管效仲

(黑龙江省航道事务中心，哈尔滨 150001)

1 工程概况

松花江上某桥区河段航道整治工程，为控制河势，稳定航槽，拟对1#江心州岛头及右侧(主航道左岸)两段护岸进行防护。上游护岸长1100m，防止江心岛侧向侵蚀及崩塌后退，稳定航槽，并保持主河道分流比的长期稳定。下游段护岸长1170m，保证航道开挖后航槽稳定。护岸总长2270m。

护坡采用30cm厚雷诺护垫，下铺无纺布反滤层结构型式。护脚采用抛石棱体结构，护底采用无纺布压排石护底结构，压排石厚度40cm，护底护至抛石护脚外20m。

按照工程总体安排，护岸工程计划当年完工，计划开工日期为5月25，完工日期8月10日。

2 既有铺排工艺分析

土工织物软体排作为护底或护滩结构在松花江的航道整治工程中得到了广泛应用，经过黑龙江航道建设者们的探索和实践，对土工织物软体排的施工积累了丰富的经验，形成了具有地域特色的施工方法，现介绍如下：

滚筒式沉布法：其主要程序为，选择平整地面滚筒卷布，运至现场，水下铺布，用驳船装载块石，人工抛石压布。该方法曾在1994年佳同线整治工程新城区段施工中尝试使用[1]。其不足之处在于：①施工定位困难、前进方向不好控制；②相邻排体间搭接是施工难题；③滚筒卷布后较重，定位沉放时需要大型起重工具。基于以上原因，该工艺方法在后续航道整治工程中未推广应用，也未进行更深入的试验研究。

简式屏蔽法沉布：简式屏蔽法沉布是1995年在佳同线整治工程桦川区段施工中试验成功，此法工艺简单，易于掌握使用，无纺布着床到位较准确，施工效率高，在后续的丁坝、锁坝护底工程中得以推广应用。该工艺方法对施工船舶要求较多，除了机动船外还需要配置3艘船，其中1艘驳船(或平台)专用于放布，1艘驳船用于倒运块石和人工抛石沉布，移船和定位通过定位驳来实现，通过3艘船组合到一起才能实现水下沉布。显然，在船舶设施不具备的条件下，该工艺方法就无法实现。

冰面上沉排法：冰面上沉排法是利用寒区河流的封冻期在冰面上进行的土工织物软体排沉排方法。将加工完成的软体排铺展在冰面预定位置后，先采用锚固槽等措施将软体排临岸一边锚固在岸坡上，再用块石、石笼等材料压载使排体下沉。有自然沉排法和强迫沉排法[2]。自然沉排法是在河流即将解冻时实施，排体随冰层融化逐步下沉。强迫沉排法是在河流封冻期实施，在已完成压载的排体临水边开冰槽、打冰眼，使排体所在冰面与周围冰面断开，实现排体快速下沉。冰面上沉排法因具有工艺简单、无需特殊设备的特点，在东北地区的水利堤(岸)坡防护工程中被大量采用。

而该项目，根据工期要求，水下护底工程不可能选择冬季施工，必须在夏航期完成。若采用简式屏蔽法沉布，除了机动船外，还需配备2艘驳船和1艘定位驳，而当时该项目只有1艘驳船(船舶尺寸为24.2m×7m×1.4m)可用，显然无法采用该工艺方法。

在此情况下，项目团队将关注点再次聚焦到了已被弃用的滚筒式沉布法。虽然该方法具有很多缺陷和不足，但其对船舶的要求少，通过对设备和工艺的改进，有可能实现软体排的水下铺设。

前面已经提出了滚筒沉布法的缺陷和不足，于是以此为突破口，依托具体工程进行试验和技术攻关，对滚筒进行了诸多创新性改进，通过试验对具体工艺环节进行优化，形成了新的滚筒式铺排法，圆满完成了该工程的水下软体排护底工程任务，并收到较好效果。现对滚筒式铺排法的实现过程进行回顾，并对该工艺方法进行提炼。

3 滚筒式铺排法

3.1 滚筒的改进

针对滚筒的改进提出以下原则：①有利于滚筒定位及方向控制；②控制滚筒重量有利于人工操作；③有利于实现相邻排体间搭接；④有利于铺排工艺进一步优化。

3.1.1 滚筒加粗设计

圆管太细，刚度就小，容易弯曲，不利于其在水下滚动，特别是在河底前进方向遇到有块石等凸起物阻挡时，无法滚动爬过；圆管太粗，重量大，不利于人工操作。

滚筒长度决定了每次铺排长度，受所用船舶总长限制不能太长，综合考虑拟定滚筒长度为18m。选择直径108mm的圆管，焊接成长18m圆筒，其重量约为160kg，可实现人工操作。为加大滚筒直径，沿管壁外围设置3根钢筋(Φ12以上)，通过短钢筋焊接在圆管上，使所述钢筋呈等边三角形分布在所述圆管外围，并在钢筋外围等间距焊接若干圆环。这样滚筒直径加大了，但重量增加不多，加工后，滚筒直径增加至200mm左右。

3.1.2 滚筒两端封堵

滚筒是否封堵，直接影响其在水中所受的浮力大小，进而影响对滚筒的操作难度。若两端敞口，滚筒入水、出水时就增加了筒内水重，不利于对滚筒的操作；两端封堵后，滚筒在水中所受浮力加大，便于人员操作。同时，滚筒两端做封堵处理，也便于两端轴承的安装。

3.1.3 轴承设置

在滚筒两端安装2个轴承，轴承外侧焊上拉环用于系结绳索，将2根绳索分别系结在滚筒两端拉环上，同步拉绳索即可实现滚筒的滚动。

3.1.4 卷排支架设计

现有的滚筒沉布法，滚筒卷排一般是在比较平坦的地面进行，将缝好无纺布排铺展于地面，将滚筒搁置在排布一端，几个人再同步朝一个方向滚动滚筒实现卷排。这种卷排方式，要求地面平整，操作人员同步。该方法不仅耗费人工，效果也不好，经常产生两端不同步现象。为解放人力，设计专用卷排支架。

受船用钢丝绳线盘架启发，设计专用卷排支架，用卷钢丝绳的方式卷排。所述支架为2个，每个支架可独自站立，滚筒两端设有轴承及轴杆，将滚筒两端的轴杆分别搁置于2个支架上，滚筒借助外力即可实现转动。为使其转动顺畅，又设计了专用摇把，1人操作即可带动滚筒在支架上转动实现卷排。

3.1.5 结论

1)滚筒加粗和封堵设计，滚筒重量增加不多，水中又可借助浮力作用，从而有利于对滚筒的控制。

2)滚筒加粗肯定有利于滚筒前进方向控制，但还需要在实践中进一步检验。

3)滚筒两端增设轴承和拉环，更有利于对滚筒的控制。

4)卷排支架的设计，大大提高了卷排效率，同时节省了人力。

3.2 工艺试验

3.2.1 船舶驻位方式

将唯一的驳船作为铺排船，下放滚筒及抛石均在该船上。船体顺水流驻位，驳船设主锚1口、外侧(船体左侧)设边锚2口，临岸侧(船体右侧)在岸上设地笼多处，每间隔30m设1处。

护岸水下部分铺排采取由下至上的顺序展开，排体间搭接作业。随着铺排进展再移动地笼和边锚。

3.2.2 排体展开控制

1)滚筒(卷好排布)入水后呈漂浮状态，不好控制排体着床：

针对该问题，先将卷排滚筒放入水中，待水慢慢浸入排体，滚筒不再处于漂浮状态后再下放控制绳索，直至滚筒完全落到河底预定位置。

滚筒入水前先用3根φ16mm尼龙绳将其捆住，用于控制其入水，同时也防止滚筒转动。此时，加上滚筒两端的绳索，就有5根绳索用于控制滚筒入水。为便于船上人员对该环节的控制，放绳收绳可借助船上系缆桩实现。

2)从水边向深水区滚动：

卷布滚筒就位后，先将软体排的岸侧边缘用块石压住，滚筒从坡顶向深水区慢慢滚动，随着排布展开逐渐抛石压载，使排布着床。

试验中发现，该方法在浅水区缓坡段可行，当排布展开至深水区时滚筒容易失控，特别是陡坡处，滚筒往往快速朝坡底滚动，当抛石压载跟不上排体展开速度时，就发生排布漂浮现象。

试验结果表明，从水边向深水区滚动铺排方式只对浅水区缓坡段适用。

3)从坡底端向水边滚动：

该作业方式，首先要解决深水区排边的压载问题，因为滚筒开始滚动后，排体边缘脱离滚筒的瞬间就处于自由状态，若压载不及时就会漂浮。因此，排体外边缘考虑采用系结压载方式，即将块石坠或沙袋作为压载体系结在排体外侧边缘，所述压载体在船上系结完成后随着滚筒一起入水。

当滚筒在预定位置着床后，先将捆扎滚筒的绳索松开并拽出，随后由岸上人员通过留在岸上的绳索控制滚筒，同步拉滚筒两端绳索，滚筒开始从坡底向上滚动，排布逐渐展开，船上人员及时抛石压排，确保抛石到位准确。

试验结果表明，采取从坡底向上滚动铺排方式可行，但就以下问题还需要完善：①滚筒向上滚动时，坡面上遇到凸起物阻挡，或出现滚筒停止不前，或造成滚筒弯曲；②该操作方式，排体展开是由岸上人员控制，抛石压排是由船上人员完成，这种分离式操作方式使得排体展开与压载往往不同步，需要对此进一步优化。

4)绳索辅助滚筒过障：

针对试验中滚筒过障困难问题，采取绳索辅助滚筒过障方法。即在滚筒上设3根φ16mm尼龙绳作为控制绳，卷排时先将3根尼龙绳的一端间隔系结在滚筒上，随排布一起卷入滚筒。铺排前，将绳索的自由端交给岸上人员控制，加上滚筒两端的控制绳一共是5根，岸上绳索至少由3人控制。铺排开始，由岸上人员拉紧滚筒两端绳索，滚筒开始滚动，排体逐渐展开，卷入滚筒的3根绳索会自然漂起，岸上人员随时收紧绳索，遇到阻碍就用力拉拽绳索，辅助滚筒滚动爬过障碍，至浅水区时可由岸上人员将排体边缘压实。

试验表明，通过增加控制绳的办法可以解决滚筒过障问题，而且控制绳的操作还有利于相邻排体间搭接的实现。

3.2.3 铺排定位控制

为准确控制铺排位置，在岸上设有导标，标示出排体的上边线和下边线，导标位置随铺排进度调整，以标线为准确定滚筒下放位置。

为便于观测，在滚筒两端用细尼龙绳系上浮漂，施工人员就可以看到滚筒所在位置和运动轨迹，同时在船上用探杆摸测确认。

当发现滚筒位置偏移控制线时，可暂停铺排，通过提拉控制绳移动滚筒一端或整体移动以使滚筒归位。这样就解决了滚筒定位不准或排体偏移的问题。

3.2.4 排体间搭接方式

排体要实现搭接，就相当于让滚筒一端在已铺设完成的排体上连续滚动过障碍。虽然滚筒的加粗设计和加设控制绳索都有利于滚筒过障，但为确保排体间搭接质量，决定调整排体间搭接方式。即由通常的先下后上的铺排顺序调整为先上后下的顺序。具体为，在铺设上游第一张排时就控制压载抛石的数量和位置，抛石量以确保排体稳定着床为宜，抛石位置以压排头(排体迎水面边缘)为主，排体其他部位少量均匀抛石，排尾2-3m范围暂时不抛，排体间搭接2m，下一张排排头正好压在上一张排的排尾处，这样滚筒遇到障碍的可能性就降低了很多，在排体压载时也同时压住了上张排的排尾。在铺排完成一段后，再集中补抛压排石。

实施中用探杆摸测确认，该搭接方式可行。

3.2.5 集中控制方式

从上文分析可知，排体展开控制在岸上，抛石在船上，这种分离控制方式容易出现排体展开后抛石跟不上的情况，于是考虑设法实现在船上集中控制，即将控制滚筒的绳索移到驳船上。

这就涉及到滚筒与船的联结方式和相对位置的选择，展开的排体或位于临岸侧或位于船体外侧。若将展开排体置于临岸一侧，就需要在船右侧加设悬臂支架，联结滚筒的绳索通过支架导向再与船舶连接，并由船上人员统一控制，这样才能使滚筒始终处于船体前面。但该方法存在明显弊端，就是悬臂支架不利于滚筒入水的操作。于是考虑将展开的排体(宽度1-2m)位于驳船外侧，即在船体左侧抛石，即滚筒在驳船左侧底部滚动。为便于操作，滚筒仍从临岸一侧上船，也在临岸侧船舷入水，用船上的系缆桩控制滚筒上的绳索。

综上所述，集中控制铺排方法为：滚筒在船体右侧上船及入水，左侧展排抛石。先将船舶准确定位，使船体临岸一侧处于拟铺设排体的外侧边缘位置，经准确定位后，滚筒在船右侧入水，包括已经系结在排体边缘的块石坠子一起入水，当滚筒到河底时，再收紧岸侧地笼的缆绳向岸侧移船，同时放滚筒的控制绳索，使滚筒刚好处于船体的左侧边缘，再向岸边缓慢移船，此时收紧船右侧滚筒的控制绳索(绳索位于船底)，包括控制排布展开的3根绳索。通过绳索的逐渐收紧，带动滚筒稍微滚动，使排体在船左侧展开1-2m，此时所述的块石坠子压住了排体的自由端，再人工抛石使展开的排体着床并压实，要确保滚筒移动时不能拖动已着床排体。此时再向岸侧缓慢移船，边移船边抛石，即实现了排体展开与抛石的集中控制。

3.3 铺排流程

1)施工放样：

护岸工程布置在主航道左岸，用岸标即可标示铺排位置。根据设计铺排范围，在岸上设排体的上下游边线导标，从上游端部开始设立。确定水边起始位置后，排体外侧边缘位置可通过实际测量确定。根据所设导标进行移船及铺排作业。为便于施工人员操作，可先在施工区域设置浮标，标示出软体排铺设的轮廓线，以方便移船定位。

2)材料准备及装运：

软体排加工、卷排和块石坠制作均在岸上进行，为提高铺排效率，加工制作了3个滚筒，可一次装船。滚筒装船是在驳船靠岸后由人工完成，块石装船是将驳船靠在承运块石的民船上用装载机装船。制作块石坠可用30cm以下块石(也可用沙袋代替)，用18#铁线绑扎，与块石一起装船。考虑就近抛石，尽量在船左侧多装块石，右侧船舷用于装载和下放滚筒。

3)驳船驻位：

将驳船抛锚驻位在拟铺排位置上游处，再用锚艇将左侧边锚送到位(1口上边锚，1口下边锚)，右侧设边缆与岸边地笼联结。船舶驻位前应先在岸边合适位置每间隔30m左右设多处地笼，可根据需要将边缆系结在不同地笼上。所用驳船应进行如下检查和准备：①两侧系缆桩位置合适，每侧≥4个；②船上有人力锚机，用于控制缆绳。

4)移船定位：

驳船驻位后，摸测排位区域河床水深，并摸测河底是否有影响滚筒滚动的异常凸起物，确认无影响后将驳船定位在拟铺排位置，使驳船右侧对应排体外侧边缘。

5)系结块石坠：

先将卷好排布的滚筒移至驳船右侧船边(系缆桩外)，将块石坠间隔系结在排体边缘的加筋带上，每间隔30cm-50cm系1个。

6)下放滚筒：

确认排体边线位置和外侧边缘位置无误后，用3根φ16mm尼龙绳捆住滚筒，将滚筒两端的绳索留够下放长度系结在船侧的系缆桩上，再沿船侧面下放滚筒。待水慢慢浸入排体，当滚筒不再处于漂浮状态后再同步下放控制绳索，直至滚筒完全落到河底预定位置。随后将捆扎滚筒的绳索解开并拽出备用。下放滚筒前，应将事先准备好的浮漂系结在滚筒两端。

7)调整船位：

通过收放船上缆绳向岸侧移船，同时放滚筒的控制绳索，使滚筒刚好处于船体的左侧边缘，再向岸边缓慢移船，此时收紧船右侧滚筒的控制绳索(绳索位于船底)，包括控制排布展开的3根绳索。

8)排体展开：

将滚筒的控制绳索逐渐收紧，带动滚筒稍微滚动，使排体在船左侧展开1-2m，在块石坠作用下排边首先着床，再人工抛石使展开的排体着床并压实。此时，将控制滚筒的5根绳索均系结在船体右侧的系缆桩上，排体的展开由船上缆绳集中控制。

9)抛石压排：

继续向岸侧缓慢移船，带动滚筒滚动，排体逐渐展开，船上人员立即在左侧船边抛石压排，压载块石要先压住排头(迎水侧)，再向后均匀抛石，使展开的排体着床。过程中随时对准岸上导标校核排位，发现偏斜就暂停作业，通过移动滚筒位置及时调整。当驳船靠近岸边时，暂停铺排作业。再调整船位，使滚筒重新回到船体右侧，将船上控制绳交给岸上人员控制，再从船体右侧抛石压排，接岸水边部分可由岸上人员压载处理。

10)搭接铺排：

排体间设计搭接2m，为便于排体间搭接，在铺设上一张排时就控制压载抛石，抛石量以确保排体稳定着床为宜，排尾2-3m范围暂时不抛石。

移船重新定位至下一张排位置，再按照(4)-(9)的流程完成下一张排的铺设。

11)补抛压排石：

因所用驳船承载能力小，为提高工效，每次铺排抛石量以能使排体稳定着床即可，以减少驳船周转次数，在铺排完成一段后，再按设计要求补抛压排石。

12)施工效果检测：

施工过程中，施工人员要随时检测铺排质量。可用探杆摸测排体边线位置和着床情况，若位置偏移过大可通过移动滚筒逐渐纠偏，若着床不实，可再次集中抛石压载。

4 几点设想

4.1 流水作业的实现

因当时受船舶短缺制约，采用该工艺铺完3张排就只能暂停作业，需要驳船再装运软体排和块石等材料，到场后重新驻位才能继续铺排作业，所以平铺排效率不高。若增加1艘驳船专门负责材料运输及抛石作业，采用合理的联结方式，就可实现铺排流水作业。

4.2 关于滚筒长度

该方案滚筒长度选择18m，这样就限制了每次卷排长度。这样选择主要是考虑人工操作的难度，若再增加长度，为保证其刚度又要增加直径，这样就不利于人工操作；其次，驳船长度也是滚筒长度受限的原因。

由此可见，在具备合适船舶并配置起吊设施的情况下，就可增加单次铺排量。

4.3 关于丁锁坝施工

所述滚筒式铺排法是在护岸工程水下软体排施工中提出并试验成功的，对于水下软体排的施工条件，护岸工程与丁锁坝工程类似，都可以采用滚筒垂直水流向铺排，对于丁锁坝还可减少搭接作业，只需增加卷排长度即可。

其不同点在于，常见的丁锁坝护底宽度一般为30m以上，对于小滚筒就需要分次完成坝体铺排。滚筒加长后就需要较大型船舶并增设吊装设备来实现。

5 结 语

项目团队以工程中遇到的实际问题为导向，从滚筒式沉布法在以往实施案例中遇到的痛点入手，进行技术攻关，以试验效果为依据，在实施中逐步完善，提出了在船舶设施严重不足的情况下，护岸工程水下软体排铺设的解决方案，顺利完成了所承担的工程任务。并提炼形成了软体排铺设的新型工法——滚筒式铺排法，为类似工程提供了新的解决方案和思路。