航道整治工程高流速下透水坝基床整平工艺的改进

李子侠

摘 要：文章以长江中游荆江河段航道整治工程张家湾潜丁坝工程为例，由于其透水坝在透水构件安装前需进行基床整平，但施工期间流速快，传统的基床整平施工工艺在实施过程中存在一定的困难，为确保基床平整的精度和施工功效，项目部对高流速下透水坝基床整平工艺进行了改进，施工结果表明不仅保证了工程质量，而且为后续施工提供了便利条件。

关键词：透水坝 基床整平 整平架

1.工程概况

张家湾潜丁坝位于长江中游荆江周天河段颜家台下游，周天河段位于长江中游上荆江末端，距武汉市428km，上起郝穴，下迄古长堤，全长27km。潜丁坝结构由护底、坝身、坝头3部分组成，坝体主体结构全部分布于水下。

护底：采用D型沉排、排上抛石压载、排体下游边缘抛透水框架、在排体上游及靠近航道侧预留变形区边缘设置备填石。

坝身：为透水坝、钢丝网石笼筑坝和抛石坝混合型坝，其中直线段28～128m范围为透水坝段，勾头前端120m为钢丝网石笼筑坝，其余坝体采用抛石筑坝。

坝头：顶端部为直径3m的半圆，呈辐射状与河底相接；沿坝轴线向河坡坡比为1：5，向上、下游逐渐变坡比与坝身平顺衔接。

透水段坝体长100m，里程为28～128m段，底部为D型排护底，依次往上为抛石基床、基床整平、透水构件安装和模袋混凝土护面。坝体顶面宽度为8m，上游侧顶面宽度为2m，透水构件搁置面宽度为3m，下游侧顶面宽度为3m，两侧斜坡面模袋混凝土宽度各1m。

透水壩典型断面图如图1所示。

2.基床整平施工工艺

2.1基床整平施工工艺流程

基床整平施工工艺流程如下：施工准备→定位船定位→垫块安放→导轨安装→基床粗平（二片石）→基床细平（碎石）→测量验收→导轨拆除→下一段施工。

2.2基床整平施工方法及要点

（1）施工准备。①材料准备。透水构件安装区域基床抛石，先抛至标高+23.75m；由运输船装运10～20cm二片石和3～5cm碎石；基床整平施工前对潜水设备逐一检查。②测量准备。基床测量定位由潜水员采用垫块、导轨及装载GPS的测量标杆来完成；垫块采用长40cm×宽40cm×厚10cm的混凝土小方块。a.平面位置测量。在基床整平施工过程中，需要测量的平面位置有：导轨垫块位置、导轨安装位置、整平区域、断面位置和局部补抛位置。以上部位的测量，主要通过在标杆上安装GPS测量定位实现。b.高程测量。高程测量主要采用测量标杆上安装的RTKGPS定位、手簿读取高程。

（2）定位船就位。起重船作为定位船，艏艉八字锚抛锚定位。定位船与坝体轴线垂直，石料运输船靠泊定位船。

（3）垫块安放。①导轨垫块位置测量：竖立测量标杆，通过标杆顶端GPS天线和手簿，将标杆初步定位在已输入的坐标位置附近；将混凝土小方块堆放在吊篮上，吊放至施工区域；潜水员从交通船顺标杆下水，到达基床顶面，潜水员和工作船上的操作人员共同扶正标杆，通过观察标杆上悬挂的测锤，使标杆尽量垂直；在GPS的引导下，缓慢移动定位标杆，直至正确就位。潜水员在水下将垫块安放在标杆正下方并临时固定，完成对该位置的定位测量。②因导轨间距及单条整平宽度为6m左右，垫块沿坝体轴线方向间距3m一道；横向间距和整平断面齐宽为4m。③潜水员用碎石在水下测杆位置整平出一个约50×50cm的范围（碎石层厚度<5cm），使垫块能够平整地安放在该位置；④利用测杆测出垫块的位置和标高；⑤根据标高安放垫块，使垫块达到控制标高；⑥复测垫块标高、调整，完成该垫块的安装；⑦同方法进行下一个垫块的安装。

垫块安装的质量要求为：平面位置±100mm，标高±10mm，四角平整度±5mm。

（4）导轨安放。一排垫块安装完成后，即可进行导轨的安装，导轨采用2 [1 2槽钢对焊成盒子状，轨长6m。导轨安装的质量要求为：标高±1 0 m m，平面位置±100mm。

（5）基床粗平。基床粗平采用10～20cm二片石，厚度40cm，采用常规的导轨刮尺法施工。潜水员将刮尺放置在导轨上沿导轨刮行，刮尺采用单根6m长双拼[10槽钢，将刮尺采用尼龙绳与定位船尾部连接，水下刮尺采用定位船慢慢拉动，在拉动过程中潜水员发现低于刮尺下口10cm的位置，用二片石补平，基床顶标高控制在设计标高以下0～10cm以内。对于高出刮道下口的石头，必须铲平，标高不得高于刮道。当一个单元区域粗平完成后，移动刮道，进行下一区域的粗平；其中二片石的下放采用浮吊船下放吊篮完成。

（6）基床细平。待基床粗平完成一定的工作面后，依次开始采用碎石进行基床细平。细平方法与粗平方法相同：潜水员依据导轨上刮行的刮尺，将低于导轨的低洼处用碎石铺平，对于高出导轨的碎石，采用刮尺刮除，刮尺刮过后的区域的基床标高与刮尺下缘（即设计标高）齐平。刮尺刮行时要紧贴导轨底面，切不可脱离导轨，对于个别位置标高稍低或稍高处进行补铺碎石或铲平，再次用刮尺刮平。如此反复平整，直至该区域完全整平。

（7）导轨的拆除。当一个工作面的整平施工完成后，对导轨进行拆除。

3.基床整平施工工艺面临的困难

透水坝基床整平施工于2015年10月1日开始施工，10月30日完成。根据历年的平均水位，施工时区域水深为7～10m，水流速度应为0.9～1.4m/s。但透水坝施工正值三峡大坝放水期间，每天放水量为20000m3/s左右，比往年10月份三峡流量8000～10000m3/s增加了一倍，本河段施工期间实测水深为8m，表面流速为3m/s，基床整平存在的困难如下：

（1）常规的基床整平测量定位由潜水员采用垫块、导轨刮尺及装载GPS的测量标杆来完成，而常规测量定位在水深达到8m、水流达到3m/s的情况下，测量标杆无法竖直，测量偏差大。

（2）由于透水构件基床为抛石坝基床，基床施工区域形成了翻坝水流，而施工区域空旷，潜水员在水下无着力点，在水流的冲击下，潜水员在水下难以正常站立，无法有效开展基床整平作业，安全隐患较大。

4.基床整平施工工艺的改进

为解决在高流速下基床整平施工面临的困难，确保施工和施工功效，项目部对基床平整的施工工艺进行了改进。

4.1基床粗平

采用测量船、测深仪、定位船及挖掘机对抛石基床进行粗平，替代垫块、导轨刮尺及GPS测量标杆的施工工艺，过程中无需潜水员进行水下作业。

基床抛石完成后，采用测量船和测深仪对需整平区域、断面位置和局部需补抛位置进行详细测量，然后使用起重船和挖掘机对抛石基床进行整平，起重船作为定位船和平台，船上配备1台PC360挖掘机进行水面以下8m范围内的基床粗平（水深8m，抛石基床高度约2m，基床顶部距水面约6m）。基床粗平采用10 ～20cm二片石，遵循“高挖低填”的原则，基床顶标高控制在设计标高以下0～10cm以内，每段基床粗平完成后采用测深儀复测，检验合格后移船进行下一段施工。为避免在整平过程中因翻坝水流的冲击而造成的石料流失，待挖掘机铲斗贴近基床顶部后再放料理平。

4.2基床细平

项目部自主研发了实用新型专利——整平架（见图2），对抛石基床进行细平，替代垫块、导轨刮尺及GPS测量标杆的施工工艺。整平架施工图见图3。

基床细平施工工艺流程为：整平架制作→整平架安装→定位船定位→整平架下方至设计标高→潜水员水下整平→下一段施工。

本实用新型专利为长江流域水下整平的一种整平架，整平架作为潜水员基床细平的标尺，不仅能满足水下4.5m范围内（透水构件搁置面宽度为3m）的平面定位和标高控制，而且还具有一定的抗水流和抗水面波动的能力，具有整平质量高、操作简单等优点。

该整平架由固定架、移动架组成。固定架采用槽钢制作焊接而成，其尺寸为3m×1.62m×0.82m，移动架采用钢管制作焊接而成，移动架尺寸为10m×1.60m×0.80m，移动架外围尺寸比固定架内围尺寸小2cm，移动架底部采用槽钢焊接而成，根据基床整平范围，在移动架底部槽钢内侧焊制3个悬挑槽钢做主梁，在主梁下方两侧各焊接一道长度为6m槽钢作为标高控制的标尺，槽钢内扣。

固定架和移动架制作完成后，将移动架套入固定架中，固定架与活动架采用2个3m长手拉葫芦连接成整体，将固定架焊接固定在定位船外侧，并分别在固定架和活动架表面标记出醒目的刻度，精确到厘米。活动架可通过手拉葫芦上下自由移动，以调整整平架下方标尺的标高位置。通过对船舷平面位置和标高的测量，可准确地确定移动架底部坐标位置和标高（槽钢底标高即为设计基床顶标高），潜水员再将刮尺放置并固定在槽钢内侧，进行基床细平施工。

基床细平采用3～5cm碎石。潜水员根据刮尺的高度，将低于导轨的低洼处用碎石铺平，高出导轨的碎石采用刮尺刮除，直至每个区域完全整平。刮尺刮行时，务必紧贴导轨底面，避免刮尺脱离导轨而造成基床顶面超高。基床细平的偏差值为+5cm。

由于整平架所限定的每一个整平单元区域为4.5m（宽）×6m（长），潜水员的作业范围较为集中，且整平架与起重船为一个整体，可作为潜水员水下整平作业的着力点。潜水员可通过绳索将身体与整平架相连，可有效防止水流的冲击，施工过程中潜水员可紧握整平架最底部的标尺，让身体更加稳固。

5.结束语

综上所述，通过对透水坝抛石基床整平工艺的改进，有效地克服了高流速下基床粗平和基床细平施工面临的困难，此方法操作简单，实施更为安全，确保了施工质量、施工安全和施工功效，基床整平顺利完工，同时也为后期透水构件的安装提供了有力的保障。

参考文献：

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