航道整治铺排施工的实践与思考
吉加强
摘 要：针对边滩根部护岸铺排施工中遇到的排头处理问题，结合工程实例探讨了排头处理方法的改进途径和声纳同步检测技术的应用价值，可供类似的內河航道整治工程参考。
关键词：航道整治；铺排施工；排头处理；同步检测技术
中图分类号：U615 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）06-0046-02
长江中游荆江河段因其复杂的自然地质条件，向来以河床演变剧烈，洲滩变迁频繁，航槽稳定性差，碍航情况频发而闻名，长江三峡工程建成投用未能改变该河段航运长期受限的局面。根据国家《长江干线航道总体规划纲要》，荆江河段2020年前要建成长江一级航道，满足由2～3千吨驳船组成的6千至1万吨级船队通航要求。要达到上述通航能力，仅靠应急维护性疏浚和调标改泓等常规手段已不能满足荆江沿岸经济和社会发展对长江水运的需求，各界殷切期盼国家对荆江航道进行系统的整治。
长江中游荆江河段航道整治工程于2013年下半年开始实施，通过对沿线碍航河段采取筑坝、护滩、高滩岸线守护、已建护岸加固等工程建设，致力于对荆江航道进行有效的治理。该系统整治工程完工后，荆江航道在长江黄金水道中的支撑作用将日益突显，莱家铺边滩守护工程就是该分批实施的系列航道整治工程之一。
1 工程概况
莱家铺边滩位于荆江河段莱家铺水道下游右岸，该边滩顺河发育，长约5.6km，其根部存在一条窜沟，沟宽10～40m，枯水期最低水位时沟深2～3m，其下部敞开段形成了鹅公凸倒套，窜沟上段崩岸后退比较陡峭，随着水位变化窜沟内水流的流速和流态多变（图1）。
为了防止莱家铺边滩中下段及鹅公凸倒套冲刷发展，分流主槽水流，影响现有航槽稳定，在莱家铺边滩中下段修建两道护滩带，同时对护滩带根部长1758m的高滩岸线进行铺排护底和抛石压载守护，守护宽度为100m（图2）。
护岸结构施工须等护底排铺设和抛石压载完工后，在长江水位降落到施工水位以下，通过将护底排排头压入枯水平台下方来保证护岸结构工程的稳定，护底排铺设要充分考虑与护岸结构施工的衔接，做好排头处理是铺排施工的关键。
2 排头处理
莱家铺边滩区域地形高程较高，需要有合适的水位条件才能开展铺排施工，5月初长江水位开始缓慢上涨较为适宜，根部护底排的施工顺序是从地势低的下游向地势高的上游逐步推进。施工区下段处于鹅公凸倒套内，水流平缓，岸坡坡度小（坡比接近1：5），此时水位刚刚接近设计枯水平台位置，可直接将排头铺设在护岸结构枯水平台位置。排头处理采取在枯水平台上方打入一排短木桩，将从排头牵引出来的丙纶绳系到短木桩上的简易方法。为了减少护岸结构施工时解砼块和重新绑砼块的工作量，施工中在枯水平台位置的排体上均匀码放适量的D型砼块进行压载，以满足排头的抗浮稳定性要求。
莱家铺边滩岸坡主要由粉质粘土和粉细砂组成，抗冲刷能力差，汛后退水过程中上游岸坡经常出现崩塌后退现象，特别是施工区中上段窜沟贴岸，岸坡陡立。随着护底排施工进入窜沟影响区域，简易的排头处理方法已不能保证抛石压排和根部抛石补坡期间护底排的安全，考虑到长江主汛期上涨的江水将完全淹没莱家铺高滩，抛石过程中一旦出现排头固定不牢而下滑的现象，必将造成后期护坡结构枯水平台施工难度增加。
为了提高陡坡段护底排的抗下滑力，采用木桩设置地锚的方式固定排头，具体施工步骤如下：
首先清除高滩上的芦苇等杂物，人工在距坡顶3-4m处挖平行于排头方向的地垄沟（沟长1.3-1.5m，沟深0.8m），沟宽以方便开挖且周围土方不坍塌为宜，谓之主沟；从垂直于该沟中间位置向外开挖一条由0.5m深到地表的渐变沟，谓之辅沟。接着将长1.2m的粗木桩（直径6-8cm）中间系上丙纶绳水平放入主沟，丙纶绳沿辅沟引出，在主沟前方侧壁相距70cm左右直立打入两根一头削尖的木桩，其顶部与地面平，用来增强粗木桩的抗拉力，然后分层边回填边压实。将细丙纶绳系到排头加筋条拉环上作为分力拉绳，安排工人在坡顶一字排开，通过拽拉细丙纶绳牵引排头上岸，将从粗木桩牵引出来的丙纶绳系成环形扣，每12-16根分力拉绳集中系到一个环扣上，各分力拉绳的松紧度应力求整个排体受力均衡。固定幅宽40m的软体排排头，需设置这样的木桩地锚结构5-6个，相邻两张排的搭接部分可以共用一个地锚。
该方法解决了高边坡条件下排头固定不牢的问题，江水上涨后排体抗浮稳定性好，但是木桩需提前订购加工，在后续的施工中无法利用，增加了工程成本。通过对木桩地锚结构的功能分析，发现用D型砼块代替木桩设置地锚也非常可行，也是对木桩地锚结构的一种改进方案，主要施工方法如下：
清除影响施工的芦苇等杂物，人工在高滩岸坡上每隔4-5m挖一个长方形土坑（宽度略大于两块D型砼块叠合的厚度），将两块D型砼块大面叠置后，沿凹槽绑上主绳，绳结打在D型砼块大面正中，绑好后绳结朝向江面方向埋入坑中并回土压实，从砼块上牵引出的丙纶绳与排头拉环相连，利用砼块的自重和土压力起到固定排头的作用。
采用砼块设置地锚可就地取材，不需另外采购材料，砼块可在枯水平台结构施工时回收再利用，节约了资源和施工成本。
3 工程质量检测与控制
航道整治工程铺排施工的排体搭接质量检测，一直以来采用潜水员携带冲砂设备和水下摄像机进行人工探摸的方式，其主要缺点是劳动强度大，安全风险高，检测效率低。人工探摸作为一种工后质量检测手段，无法为铺排施工质量控制提供实时指导，航道整治铺排施工检测需要采用更为先进的技术手段。
莱家铺边滩守护工程铺排施工全程聘请第三方检测单位驻船，采用声纳水下检测技术对铺排施工质量进行同步监测，实现了铺排施工过程的可视化，施工质量数据能直接从设备终端显示器上获取，专业技术人员通过量取排体着床后的宽度数据，可以判别当前排体是否存在缩排现象；通过量取相邻排体重叠区域的宽度，可以鉴别相邻排体之间的搭接量是否满足规范要求。当发现相邻排体搭接量向设定控制指标值趋近时，施工班组可及时调整施工参数，将排体搭接量控制在质量目标范围内，当发现排体局部缩排后，可提前调整下一张排的计划线，来保证相邻排体的搭接量。
在铺设根部护岸D32号排时，声纳同步监测发现上游排边出现缩排现象（缩排最宽处达6.8米），无法通过调整铺排船船位进行补救，在铺至该排排尾时，铺排船进入护滩带下缘浅水区，横向翻滩水流流速较大，上游迎流排体受翻滩水流顶托而出现回收绳紧绷的现象。
为了防止铺设后续护底排继续出现缩排和上游排体受力过大的情况，综合现场水流流向测定和声纳同步检测图像，经论证认为：通过减小水流流向与排体的夹角，一定程度上能改善上游排体的受力状况。D33号排在铺设方向上顺时针旋转5°以保持铺排方向与水流流向接近于垂直，同时整体排位下移6米确保相邻排体之间的搭接（图3），整个铺排过程比较平顺，排尾上游排边受翻滩水流顶托而掀动的状况得到了显著改善。
由于本工程铺排过程中使用了水下声纳同步检测技术，综合铺排完工后的水下探摸检测，铺排施工质量全部符合设计要求。随着声纳同步检测设备使用成本的下降和相关技术手段的成熟，施工单位完全可以将水下声纳检测设备固化到铺排船的信息化管理界面中，作为施工班组的日常质量自控手段，提高铺排施工质量的同时又可节约工程成本。
4 小结
（1）排头处理是航道整治工程根部护岸铺排施工的关键，莱家铺边滩守护工程由于滩高坡陡且需度汛，施工过程中分别以木桩和D型砼块设置地锚进行排头固定，其中以砼块设置地锚的方案最为经济合理。
（2）施工区水流流速和流向的变化对铺排施工安全与质量的影响极大，通过现场实测流速和流向可为施工方案的调整和优化提供数据支撑。
（3）声纳水下同步检测技术能够实时显示水下排体搭接图像，与以往采取人工水下探摸检测铺排质量相比，能及时发现并纠正铺排过程中出现的质量问题。人工探摸属于随机抽样检验，而声纳同步检测技术属于全数检验，是今后航道整治铺排施工技术进步的方向。建议将声纳同步检测作为技术标准写入航道整治工程招标文件，必将有助于推动航道整治铺排施工技术的全面进步。
