确保施工时间和生产率。

2、铺排设备

定位测量系统，船舶定位移船系统，铺排卷扬和滑板系统，控制系统。

3、能力计算

考虑最不利水深情况，计算铺排船只卷扬机能力。

最深为22m，单块连锁片重量为53.08KN（混凝土块取24KN/㎡），软体排为380g/㎡复合土工布，宽度最大的为36m。最大悬吊重量为53.084*8*4.4+22*36*380/1000*10=1871.56KN。本机卷扬机最大能力为2500KN（卷扬机为1台25t，采用1:10涡轮涡杆变速箱），满足施工要求。

4、施工经历

为满足在水深25.0m，流速2.5m/s作业区域施工，本船配6×41m滑板，滑板上设深水导槽排头牵引装置，以减弱或抵消大水深、大流速下流体对软体排的影响。在船舶舯部配有两台250KN单卷筒滑板提升绞车，可将布置在船舯的滑板收取、放下以满足不同水深区域的要求。

本铺排船在2012年3月在长江中游新洲至就九江航道整治工程中铺设砼联锁块软体排最大深度为24米，2015年11月在长江12.5米深水航道整治工程中，铺设砼联锁块软体排最大深度为22米。本工程最大深度在21-22米，因此本铺排船完全能完成本工程段施工。

四、质量保证措施

4.1  施工前控制措施

本工程的丁坝坡度较陡，为防止铺设好的排布下滑，拟采取“地笼桩”的方法进行控制，防止排布下滑。具体措施如下：

1、放出软体排布顶边线，插上竹竿；

2、开挖“地笼”沟槽，宽度0.8m，深度1.5m；

3、放置圆木桩在沟槽中，圆木桩中部绑上丙纶绳；

4、软体排铺设完成前，排布的连接环引出丙纶绳与圆木桩连接。

4.2  施工中控制措施

1、沉排前先测量水深，并在测图上标出设计护底范围，定出特征点坐标值。

2、由GPS动态跟踪排体下沉轨迹及搭接长度，实时绘制运行轨迹，并校核其是否满足设计要求。 

3、排体沉放过程中根据监理工程师的指示控制铺排船的铺排轨迹，根据铺排轨迹校正船位，并绘制轨迹图，作为排体到位的控制手段。加强对沉排船的移动速度、方向的控制，防止排布重叠和卷排。

4、为了实现排体能够垂直进入水里，在工作开展的时段，应该确保船只的整体与水流的方向相同。水流方向可用浮标测定，观望浮标流向是否与船体相交，若出现相交，则用横缆调整船方向，使之平行。 

5、做好沉排轨迹动态跟踪，确保无排体搭接漏缝。 

6、每条沉排结束时对排尾用尼龙绳牵引，以确保排尾到位。

4.3  软排体加工及连锁片的质量控制

1、软体排材料

软体排的标准：选用230g/㎡的丙纶长丝机织布与150g/㎡短纤无纺土工布相结合的软体，材料各项物理力学性能指标经检测必须符合设计要求。

2、连锁片制作质量控制

本工程连锁片为指定有资质的专业厂家制作。

3、软体排铺设完成后的质量检测

1）软体排加工尺寸横向尺寸加宽1m，纵向尺寸加长3m，以保证搭接效果和鱼排长度满足设计要求。

2）铺排过程中在排体四角、堤身排中心线和堤身排与砼联锁排交界处排体两侧共设检测浮标10个，排体铺设完毕测量浮标的位置以确定排体的实际位置，另外潜水探摸进行抽查，如发现排体破损、翻卷、偏位、搭接不够时，需查明原因，根据实际情况进行补排。

五、安全控制措施

5.1船舶航行安全

1、施工运输船舶作业时，认真执行《水上交通安全法》，遵守当地海事部门规定的有关航行规则，进出现场按照当地渔政部门划定的航行路线航行，保障船舶航行、停泊、作业的安全。

2、运输船舶及交通船均配备甚高频专用通讯设备和航行卫星定位系统。

3、施工船舶在航行或施工作业时，明确指出：要求驾驶员增加瞭望次数，驾驶时要慎重地进行操作，如果在运行过程中，出现会相互干扰的船只时，要积极地给对方打高频率电话进行通话，或者发射声音传递信号、也可以用灯发射信号，与对方人员进行沟通，协商好可取的、正确的妥协避让方式，要保障航行的安全性。

4、执行项目部船舶应急避风预案，落实避风港口，服从项目部的统一指
挥。

5.2、工程安全

运输施工船舶进入施工现场后，严禁在已铺设完成的软体排范围内抛锚，以免对已完工程造成破坏。保护已做好的软体排铺设范围标记，确保工程安全。

5.3人员安全

1、进入施工现场人员均须穿救生衣，戴安全帽。

2、加强对船舶用电、消防配备等方面的检查，保证船上施工人员的人身
安全。

3、船舶施工人员严禁酗酒，防止意外落水事故。总之，严格按照项目部安全交底各项保证措施进行实施，确保每道工序施工生产安全都在预控制之中。

六、结束语

实际施工结果表明，砂肋软体排具有良好的整体性，柔韧性和变形能力，适应地形变化，且能满足大尺寸的铺设，使得坝身吹填砂基础受力均匀沉降均匀。目前该工程完工四年多，工程使用情况良好，为在临江、临河及临海地区修建堤防工程提供了施工经验，值得推广应用。

参考文献：

[1]TJ/T239-1998.水运工程土工织物应用技术规范[S].

[2]TJ/T239-2005.水运工程土工合成材料应用技术规范[S].

[3]2095-1809（2011）-04-0009-04

[4]张海涛、刘忠仁、谢可为.软体沉排的设计与施工[J].黑龙江水利科技，1996，（3）：18-19.

[5]深水联锁块软体排铺设施工技术[J].周永康，张辉苏。中国水运（下半月）.2020（05）