深水区域土工砂袋精确抛填施工技术探讨

而最新工程实践表明，加装导向架后的抛填技术近乎完美地解决了这一难题。【关键词】土工砂袋 精确抛填 导向架 链板机1 导言在河道整治工程实践中.对于侵蚀严重且较深的河

4技术原理土工砂袋抛填精度主要受三个方面的影响：一是抛 填船舶定位精度，二是水流对土工砂袋运动的影响，三

段，采用土工砂袋散抛（而不是连续）形式进行岸坡防

护.防护结构能够及时适应河床的变化，对河床冲蚀起 是土工砂袋顺抛填方向的不规律运动。到短期缓解的作用。同时.土工砂袋及装填材料价格经 济、充填速度快、应急抛填防护的技术要求简单.成为 河道防护治理的主要手段。这就要求改进施工方法.保

4.1抛填船舶定位精度采用GPS定位系统，结合“水上自由行”软件实 时显示抛填船位置.实现抛填船精确定位，定位精度达 到厘米级。证驳船上的土工砂袋能够精确抛填至河底。2技术应用背景中国电建港航公司承建的孟加拉国帕德玛大桥河道 整治工程施工项目（以下简称孟加拉项目），受到水文 地质条件、设计寿命以及工程所在地地震烈度的影响.

（1） 定位系统安装方式。1） 在已知控制点架设GPS基准站。2） 根据驳船船型尺寸，安装移动站模块.包括 GPS定位天线、GPS定向天线、电台接收天线及GPS

主机和接收电台主机的安装。河道土工砂袋的抛填精度要求较高.超过国际疏浚规范

3） 釆集模块安装.包括电脑主机及相关软件及参

数安装及设置。要求的精度：抛填水下护底、护坡的土工砂袋约2100 万个，抛填船舶定位平面精度在士 150m m以内，土工

4） 基站及定位、采集模块连接测试。砂袋落点平面偏差控制在±500mm以内。由于受水流、 水深、潮汐以及土工砂袋尺寸的影响，土工砂袋落点随

（2） 抛填船定位装置布置。1） 抛填船抛填一侧布置链板机、导向架。2） 紧邻链板机布置装土仓，作为砂料来源。3） 在抛填船另一侧架设电台接受天线、卫星天线，

作为定位中枢。机性较大.实现土工砂袋高精度、高效率抛填有很大技 术难度.因此迫切需要一种能够实现深水区域精确抛填

土工砂袋的技术。3适用范围深水区域精确抛填土工砂袋技术适用于对抛填精度 要求较高的河道整治工程或有掩护的近海工程•抛填深

4.2 土工砂袋抛填采用吨包机、链板机装填、抛放方式.实现砂料倒

运、装袋、抛填施工流程的集约化和高效化。度为3〜30m,水流流速不超过1. 5m/s, 土工砂袋干重 在60〜1000kg以内。4.3 土工砂袋约束利用抛填设备上的导向装置，引导土工砂袋准确下

• 31 •土石方与导截流工程落至预定抛填点，约束土工砂袋下落过程的漂移.提高 抛填位置精度.达到土工砂袋精准着床的效果，提高抛 填施工效率.减少安全风险.具体原理如下：（1） 导向装置由可上下伸缩的导向架和导向笼组

成.导向架作为骨架系统起到支撑作用，导向笼起到防 止土工砂袋脱离导向架的作用。（2） 通过链板机的自动抛填系统.将装填后的砂袋

沿导向架抛至河底，由于导向架的作用缩短了砂袋在水

中自由落体的高度，提高了抛填精度。（3） 根据水下测量.实时调整导向架的起落高度.

保持导向架与待抛填地点始终保持在规定的范围之内， 避免发生土工砂袋碰撞导向架、导致导向架倾倒的

风险。5 土工砂袋在抛填船上的作业土工砂袋抛填船总体上分为四个区域：砂料存储

区、装填缝合区、抛填区和控制区。砂料存储区位于抛 填船一侧.装填缝合区紧邻砂料存储区，之后是抛填

区。控制区位于抛填船驾驶室附近，避免影响现场施工 作业。5. 1填充料供应土工砂袋填充料供应方式较多.最简单易行的方式 采用运砂船运至抛填船存储区一侧，釆用挖掘机卸料的 方式进行供料.能满足大型土工砂袋装填填充料的持续

消耗。5.2装填和抛填釆用吨包机装填+链板机输送方式，链板机分为装 填区和缝合抛放区，自动化生产程度高，单船日产

800kg 土工砂袋约3300袋，极大提高了施工效率。其装

填、抛填流程见图1，具体流程如下：（1）使用挖掘机为吨包机料斗上料，将土工砂袋展

开放入于半圆柱的套筒内，并将土工砂袋袋口多余部分

外翻套于套筒上，打开料斗阀门填充土工砂袋直至上料• 32 •（2） 进行土工砂袋缝合，将土工砂袋袋口取出套筒,

启动链板机1将土工砂袋移至链板机2上进行缝合。（3） 缝合土工砂袋的同时开始下一组装填作业。（4） 土工砂袋缝合完成并检査合格后.启动链板机

2进行抛填，由于有导向架的引导、约束作用，可以极

大减少土工砂袋入水姿态的差异性，提高抛填的平

整度。6 土工砂袋抛填及导向架调节土工砂袋水下漂移主要受水流的影响，随着水深的 不断增加，越靠近河床水流流速越慢.对土工砂袋影响

越小。为保证精确的抛填效果，导向架底部与河床必须

保持一个合适的距离.这个距离应该尽可能的小，同时

要保证导向架不会与河床及抛填后土工砂袋发生碰撞而

导致导向架变形甚至损坏。因此土工砂袋抛填阶段导向

架调节目的是在保证安全的前提下使导向架与河床尽可 能接近，从而实现土工砂袋精确抛填。6.1导向架机构组成导向架机构主要包含专业浮箱、导向架、垂直起升

支架、舷外固定支架、吊杆、卷扬机、滑轮组、电气控

制设备系统及其他辅助设施，浮箱中部中空放置导向笼， 浮箱外有固定支架以放置备用导向架。6.2导向架具体参数土工砂袋抛填导向架每段高度为4m.长7.5m,宽

1.5m.每段为7个横向土工砂袋的抛填窗口、2个纵向

土工砂袋的抛填窗口.工作面由可拆卸的钢管组成。当 导向笼移到相应位置取下钢管即可进行抛填，非工作面

由不可拆卸竖直钢管、细钢筋和斜钢管组成。在每个导

向支架上有一组滑轮组，分别由一台卷扬机控制钢丝绳 的动作，实现支架的起升操作。6.3导向架拼接、拆除导向架两侧垂直起升支架上的卷扬机通过滑轮组以

及挂钩与导向架相连，抛填过程中可对导向架进行升降 作业.起升架仅在升降导向架过程中受力，导向架工作

过程中由导向架两侧牛腿与浮箱甲板上牛腿连接受力。 垂直起升架最多可提升12m,超过12m需要使用挖掘机

或锚艇协助移除。6.4导向架拼接数量计算导向架高度 H=hl+h2+h3 — ht式中A,——实时水位，通过测量仪器测量得出.m；h2——抛填船底对应河床高度，通过水下测量仪

器测量得出，m；深水区域土工砂袋精确抛填施工技术探讨h3——抛填船甲板到水面高度，通过抛填船吃水

深度可得出，m;h.——导向架到河床所需预留的最低高度.通过

试验得出。每段导向架高度为4m,因此需要导向架段数为H/4,

向上取整数。6.5导向架升降及土工袋抛填每个抛填窗口高2m,导向架每次提升必须按抛填 窗口为单位进行提升。为保证导向架的安全，抛填船移

到下一抛填位置前必须先将导向架提升到预定位置，通 过水位、吃水深度、下一抛填位置河床高程、预留高度

计算出导向架所需最佳高度H. H/2向下取整数为甲板 下的抛填窗口数，提高垂直起升架上卷扬机调整起升导

向架使之满足所需的抛填窗口数。7施工技术要求孟加拉项目工程施工中，抛填水下护底、护坡的土 工砂袋约2100万个.包含1700万个125kg 土工砂袋和

400万个800kg 土工砂袋抛填。7. 1设计要求(1) 800kg 土工砂袋分为护坦抛填和护坡抛填。护

坦抛填在基槽位置.高程为一15. 00〜一25. 00m不等， 设计为至少覆盖5层，最大厚度不能超过目标值的

125%。800kg护坡防护设计为至少覆盖4层，最大厚度

不能超过目标值的150%。125kg 土工砂袋下护坡防护，

设计为至少覆盖3层，最大厚度不能超过目标值 的 150%。(2) 通过陆上抛填试验，5层800kg 土工砂袋厚度

目标值为179.21cm,最小厚度为143.05cm,抛填密度

为2.7袋/m',因此基槽5层800kg 土工砂袋合格区间 为143. 05〜224. 02cm之间。3层125kg 土工砂袋厚度

目标值为84.34cm,最小厚度为48.28cm,抛填密度为6. 27袋/mH因此基槽3层125kg 土工砂袋合格区间为 48. 28—126. 51cm。7.2合格区间抛填河床由于土工砂袋下落冲击和随时间河床的沉

降.会导致土工砂袋多波束测量厚度大于实际厚度，由 于不同施工面地质条件不同，各个施工面沉降量均不同， 因此土工砂袋抛填施工的同时需同步进行施工面沉降量

的测试工作，每100m-个沉降测量点，以各个沉降点平

均值代表该施工面的沉降量。土工砂袋合格区间见表1。表1土工砂袋合格区间项

目容许最小厚度/cm容许最大厚度/cm5层800kg 土工砂袋143. 05 —沉降量224. 023层125kg 土工砂袋48. 28 —沉降量126. 518精度检验& 1抛填过程在抛填高程为一15.00m、长度30m的作业区域进 行抛填，土工砂袋抛填间距为1 -4m,抛填步距为

1.34m,每个抛填位置抛填5层土工砂袋，定位精度在 15cm以内。抛填前在该施工区域进行沉降试验，通过

三个测量点测得沉降量分别为10cm、9cm和10cm,该

区域平均沉降量为9. 67cm。& 2检验手段抛填质量检测采用多波束测量，土工砂袋抛填效果

采用统计学原理进行点数据分析。施工前，进行多波束

测量，抛填完成后进行抛后多波束测量，将测量数据与 设计数据进行差分处理，按照每0.2m —个点抽取差分

数据.采用正态分布曲线对抽取的点数据进行分析，由 此进行土工砂袋抛填质量评定。& 3检验结果土工砂袋采用导向架抛填，土工砂袋受水流等影响

极小，仅有极少土工砂袋落于抛填范围之外。经现场实

际施工测量，导向架抛填方法仅4.23%落于抛填区域 外.99.1%的土工砂袋均落于设计线+0. 5m以内区域，

抛填精度可以达到0.5m,需要补抛区域仅0.2%。而传

统散抛抛填区域合格率仅为76.2%,偏低需要补抛区域 达到7.2%。通过连续观测，采用导向架的深水区域精

确抛填技术每日抛填土工砂袋平均2300袋，最高可达

3500袋.均比传统散抛方法提高15%。9结语从实际工程实践来看，采用导向架的深水区域精确 抛填土工砂袋技术，抛填精度能控制在0.5m范围以内，

土工砂袋整体覆盖率100%,层数均匀，表面平滑，一

次抛填合格率满足技术规范中厚度和表面平整度的要 求，抛填效果易得到建设方的认同，为孟加拉项目节省 了大量的时间，并创造了较大的经济效益，保证了工程

的顺利实施。• 33 •