长江中游荆江河段航道整治工程沉排施工质量控制

李伟 李子侠 余南

摘 要：文章结合长江中游荆江河段航道整治工程第Ⅲ标段垂直水流沉排施工工艺，对沉排施工质量控制的关键点进行论述和探讨，并对控制排布横向收缩装置的改进进行阐述。

关键词：荆江河段 航道整治 软体排

1.工程概况

长江中游荆江河段航道整治工程，工程河段范围上起昌门溪，下至熊家洲，全长280.5km，共分为6个标段，对9个滩段的13处浅滩或不稳定航槽实施全面系统治理，改善航道条件。航道建设等级为Ⅰ级，建设标准为3.5m×150m×1000m（水深×航宽×弯曲半径），通航保证率为98%。第Ⅲ标段的主要建设内容为：张家湾潜丁坝，长度451m；天星洲高滩左缘上段守护工程，长度2850m；天星洲高滩左缘下段守护工程，长度2640m。

2.沉排在长江航道整治工程中的作用

近年来，在长江中游航道整治工程中广泛采用系结压载软体排（D型排）护底，对于保护河床原有形态、稳定边滩或心滩、防止航槽变动、维护和改善航道条件起着重要的作用，其主要功能是有效减缓水动力对河床的冲刷作用而造成的河势改变。

“万里长江，险在荆江”，整治荆江航道是一个世界级的难题，荆江河段多为沙质河床，河段九曲回肠，航道演变剧烈，尤其在三峡工程蓄水运行后，坝体下游河段的来水来沙条件发生了较大的变化，打破了荆江航道原有的动态平衡，进一步加剧了荆江河段航道演变的复杂性和治理难度。为了达到航道整治的效果，各个环节的施工质量至关重要，其中沉排的质量控制为最关键的质量控制点之一。

3.沉排的施工工艺

荆江河段航道整治工程第Ⅲ标段的张家湾潜丁坝、天星洲高滩左缘上段守护工程和天星洲高滩左缘下段守护工程的系结压载软体排护底采用垂直于水流方向沉排的施工工艺，工艺如下：

3.1施工准备

施工前，先采用测量船对水下施工区域进行扫床测量，如发现有突出尖状物则立即处理，防止排布下沉时遭受破坏，并测量施工区域水深和流速，绘制水下地形图和水上沉排轨迹计划线。

3.2排头的固定

张家湾潜丁坝D型排的排头采用系排梁固定；天星洲高滩左缘上、下段守护工程D型排的排头设置在护坡枯水平台下，按设计要求在护岸坡面上采用块石压载，表面再采用铺石压载，但实际施工中岸坡开挖的进度滞后于沉排的进度，采用在岸坡上打木桩的方式固定排头。

3.3沉排船定位及移动

沉排船采用5个液压卷扬机控制5根钢缆绳控制船体的定位和移动，其中位于船头的主缆连接1个重量为7t的铁锚，承受整个沉排船下漂的拉力，同时控制船体上下移动；船头船尾各设2根开锚和相应的钢缆绳，控制船舶左右移动。

根据设计要求，相邻排体沉排按自下游往上游方向的顺序依次逐条沉放。沉放时由GPS动态控制沉排轨迹和搭接宽度，绘出排体的实时轨迹，并校核轨迹与排布的实际长度、设计范围是否吻合，同时与理论轨迹对照，若误差超出允许偏差值，立即校正船位，防止排体偏离轨迹线。

3.4排布沉放

把预先加工好的排布卷入沉排船的卷筒，将排头通过卡排梁平铺于工作平台，然后采用人工将砼块绑系于排布上，待砼块按设计要求系满后松开卷筒和卡排梁，移动沉排船，卷筒转动，砼块随排布共同沉入江底，以此循环。

4.沉排施工质量控制要点

4.1防止排布横向收缩的质量控制措施在垂直水流沉排施工中，排布在水流的横向冲击力作用下会产生横向缩排现象，该河段沉排施工时，最大表面流速约为2m/s，高流速给沉排施工带来了一定的困难。缩排会造成排布水下搭接宽度减少，从而直接影响航道整治的护底效果。

控制横向缩排常用的技术措施为：在沉排船上游端滑板边缘设置牵引钢导轨，导轨上安装若干铁钩，每个铁钩一端勾住导轨，另一端与对应的排布上的加筋条采用牵引绳活扣相连，沉排时铁钩与排布共同下滑至斜翻板尽头，通过横向的牵拉作用控制缩排。

该控制横向缩排的装置在使用中存在一定的弊端：由于钢轨道与铁钩之间为滑动摩檫，摩擦力较大，铁钩与排布往往难以同步下滑，甚至出现铁钩卡住的现象，导致牵拉的另一端的加筋条受力不均，局部受力集中会造成排布撕裂。

为了解决以上难题，施工中研发了实用新型专利《一种牵引排布控制缩排的辅助装置》（专利号：ZL 2014 2 01817689，证书号：第 3866949号）。具体做法：采用四角滑轮牵引装置取代铁钩，并对沉排船上游端滑板边缘的钢导轨进行改造，使其与四角滑轮匹配。由于滑轮与导轨为滚动摩擦，摩擦力大大减小，杜绝了牵引装置与导轨卡住的现象，有效避免了因受力不均而造成排布撕裂，且每个装置设有四个滑轮，下滑时更加顺畅、稳固，详见图1和图2。

排布下滑时，通过牵引绳拉动排布上游侧，防止水流使排布向下游移动而造成滑轮远离轨道，确保滑轮顺利套入轨道中，四脚滑轮紧贴钢导轨随同排布同步下滑，始終保持着对排布的横向牵拉作用，确保了排布在不缩排的情况下沉入江底，紧贴河床。插销上的孔和回收绳使滑轮在脱离导轨后能重新回收再次利用。通过实践，本实用新型专利能有效地控制横向缩排情况，缩排能控制在50cm以内。

4.2沉排轨迹的实时监控措施

根据沉排施工范围、沉排施工顺序以及每张排布的铺设长度，通过GPS定位测量确定每张排布的理论坐标值，制定沉排船的设计运动轨迹线，以便在沉排施工时根据设计轨迹线控制排布的搭接宽度和铺设的水平长度。

施工前，预先在施工区域附近设置固定的GPS基准站，同时在沉排船上设置GPS移动站。施工时，沉排船根据电脑显示的设计沉排网格移船，同时电脑自动绘制实际沉排轨迹，GPS实时测量水上沉排船的运动轨迹，自动计算实际偏差值，若偏差值超出规定，电脑自动发送指令给液压锚机，根据数据指令自动绞移控制船位的5根钢缆，不断校正船位，以确保排体按设计方位入水。

4.3沉排横向搭接宽度的实时监测措施

采用GPS实时监控的同时，声呐技术也应用于排体横向搭接宽度的全过程实时监测中，可对排体的搭接宽度进行动态跟踪。声呐设备实时监控具体方案如下：

（1）在沉排船上排体搭接一侧安装船舷固定式支架放置探杆。

（2）沉排船每完成一段排体的沉放后，在绑系砼块、船体暂未移动期间，声呐监控设备对已铺设的排体进行扫描，实时采集排体搭接的数据，排体的搭接状况在沉排船操作室显示屏上清晰地展现出来（实体质量采集见图3）。

（3）監测人员将沉排的搭接情况连续地向沉排船操作人员汇报，若出现异常现象，操作人员可随时调整船舶，及时纠偏（检测方案示意见图4）。

4.4排尾沉放的施工质量控制

每块排布沉排临近结束时，采用工作排布牵引施工排布至河床底部、再收回工作排布的方式对排尾进行处理。具体操作方法为：安装施工排布前，预先在沉排船的卷筒上安装一段工作排布，工作排布与滚筒连接牢固，施工排布与工作排布采用尼龙绳活扣连接，待每块排布还剩余一个水深长度的排布未沉放时，将放排卷筒的速率设置为零，再进行船舶移动，带动活扣，下放尾排，收回尼龙绳和工作排布，从而完成排尾处理，较好地控制了排尾缩排。

通过第Ⅲ标段沉排施工的多次试验与实施，证明此方法可行有效，较好的控制了排尾缩排，既能确保排尾的到位率，又能节约材料，减少浪费，得到了业主、设计及监理的一致认可。

4.5相邻排布搭接质量的检测

沉排完成后，为了便于排布搭接质量的检测，在排体设计搭接宽度处预先设置一道彩色检测条。潜水员进行水下检测时，若在设计搭接宽度处未发现该彩色检测条，表明相邻排布的横向搭接宽度足够，满足设计要求，否则，表明搭接宽度小于设计值。如图5所示为相邻排布水下检测示意图。潜水员检测的具体操作方法为：

（1）排布搭接处的下排布有无彩色检测条，可判断搭接宽度是否符合要求。

（2）发现彩色检测条时，用钢尺测量彩色检测条到上排布边缘的距离。搭接宽度=设计搭接宽度-检测条到上排体边缘距离。

（3）若发现排布存在未搭接、有明显脱开的现象时，采用钢尺或标尺绳连接上、下两块排布边缘，测定未搭接宽度。

在泥沙较多、水质浑浊的水域，潜水员可采取近距离拍摄、斜侧光拍摄、顶流或侧流方向拍摄的方式提高水下拍摄清晰度。

通过以上质量控制措施，长江中游荆江河段航道整治工程第Ⅲ标段所有的D型软体排均顺利通过验收，既保证了沉排的施工质量，又节约了施工工期。通过各项质量控制措施，尤其是控制横向缩排技术的创新，取得了良好的经济效益和社会效益，为水上沉排施工特别是长江中游垂直水流沉排工艺积累了施工经验，开创了新的思路，具备深远的战略目标意义。

5.结束语

综上所述，通过对沉排效果的论证，该技术适用于长江中游荆江河段航道整治工程第Ⅲ标段的沉排，尤其是控制横向缩排技术的创新能连续、较好的完成本工程的水流复杂区域沉排施工，能做到经济投入合理，施工操作简便。长江航道整治工程中复杂水流情况下的沉排技术将会是长江航道整治中一个亟需解决的课题，希望能通过本项目起到抛砖引玉的效果。

参考文献：

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