浅议新型D型联锁块软体排施工工艺

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　　摘 要：本文在对比分析、实践研究的基础上，通过改进D型系结块软体排及混凝土联锁块软体排施工结构形式，创新设计出了新型D型联锁块软体排结构，并配套形成了一整套完整的施工工法。该工法较传统软体排结构形式在施工质量、进度、安全、成本等各方面均有了有效改进，具有显著的经济社会效益。
　　关键词：新型D型联锁块软体排;航道整治;施工工艺;效益
　　1 前 言
　　我国江河湖泊众多，水运资源丰富，航道整治工程是内河综合治理的一个重要部分。长期以来，航道整治通过水下沉软体排，利用排体隔离和反滤功能，防止水流直接冲刷河床、避免因水流渗透作用而造成河床的局部变形破坏，实现对沙质河床保护的目的。2017年以前，我国航道整治建筑物的护底结构多采用的D型系结软体排结构形式，如长江下游马当航道整治工程、长江中游武桥水道航道整治工程等;以及采用混凝土联锁块软体排结构形式，如长江下游东北水道航道整治工程、长江下游安庆河段航道整治二期工程。
　　2 研究过程
　　2.1原护底结构形式的不足
　　从D型系结块软体排在长江中下游航道整治工程应用情况来看，D型系结块软体排压载砼块间的间距较大，排体柔性较好，能适应河床变形，但也存在以下几个方面的问题：抗冲刷能力较弱，施工机械化程度低，质量控制难度大，安全隐患较大，材料消耗量大。
　　混凝土联锁块软体排结构虽然解决了D型系结块软体排抗冲刷能力较弱、沉排施工机械化程度低、漏绑漏系的缺点，但因混凝土联锁块软体排压载片体重量过大、柔性差，存在一些自身的不足，主要表現在：适应变形能力差;压载体预制成本高;对进度管理控制不利。
　　2.2新型D型联锁块软体排结构的研究
　　经研究论证，长江武汉航道工程局探索采用新型D型联锁块软体排的结构形式，较好地解决了以上常规D型系结软体排及混凝土联锁块软体排在施工及守护效果中的不足。新的工艺主要有如下特点：
　　2.2.1结构稳定，抗冲刷能力强
　　砼块由单块优化为单片4m×5m（由80个单块组成），其良好的整体性可保证使排体压载稳固。同时，其单块体积减小、间距增大，提高了连锁排柔性，使排体能紧贴河床，提高抗冲刷能力。
　　2.2.2节能降耗、降低劳动强度、施工成本低
　　新型D型联锁块软体排单个砼块直径为36cm，厚10cm，每个砼块重21.9kg，相比混凝土联锁块的正方体压载体，块体积更小，减少了材料成本。同时， 新型D型联锁排采用丙纶绳串联成片，每个单元尺寸为4m×5m，系绊时只需将每个单元四周的丙纶绳绑系牢固即可，减少了劳动用工量，降低了人工成本。
　　2.2.3施工工序简化，施工质量显著提升
　　新型D型联锁块软体排安装简单，由吊车直接吊运至排体上，减少了人工搬运环节，同时简化系结方式，避免了人工绑系不牢或漏绑以及人工搬运的质量问题，施工的质量得到显著提升。
　　2.2.4 施工效率高，施工安全有保障
　　新型D型联锁块软体排安装吊具一次性可吊装2片，可直接吊装至排体上安装，加上系结简化，施工效率较D型系结砼块施工提高200%。且由于工效提高，施工占用航道的时间大大缩短，缓解了施工与通航的安全矛盾，降低了安全风险。
　　2.2.5优化施工工艺、降低成本
　　通过对模具的研制和改进，在使用加强型模具后，预制时的破损率降低了2%，转运途中的破损率下降了2.5%，施工过程中的破损率下降了8.5%。由于转运过程中大量使用了机械运输代替了人工搬运，大大降低了施工成本。经项目财务统计测算，较D型系结软体排相比，成本降低30%左右。
　　3 施工工艺流程及操作要点
　　3.1施工工艺流程
　　3.2操作要点
　　3.2.1模具制作
　　（1）模具设计与制作：本定型组合钢模板系统设计采用多层结构，保证模具及支架满足强度、刚度和稳定性要求，能承受所浇筑混凝土的重力及施工荷载;使用的材料质量、模具的焊接质量符合设计和施工规范要求。
　　联锁片模具在生产制作过程中，采用先进技术团队绘制CAD工艺软件设计;德国雷射激光切割;国内大流量500T液压拉伸机压铸成型;及专业铆工焊接技术组装而成。
　　（2）激光切割：为了保证模具质量的精确度，最大化降低误差。在生产工艺上，并未采用原始的人工下料或裁剪冲压式。
　　（3）压铸成型：在压铸过程中，为了控制钢材的韧性、反弹性及物理反应性。在通过涂油防涩压铸，油侵降温开模，和液压稳定性能较好的拉伸保压设备压铸成型。从而保证所加工的母件外径片体尺寸一致，以保证浇筑联锁块质量保证、外观轮廓清晰美观。
　　（4）焊接组装：此连锁片模具是由多个上下模盒拼装焊接组合而成。相对对焊接技术要求比较高，长度及宽度至大，再加上在焊接过程时发生的焊接变形的客观规律，都是不可控的，以此先铆后焊。通过主方管（高100×宽60×厚4）作主梁，绘制成网状方格式焊接。利用方管的四面韧性来进行自身抗扭曲的强度，来减少、控制焊接中的变形。同时为整片模具的水平度、平整起到了至关重要的作用。为了在浇筑过程中操作简单，降低劳动强度，充分发挥优质、高效的效能，最大限度延长模具使用寿命。为了最大限度减小预制振捣时漏浆，在上层模具与下层模具对应的凹槽下部增加一条圆形2cm铁片，使之重合紧密，最大限度减小漏浆发生。
　　（5）模具安装：施工场地应硬化以符合模具安装工艺要求，下模应与场地安装紧密、牢固、平整。安装上模时应平稳进行，避免碰撞下模。
　　3.2.2新型D型联锁块预制
　　经多次试验研究，对压载砼块进行调整，为取得防护效果与砼块体积之间的最佳平衡，经测算及现场试验最大直径由试验时300mm调整增大到360mm，上下面直径320mm，上下对称均匀，如圆饼状，形成了新型D型联锁块软体排，大大提高了稳定性。 　　单元块的预制过程主要包括立模、混凝土浇筑、振捣密实、表面收光、拆模等环节。每个砼块之间用直径14mm的丙纶绳纵横十字交叉进行联接，浇筑时将丙纶绳浇筑到砼块体内，最终形成4m×5m的单元排压载砼块体。混凝土浇筑前，先在模板上刷脱模剂，再铺设丙纶绳，以上工序完成后，将按要求配合比配料并搅拌好的混凝土熟料倒入模具中，经过震动密实，抹平收光，养护48小时后脱模。砼压载块与丙纶绳浇筑为整体，串联成片。
　　3.2.3新型D型联锁块养护
　　砼压载块采用自然养护方法，养护期为28天。自然养护属露天养护，受天气气候的影响较大，早期强度所需的时间较长，当遇到雨、雪天气和露天气温下降至5℃以下时，露天养护将对砼块的养护极为不利，甚至出现受冻和砼面层遭损的情况发生而引起报废。因此，当采用自然养护时，应根据不同的季节采用塑料薄膜覆盖（不透气）或芦苇、草覆盖、浇水等不同的方法进行养护。当气温和天气较好时可采用洒水养护，其洒水养护的每天洒水次数的多少，将根据气温的高低来决定，当平均气温低于5℃以下时，用薄膜覆盖养护，以保证砼块的养护质量。
　　3.2.4新型D型联锁块储存、堆放
　　当砼块达到设计强度的70%以上时，方可挪动到储存区进行储存，并继续养护。储存区必须平整，具有一定强度，以保证块体的储存质量。储存区应按不同龄期划分不同的场区，并做好标识，避免错用强度不够的砼块。混凝土单元片养护达到出运强度后，采用配备多点吊钩的专用吊具放至堆存场地，同一区内块体应分层堆码整齐，最大堆码高度不得超过混凝土施工技术规范要求。
　　3.2.5新型D型联锁块转运及安放
　　用25T吊机转运至驳船，拖运至沉排船现场。在沉排过程中采用GPS进行定位，确保排体按设计要求的位置入水，并保证符合排体搭接要求。事先把软体排布卷上卷筒，在滑板上展开一段，然后将新型D型单元压载块软体排用桁架吊装于铺排船软体排排布上，将其与排布上的绑扎环进行绑扎，最后新型D型单元压载块与排体连成整体。
　　沉排先把预先加工好的排布卷入卷筒，排头固定：在沉放过程中每通条排头通过绑系系排梁进行固定。排头固定后，排布通过卡排梁平铺于沉排船工作平台上，然后在平台上将新型D型单元压载块系结于相应的排布上。为了避免排布强度不够引起排体损坏，排垫上系结一定量的单元块后即可松开卷筒和卡排梁，绞动铺排船，让排体沉入河底，当卷筒上排布剩下3m左右时，卡紧卡排梁，将卷筒上的排布退出，卷入下一段排布，两排布进行对接缝合，然后，卷紧排布，松开卡排梁，继续下一段排布沉放，如此反复进行排体沉放，直至达到设计的排长为止。
　　3.2.6排体检测
　　在沉排施工过程中通过声呐等技术手段对搭接情况进行实时监控，确定搭接质量是否满足要求。必要时按总通条数的5%对重点区域水下排体搭接情况进行水下探摸自检。通条长度在200m以内的探摸2个点，超过200m增加一个探摸检测点。主要对排头、排中及排尾的搭接宽度进行检测，潜水探摸时由监理工程师确认。
　　4 效益分析
　　4.1经济效益
　　4.1.1施工效率较传统D型系结块软体排大幅度提高（进度）
　　由预制到铺排施工，全程机械化作业，与传统D型系结块预制相比， 新型D型联锁块水上沉排施工效率较高，效率提高约1倍。
　　4 绞锚艇 艘班 0.06 0.06
　　4.1.2施工安全性较传统D型系结块软体排明显提高（安全）
　　新型D型联锁块吊运简单，一次2张，整张片体的安放绑系只需要6个人左右，人工大大减少;人工劳动强度的减小，很大程度上降低安全风险;同时新型D型联锁块为一个整体，在吊运过程中由8连勾装置吊起，不易掉落，安全系数高，新型D型联锁块施工效率较传统D型系结软体排提高了1倍，使得沉排占据航道的时间大大缩短施工进度有保障，较好地解决施工与通航的矛盾。
　　4.1.3施工標准化水平较D型系结块排增强，施工质量明显提升（质量）
　　新型D型联锁块绑系安装较为简单，只需将整张片体四周原预留丙纶绳绑系牢固即可，不存在砼块漏绑问题，质量控制管理难度大大降低，施工质量明显提升;
　　4.1.4施工成本较混凝土联锁块软体排大幅度降低（成本）
　　根据现场新型D型联锁块软体排施工统计知，与混凝土联锁块软体排相比，施工材料成本大幅降低，经测算同一块排体，新型D型联锁块软体排的压载体体积为0.728立方米，混凝土联锁块软体排压载体体积为1.858立方米，材料成本降低约60%，根据市场价格，预计每100平面节约预制材料成本约2000元，整体造价节约约1420元。
　　4.2社会效益
　　新型D型联锁块软体排施工工法较以往施工方法比较，融合了混凝土联锁块软体排及D型混凝土系结块软体排的优点，同时有效地避免了传统方法的施工及守护能力的不足，大大改善了航道整治中护底施工的施工效果。
　　新型D型联锁块软体排较传统D型混凝土系结块软体排来说，联锁块整体预制，整体性好，砼块由单块优化为单片4m×5m（由80个单块组成），其良好的整体性使排体抗水流冲刷能力增强。排体守护效果大大提升。
　　新型D型联锁块软体排较混凝土联锁块软体排来说，360mm直径，100mm厚度的圆盘形状，形成的4m×5m单元块，使得单元块上压载砼块间间距较混凝土联锁块软体排偏大，排体的柔软性得到有效提升，能更加紧密地贴合河床表面，适应河床变形能力增强，对河床底部河沙的保护能力大幅提升。
　　在我国内河航道整治中，通过护滩、加固护岸、护底、填槽等工程措施，守护有利的洲滩形态，遏制河道的不利变化，适当调整局部水流，进一步改善航道条件。新型D型联锁块软体排护底施工工法较以往施工方法，经济效益社会意义提升非常显著， 在节能环保方面也取得了较好的效益，大大促进了航道整治事业的发展，未来将在航道整治工程中大力推广应用。
　　参考文献：
　　[1] 袁达全，潘美元等，长江中游蕲春水道航道整治工程施工图设计[R].武汉：长江航道规划设计研究院，2017.
　　[2] 刘林双，柴华锋等，新型混凝土单元块D型软体排结构计算及稳定性分析[J].水运工程，2018（09）：10-17.
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