抛枕及质量控制技术在航道整治工程中的应用
李晶晶+于涛
摘 要：航道整治工程主要选择在枯水季节进行，一般工期较紧，筑堤工程的效率直接影响航道整治工程的实施进度。文章通过工程实例，阐述了抛枕工艺在航道整治工程中的实施过程及施工要点，验证了施工过程中的质量检测、控制技术并达到预期的实施效果，抛枕施工具有成本低、施工效率高、稳定性好等优点，结合抛枕施工工艺的特点，证明在整治工程中应用是可行的。
关键词： 抛枕 施工技术 质量控制
“抛枕”是利用吸沙泵将沙冲灌入预置在抛枕船上的沙袋中，形成长5至10米、宽1.5至2米的大型“沙枕”，然后利用卫星定位系统或全站仪结合锚机组合系统进行放样，将“沙枕”抛筑到设计摆放位置的一种施工工艺。它是在流速较大的深水区域用充灌沙袋材料进行筑堤、筑坝等围堰常用的施工方法。
施工设备
根据施工进度和工程量要求，调遣施工机械及相关配套设备，主要包括抛枕船、抛枕架（如图1）、供电设备、吸沙泵、充水泵及管线等。
抛枕船是整个抛枕作业的基本工作平台，一般抛枕船为非自航、箱型船体，船体为单底、单甲板结构，充枕、抛枕作业主要在甲板上进行，以功能划分，主甲板可分为艉锚泊作业区、水上充抛枕装置作业区及艏锚泊作业区。抛枕船作业时，将一艘沙驳靠在抛枕船舷边，用起吊装置将一台充沙泵进沙驳的泥仓内，通过两台冲水泵和四套冲水头的联合工作，进行充枕作业。
抛枕架是充、抛枕袋的关键设备，施工准备期间，将抛枕架安装固定在抛枕船上，以便制作枕袋并抛投水中。充枕架一般长10米，宽2米，通过轴和轴承座与船体连接，并有挂钩锁紧装置限制枕架转动。待沙袋充枕完毕后，松开锁紧装置，并用力快速翻转枕架，达到抛枕目的。抛枕后，使枕架回转恢复原位，并锁紧，接着下一轮充枕抛枕作业。
吸沙泵、充水泵及管线是充灌真的必要设备。充水泵将向沙中冲水，使沙水混合形成沙浆，便于吸沙泵吸沙作业。吸沙泵与充水泵的组合，决定着充灌沙袋的速度和效率。
抛枕施工在整治工程中的应用
腊林洲处在沙市河段，位于宜昌市下游约133km，上起陈家湾，下至观音寺，全长约33km，属人工护岸控制的顺直、微弯分汊河道。沙市河段河道历来很不稳定，河床演变剧烈，以河道内主流频繁摆动、洲滩互为消长、汊道兴衰交替为主要变化特征，长期以来，一直是长江中游重点碍航水道。1998及1999 年大洪水后，原有的三八滩冲失，北设计通航孔所在的北汊淤积严重，枯季难以通航，南设计通航孔淤塞，船舶被迫改走非设计通航孔，通航与桥梁安全矛盾十分突出，采用了抛枕施工工艺进行修复整治。
1、施工工艺
1.1现场勘察及水下地形测量
工程利用数字单频测深仪结合GPS-RTK对水下地形按比例尺1：500进行测量来确定。
1.2编制施工方案
根据施工区域的测量图，绘制出水底断面，根据断面情况编制施工预案，确定各个控制点的坐标，作为施工过程中放样、检验及矫正的依据。不同河段情况，将需要制作不同长度的沙袋，根据设计要求，由水深区域至水浅区域，合理安排枕袋级配及搭接，进行有序施工。
1.3船舶定位、放样与漂移距计算
由于在抛枕过程中枕袋受到水深和水流等参数的影响，在放样之前，必须掌握该枕袋所抛区域的水流速度和水深。工程在施工时分以下几个步骤：
根据施工区域水深及水流首先用拖轮将抛枕船拖至施工水域，使船舶平行于待施工围堰的轴线进行抛锚，并根据抛枕船上艏艉两套差分GPS和岸上的一套差分GPS系统进行施工前的粗定位；
根据充枕用沙的比重和枕袋的尺寸估算出所充沙袋的体积和重量，再根据待抛区域的水深、水流速度及枕袋重量估算出枕袋下落到水底后的水平位移量，估算公式如下：
式中：Ld—抛枕水平位移量；H—抛枕处水深；Vf—水流速度；G—枕袋重量（Kg）。一般情况下，亦可通过现场抛石试验来掌握抛枕的水平位移量。
在考虑枕袋落水后位移量的前提下，启动移船绞车，对船舶精确定位至拟铺设第一个沙枕的位置。
抛枕船定位完成后，将储沙方驳轻轻靠在抛枕船舷边，准备充灌沙袋工作。
1.4充灌沙袋
根据施工河段的情况，制作不同长度的枕袋进行抛枕作业。施工过程中充枕供沙方式为吸、运、吹一体船运沙，卸于专用储沙方驳供充枕灌袋使用的抛枕供沙方式，充灌沙袋时由两台充水泵、两台充沙泵、四套充水头（两台沙泵泵头各一个，两个人工操作）联合作业。充灌时枕袋尽量向中间靠拢，将输送沙管插入枕袋袖口中绑牢，启动吸沙泵，向枕袋内充灌砂水混合物，充灌过程中，人工不断地踩拍以保证沙枕充盈率，当充盈率达80%至85%左右，停止充灌并系牢袖口。
1.5抛枕
待沙袋充枕完毕后，经检查沙枕无破损后，校正船位，松开枕架开关，使枕架倾斜，沙枕自动翻入水中，经过漂移枕袋正好落入设计位置。抛枕完成后后，使枕架回转恢复原位并锁紧，接着下一轮充枕抛枕作业。
抛投时，沙枕长度方向垂直水流，根据漂移距、抛枕船船宽确定抛枕船的移位与沙枕的入水位置，由坡脚底外缘边线向内逐层抛填均匀。当预定水域抛枕完毕后，利用组合锚机及GPS-RTK对充枕船重新移位、定位。如此循环往复，达到设计要求为止。
沙枕抛填补坡严格按设计枕位分层抛填，填筑第2轮、3轮时适当增加抛筑厚度（每次抛填高度控制在2米之内，1米后调整枕架枕袋位置）。层与层之间和沙枕袋之间应交错嵌紧，不形成垂直的通缝，小的空隙辅以3米枕。
2、质量检测与控制
在施工过程中，沙枕与沙枕之间有严格的间距要求，间距过大需要补抛，枕袋重叠过多造成浪费，这两种情况不但会使抛枕成本增加，对以后的围堤也形成安全隐患，因此，在施工过程中要不断检测抛枕质量，提高抛枕效率。抛枕的质量与安全控制主要通过以下几个方面实施：
抛枕轴线校核。在施工过程中每次抛枕完成后对抛枕轴线进行重新放样校核，以免在施工过程中使围堰轴线偏离设计目标。
水流及水深的校核。在不同的时段，施工区域的水流速度和水深会随潮水的涨落发生变化，而水深和水流速度是估计枕袋偏移量的重要参数，因此，在施工过程中要时常对抛枕区水流和水深进行校核，减少施工过程中的抛枕误差。
抛枕后探摸。每次抛枕完成后，第二天对前一天抛枕情况进行探摸，一般用竹篙或钢管探摸法。在浮体上用竹篙或钢管触探水底枕袋，及时掌握是否有枕袋间距过大、枕袋偏移量过大或滑枕现象发生。发现问题及时采取补抛等补救措施，消除质量和安全隐患。
抛枕后水下地形测量。每层抛枕施工完成后，对抛枕后的情况进行水下地形测量，根据测量结果掌握抛枕的平整度、抛枕后的回淤情况和棱体坡比情况等，以进行下一层抛枕施工计划与方案编制，达到优化质量的目的。
断面测量。在抛枕施工完成后，对抛枕形成的围堤进行断面测量，检测是否达到设计要求，并对下一步护坡施工提供有效的数据资料。
3、施工效果
工程在施工过程中和完工后均进行了探摸测量及水下地形经测量，通过测量数据分析，各项数据指标均达到设计要求，主体工程完工后，经受到了2011-2013年汛期及洪水考验，未出现任何异常的现象，达到预期整治效果。
总结
根据工程抛枕施工技术在工程中的应用实践，可以看出抛枕施工有以下特点：
成本低，稳定性高。相对于土石筑堤，抛枕筑堤在可以从附近直接获取海沙，成本相对较低。在施工过程中，沙枕块大体重，加强了围堰的整体性，提高了围堤的防风抗浪能力。
定位速度快，操作便捷。采用GPS-RTK船舶和抛枕进行施工定位，操作便捷，且定位精度高，速度快，大大提高了施工效率。
水上作业，降低施工难度。与水下充沙灌袋相比，抛枕工艺在充枕过程中完全在水上操作，避免了由于水流作用而造成的袖口断裂、沙袋卷曲折叠等现象。
充枕效率高，抛枕速度快。充枕时，若安排两个袖口同时充灌，充一只7m×1.5m的沙枕在10min内即可完成。抛枕时，打开锁紧装置之后，抛枕架快速翻转，几秒内便可完成抛枕作业。沙袋在自重的作用下，迅速抛入水中预定位置，受水流影响相对较小，抛枕精度较高。
充枕供沙，因地制宜。若选用专用沙驳储沙，把泵直接调入沙驳内即可投入工作，不需要支撑浮筒等配套设备，起吊设备可以随时对沙泵移位，有利于降低人工劳动强度，提高工作效率。若选用可就地取材的沙源，潜水泵式吸沙泵在浮体上可以直接吸沙充枕，施工方便，减少沙源转运成本。
航道整治工程主要选择在枯水季节进行，工期紧，筑堤工程的效率直接关系到航道整治工程的实施进度，同时也关系到施工单位的经济效益。抛枕施工工艺除了具有施工安全，操作简单外，还具有施工效率高、施工成本低等特点，是施工单位在保证施工质量的前提下，加快施工进度、提高经济效益理想工艺。
参考文献：
[1]程少江，刘鹏等.长江航道抛枕船的设计.船舶设计交流[J].2006年第4期
[2]钟茂华. 土工布袋装砂枕坝在山区河流航道整治工程中的应用.交通科技[J].2003年第6期
[3]何远海.小榄水道航道整治护岸工程砂枕护脚施工探索.珠江水运[J].2004年4月
（作者单位：长江南京航道工程局）
抛枕轴线校核。在施工过程中每次抛枕完成后对抛枕轴线进行重新放样校核，以免在施工过程中使围堰轴线偏离设计目标。
水流及水深的校核。在不同的时段，施工区域的水流速度和水深会随潮水的涨落发生变化，而水深和水流速度是估计枕袋偏移量的重要参数，因此，在施工过程中要时常对抛枕区水流和水深进行校核，减少施工过程中的抛枕误差。
抛枕后探摸。每次抛枕完成后，第二天对前一天抛枕情况进行探摸，一般用竹篙或钢管探摸法。在浮体上用竹篙或钢管触探水底枕袋，及时掌握是否有枕袋间距过大、枕袋偏移量过大或滑枕现象发生。发现问题及时采取补抛等补救措施，消除质量和安全隐患。
抛枕后水下地形测量。每层抛枕施工完成后，对抛枕后的情况进行水下地形测量，根据测量结果掌握抛枕的平整度、抛枕后的回淤情况和棱体坡比情况等，以进行下一层抛枕施工计划与方案编制，达到优化质量的目的。
断面测量。在抛枕施工完成后，对抛枕形成的围堤进行断面测量，检测是否达到设计要求，并对下一步护坡施工提供有效的数据资料。
3、施工效果
工程在施工过程中和完工后均进行了探摸测量及水下地形经测量，通过测量数据分析，各项数据指标均达到设计要求，主体工程完工后，经受到了2011-2013年汛期及洪水考验，未出现任何异常的现象，达到预期整治效果。
总结
根据工程抛枕施工技术在工程中的应用实践，可以看出抛枕施工有以下特点：
成本低，稳定性高。相对于土石筑堤，抛枕筑堤在可以从附近直接获取海沙，成本相对较低。在施工过程中，沙枕块大体重，加强了围堰的整体性，提高了围堤的防风抗浪能力。
定位速度快，操作便捷。采用GPS-RTK船舶和抛枕进行施工定位，操作便捷，且定位精度高，速度快，大大提高了施工效率。
水上作业，降低施工难度。与水下充沙灌袋相比，抛枕工艺在充枕过程中完全在水上操作，避免了由于水流作用而造成的袖口断裂、沙袋卷曲折叠等现象。
充枕效率高，抛枕速度快。充枕时，若安排两个袖口同时充灌，充一只7m×1.5m的沙枕在10min内即可完成。抛枕时，打开锁紧装置之后，抛枕架快速翻转，几秒内便可完成抛枕作业。沙袋在自重的作用下，迅速抛入水中预定位置，受水流影响相对较小，抛枕精度较高。
充枕供沙，因地制宜。若选用专用沙驳储沙，把泵直接调入沙驳内即可投入工作，不需要支撑浮筒等配套设备，起吊设备可以随时对沙泵移位，有利于降低人工劳动强度，提高工作效率。若选用可就地取材的沙源，潜水泵式吸沙泵在浮体上可以直接吸沙充枕，施工方便，减少沙源转运成本。
航道整治工程主要选择在枯水季节进行，工期紧，筑堤工程的效率直接关系到航道整治工程的实施进度，同时也关系到施工单位的经济效益。抛枕施工工艺除了具有施工安全，操作简单外，还具有施工效率高、施工成本低等特点，是施工单位在保证施工质量的前提下，加快施工进度、提高经济效益理想工艺。
参考文献：
[1]程少江，刘鹏等.长江航道抛枕船的设计.船舶设计交流[J].2006年第4期
[2]钟茂华. 土工布袋装砂枕坝在山区河流航道整治工程中的应用.交通科技[J].2003年第6期
[3]何远海.小榄水道航道整治护岸工程砂枕护脚施工探索.珠江水运[J].2004年4月
（作者单位：长江南京航道工程局）
抛枕轴线校核。在施工过程中每次抛枕完成后对抛枕轴线进行重新放样校核，以免在施工过程中使围堰轴线偏离设计目标。
水流及水深的校核。在不同的时段，施工区域的水流速度和水深会随潮水的涨落发生变化，而水深和水流速度是估计枕袋偏移量的重要参数，因此，在施工过程中要时常对抛枕区水流和水深进行校核，减少施工过程中的抛枕误差。
抛枕后探摸。每次抛枕完成后，第二天对前一天抛枕情况进行探摸，一般用竹篙或钢管探摸法。在浮体上用竹篙或钢管触探水底枕袋，及时掌握是否有枕袋间距过大、枕袋偏移量过大或滑枕现象发生。发现问题及时采取补抛等补救措施，消除质量和安全隐患。
抛枕后水下地形测量。每层抛枕施工完成后，对抛枕后的情况进行水下地形测量，根据测量结果掌握抛枕的平整度、抛枕后的回淤情况和棱体坡比情况等，以进行下一层抛枕施工计划与方案编制，达到优化质量的目的。
断面测量。在抛枕施工完成后，对抛枕形成的围堤进行断面测量，检测是否达到设计要求，并对下一步护坡施工提供有效的数据资料。
3、施工效果
工程在施工过程中和完工后均进行了探摸测量及水下地形经测量，通过测量数据分析，各项数据指标均达到设计要求，主体工程完工后，经受到了2011-2013年汛期及洪水考验，未出现任何异常的现象，达到预期整治效果。
总结
根据工程抛枕施工技术在工程中的应用实践，可以看出抛枕施工有以下特点：
成本低，稳定性高。相对于土石筑堤，抛枕筑堤在可以从附近直接获取海沙，成本相对较低。在施工过程中，沙枕块大体重，加强了围堰的整体性，提高了围堤的防风抗浪能力。
定位速度快，操作便捷。采用GPS-RTK船舶和抛枕进行施工定位，操作便捷，且定位精度高，速度快，大大提高了施工效率。
水上作业，降低施工难度。与水下充沙灌袋相比，抛枕工艺在充枕过程中完全在水上操作，避免了由于水流作用而造成的袖口断裂、沙袋卷曲折叠等现象。
充枕效率高，抛枕速度快。充枕时，若安排两个袖口同时充灌，充一只7m×1.5m的沙枕在10min内即可完成。抛枕时，打开锁紧装置之后，抛枕架快速翻转，几秒内便可完成抛枕作业。沙袋在自重的作用下，迅速抛入水中预定位置，受水流影响相对较小，抛枕精度较高。
充枕供沙，因地制宜。若选用专用沙驳储沙，把泵直接调入沙驳内即可投入工作，不需要支撑浮筒等配套设备，起吊设备可以随时对沙泵移位，有利于降低人工劳动强度，提高工作效率。若选用可就地取材的沙源，潜水泵式吸沙泵在浮体上可以直接吸沙充枕，施工方便，减少沙源转运成本。
航道整治工程主要选择在枯水季节进行，工期紧，筑堤工程的效率直接关系到航道整治工程的实施进度，同时也关系到施工单位的经济效益。抛枕施工工艺除了具有施工安全，操作简单外，还具有施工效率高、施工成本低等特点，是施工单位在保证施工质量的前提下，加快施工进度、提高经济效益理想工艺。
参考文献：
[1]程少江，刘鹏等.长江航道抛枕船的设计.船舶设计交流[J].2006年第4期
[2]钟茂华. 土工布袋装砂枕坝在山区河流航道整治工程中的应用.交通科技[J].2003年第6期
[3]何远海.小榄水道航道整治护岸工程砂枕护脚施工探索.珠江水运[J].2004年4月
（作者单位：长江南京航道工程局）
