雷诺石笼冰面沉排在冬季堤防工程施工中的应用

赵 洋

（黑龙江省水利监督保障中心，哈尔滨 150040）

黑龙江省地处北纬43°30′— 53°30′位于中国最东北部。气温由南向北降低。霜冻期全省平均介于150～200d之间，大部分地区初霜冻在9月下旬出现，终霜冻在4月下旬至5月上旬结束。冬季较为漫长，常规有效施工期十分有限。由于地处高寒地区，冰冻时间长，春季施工期短，而且每年夏季降水量，大约为全年降水量60%，河道水位居高不下，交通不便车辆难以通行，水下工程施工难度较大。增设围堰等挡水建筑物不仅增加了工程投资同时也减小行洪面积不利于安全度汛。正常夏季施工只能采用船只进行抛石护底施工，无法保证抛投的精密准确性；采用陆地作业，黑龙江沿岸多为沼泽、林地无交通道路，大大增加施工成本延长工期。采用冬季雷诺石笼冰面沉排施工即保证工程质量和工期，又能有效减少施工时间，为工程总体效益的增添奠定了坚实的技术保障。

1 施工优势

在堤防工程中采用冬季冰封后在冰面进行施工，利用雷诺特有的整体性、柔性待春季冰融后自沉达到工程设计要求。冰体作为一种材料，广泛的存在于自然界中，其自身具有许多特殊的物理力学性质，在应用中具有很大的实用价值和工程意义。此外由于冰体天然形成的特性，冰体的利用对工程可以起到节约成本的作用。雷诺石笼冰面沉排施工突破传统雷诺石笼施工方法，利用冰面为承载体减少施工工期及施工成本，具有工艺新颖，工期短，保证质量，保证安全，造价低等优点。

适用于高寒地区、界江界河、内河的河道治理。适用于常规施工季节高水位、流量大等长期处于水下的护岸工程。雷诺石笼冰面沉排施工采用天然冰面人工增冰加厚方法增加冰面承载力在冰面上进行施工，春季冰融后雷诺自沉沉落到指定施工区域形成一个防护整体刚柔结合，达到河道治理雷诺护岸的设计要求[1]。

2 施工方法要点

2.1 施工流程

施工准备→测量放线→冰面清理→开凿冰眼检查→冰厚承载力测算→人工取水增加冰厚→冰面冻结→校核测算冰面承载力→铺设雷诺石笼→填装块石→封闭石笼→完成沉排。

2.2 施工要点

在施工前，组织工程施工人员详细进行现场考察，对施工区冰面上的积雪、杂草及垃圾进行清理，施工仪器准备就位，结合工程实际，制定保证安全、质量、环境保护等措施[2]。

根据测量控制点的坐标和高程，布置现场的测量控制点，并设永久性测量控制点，按照设计图纸尺寸坐标，对雷诺护坡进行测量放样，在设计边线外预留10m操作区。

开凿冰眼、冰厚承载力测算：

冰厚承载力测算天然冰层的承载力可以看作弹性地基上薄板理论，其厚度与宽度之比均很小，浮托于水体之上，而冰层的承载力与冰的厚薄呈平方关系推导出冰层最大承载力应用公式：

式中：P为冰层最大承载力，t；B为荷载系数（B=100）；H为冰层平均厚度，m；K为温度影响系数（气温负值时K=100+c/100，c为过去3d平均气温）；N为强度和考虑冰裂缝系数，（无裂缝取N=1.75，有裂缝取N=2.0）;S为含盐影响系数（黑龙江为淡水冰S取1）。

在施工区域内进行冰面开凿冰眼检测冰层厚度，进行了8处冰眼开凿，每处冰眼开凿取3个点，通过计算算出各个冰眼的最大承载力。如承载力达不到要求进行人工增冰，增冰厚度按照机械自重加上材料自重及安全系数减去原有冰面承载力，即为增冰厚度，挖掘机220自重为22T、装载机30自重为10T、运输车自重为15T、块石花岗岩为1.5T/m3，雷诺石笼装填完成自重为（2×6×0.23）=2.76m3×1.5T/m3=4.14T，冰面承载力为挖掘机加上块石自重加上雷诺石笼自重为27.6T，为了保证施工安全承载力安全系数为最大承载力的1.1,安全通过冰面承载力为27.6×1.1=30.4T，根据冰眼开凿计算出点1为30.6T符合承载力要求，点2为29.0T不符合承载力要求，需要增加冰厚达到承载力要求根据公式计算p=30.4-29.0=1.4T,P=9.8h2KSB/N,1.4=9.8×h2×99.75×1×100/1.75,h2=16cm,计算后点2需要增加冰层厚度为16cm，满足承载力要求，以下点数以此类推，通过计算冰层厚度在74cm时施工最为经济。

采用人工浇水增加冰厚的方法进行。浇冰时间以具体现场情况为依据，冰厚达到测算承载力为准则。具体操作方法为每间隔25m设置抽水点一处，抽水点处远离浇筑区域宽度8m，指向为浇筑区域外向江心处。设立汽油抽水机3台垂直坝轴线方向间隔2.5m并列排放。铺设水龙带至浇冰区域最远点。为保证抽水点安全，设立安全围挡警示标志，抽水机布置在木板上与冰隔离进行取水，防止冰面融化造成抽水机进水坠冰。浇冰区域利用清扫表面覆盖雪进行圈围，圈围区域大小为25m×10m。增冰厚度控制在10cm一层，每层浇筑时设专人进行看守保证浇筑厚度。浇筑厚度以单层≤10cm为基准，浇筑时如遇阻水不均匀情况利用人工推送使之均匀。单层浇筑完成厚度时立刻停止浇冰工作待冰面全部封冻进行下一层浇筑。全部封冻情况以现场打冰眼量测为准。相邻浇冰区域间隔25m，待两侧浇冰区域全部达到施工要求时间隔补空进行浇冰。通过计算算出原冰面承载力，厚度达到要求的，进行冰面清理，未达到厚度要求的进行冰面加厚，达到要求厚度冰面后进行冰面清理，达到冰面冻结要求。[4-5]

铺设雷诺石笼、填装块石、封闭石笼，将组装好的雷诺石笼摆放到指定位置，摆放时注意方向统一，以保证安装完以后相对应的隔板、边板在同一直线上。填充石料施工完成进行石笼封盖，见图1。

图1 铺设图示

2.3 完成沉排

在设计雷诺护坡位置的冰面上定好线，通过图纸计算出雷诺石笼水平距离的坡顶及坡底，进行雷诺石笼摆放，摆放完成后进行块石填装，填装块石为跳格填装，填装完成后进行封盖，在坡顶处使用8#铁线与岸边木桩连接，每个单元的雷诺石笼可用二道或者三道的8#铁线做拉线固定于岸边，防止雷诺石笼下沉时脱节或者扭曲，确保坡顶在设计位置，在坡底部穿一冰槽，目的是使雷诺石笼稳定，不易滑落，根据坡比1:3计算水平距离与坡面相交处角度为18°，确保雷诺石笼沉降于指定位置。2。

图2 沉排图示

3 施工要求

3.1 材料要求

雷诺石笼，孔规格为：6(D)×8(L)cm，其中D的误差范围：-0～+0.8cm，L的误差范围：±0.8cm，D为两个双绞合同侧之间的距离。

土工布及复合土工膜指标要求，土工布规格为400g/m2，单位面积质量偏差-7%，厚度≥3.0mm。

块石料，必须是新鲜或弱微风化岩石，石料粒径7～15cm。

3.2 施工设备

1m3挖掘机2台，斗容3 m3装载机1台，翻斗车10台；

S3水准仪1台，RTK1台，50m钢尺2把。

3.3 安全保证措施

施工现场严格按照安全操作规程进行施工，专职安全员在施工中进行现场巡视检查及时发现隐患，施工现场设置警戒标志，禁止闲杂人员入场，冰面上施工时，所有施工人员必须穿带救生设备，保证在意外发生时立即进行救援。

4 效益分析

根据船只抛石施工及陆路施工和雷诺石笼冰面沉排施工，冰面沉排施工不仅节约了成本，还使得工期提前，节省了资金，经济效益显著，另外采用雷诺石笼冰面沉排施工保证了施工质量和施工进度，从时间、工期、安全多方面均取得效益。根据概算比较松花江干流堤防工程，采用雷诺石笼冰面沉排施工，节省了工期为20d，节约投资16万元；哈鱼岛工程，采用雷诺石笼冰面沉排施工，节省了工期为25d，节约投资21万元。

黑龙江省地处中国最北端，施工季节短，采用雷诺石笼冰面沉排施工，在黑龙江省堤防工程中应用，可以大大缩短工程施工工期和成本，为黑龙江省冬季提防工程提供技术支持。