塑料排水带深水施工技术与设备

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我国自80年代塑料排水带应用以来，软基排水加固技术发展迅猛。目前塑料排水带已成为排水加固的主要材料，广泛应用于围海堵港等地基处理工程。近年来，随着围海事业的发展，围海工程已向深水发展，使人们对塑料排水带深水施工技术和设备尤为关注。浙江省围海工程公司根据多年海上施工经验，结合深水施工的实际情况，成功的研制了深水塑料排水板插设作业船。该设备通过玉环漩门二期堵坝工程中的使用，逐步形成了一套较完整的深水施工工艺。 
    一、工程概况
    漩门二期堵坝工程位于浙江省玉环县的漩门港，是我国少有的深水堵港工程。二期堵坝在分水山和鹰公山之间，坝长1080m，坝顶高程7.5m，坝底高程一般为-7.2m～-8.0m，最低为-25.0m(黄海高程)，坝顶宽6m，标准坝段底宽为190m。
    坝基处理采用塑料排水板结合镇压层的复合加固法。插板间距1.2m，标准坝段部位插深一般在26m左右。
    二、施工特点
    1、水深流急。当地多年平均高潮位为2.88m，50年一遇高潮位为5.22m，即在高潮位时，港址处的水深为10～25m，平均低潮位时也有6～20m，施工时流速达1.0～1.5m/s，随着碎石垫层和抛石升高，流速增大至2.0～3.0m/s。这样的施工环境，对施工设备的定位锚泊和沉桩管对水流的抗弯曲能力提出了很高的要求。
    2、风浪大。该工程地处浙江东南沿海，为典型的强潮地区，潮差一般在5～7m之间。浙江省每年7～9月被称为台汛期，在这段时间内，一年的潮位最高，而台风也最为频繁。为确保工程施工质量及设备、财产和人身的安全，要求设备必须具备快速避台风和抢战小风的机动性能。
    3、地质情况复杂。该工程总长1080m，其地质情况比较复杂。在软土层中，局部地区有岩基、沙隔层或贝壳沉积层。在这样的环境下施工，对水下装靴桩头是一个严峻的考验。
    4、浮态定位要求高。由于水深，船体是在水浮区的水面进行作业，无法搁浅检查定位的实际情况，所以必须要求定位准确可靠。
    5、工期紧迫。漩门二期堵港工程总插板数量为258万m，约10万根。总工期为8个月，这样的施工强度在国内深水作业中也是少有的。
    6、质量要求高。在该工程中规定插设间距误差为10cm，垂直度误差小于1.5%，回带长度小于50cm。
    三、施工设备
    按中国沿海地带作业标准及上述施工特点，浙江省围海工程公司研制了深水塑料排水带插设作业船。船体系航式双体作业船，由两个片体与首尾连接构成一个长方形的施工空间。该船总长46.8m，总宽17m，型深3.2m，吃水深度为1.6m，排水量为700t，一次定位有效施工尺寸为22m×10m。定位与移动设备装置为4台5t起锚机，能在水深30m以内、流速2～3m/s的环境中施工。塑料排水带插设装置为门架式立柱打设机。该设备安放在作业船上，在施工空间可进行纵向和横向移动，总高度为40m，总长度为9m，跨度为13m，能够满足插入涂面以下37m深的要求。为了补偿船体倾斜度，设计时采用门架与立柱之间进行双铰链连接，使其组成平行四边摇摆机构，利用门架后支撑螺杆进行前后倾斜调节。整个架子可以躺倒放置在船上，作业时将其竖起。
    水上定位装置采用国际上较为先进的GPS实时差分定位系统，由3台高精度GPS组成。该系统不仅接收信息快，而且不受天气、风浪的影响，可在24小时进行定位作业。
    水下剪板装置与装靴装置由剪刀管和剪刀箱、剪刀片、桩头、测深仪、液压设备等组成。
    电脑自动记录检测装置由数字测深仪，桩管插深传感器、进带传感器、报警器、电脑等组成。
    四、施工方法
    1、深水插板的工艺流程。施工定位—插设塑料排水板—水下剪板和装靴检测记录—移位。
    2、施工定位。船体定位：首先在岸上选一坐标点，在其上放置1台岸台GPS接收机，然后在计算机上输入施工区域平面图及控制点的实地坐标和船舶施工空间尺寸，根据每条船的施工空间进行船位划分，并直接显示在计算机屏幕上。这样移动船位时只要用4台锚机绞动船舶，至其施工空间与划分的船位重合时，说明船舶已准确就位。该系统的定位精度达到10cm，能满足全天候施工的要求。插板机定位：其定位方法为机械定位，精度能控制在1cm以内。在施工时先按每支桩的间距及布置形式在222m×10m的空间范围内划分出总排数（纵向）和每排的支数（横向）。然后移动插设机大平台进行纵向定位，当定位指针与纵向定位刻度重合时说明定位准确，在大平台定位准确后开动小车平台进行横向单支定位。这样完成全船的插设支数以后，再进行下一船的定位。
    3、塑料排水带插设。采用门架式立柱结构的插设机械。为了控制塑料排水带的垂直度，补偿因插设机械行走引起的船体倾斜，在门架的后座上设计有垂直度调节螺杆，可以调节立柱的垂直度。当船体完成定位后，将穿好带的套管打入土中，至设计标高，将套管拔出，塑料排水带留在土中。完成插板任务后，再移动船位进行下一段插设。
    4、水下剪板和装靴工艺。根据水深测深仪测出的水深，将剪刀管放入水中，使其前端的剪刀箱离涂面30～50cm，当套管拔出水面，桩头碰至剪刀箱内的限位器时，说明桩头已拔至剪刀箱内，即可启动液压剪刀将塑料排水带剪断。为了提高剪带速度，将剪切装置设计为双向装置，每一次动作就完成一次剪切任务，而靴头会自动回位。拔管时，保护活动门就会打开，而排水带和压带导柱就会留在孔底。当套管上拔至一定高度时，导柱和套管一起拔出，而此时的塑料排水板已能完全靠泥土的阻力来固定。然后重复上述动作。
    5、自动记录检测技术。自动检测系统主要是通过检测、桩深、水深、带深和实际的涂面高程，就可以换算出回带长度，一般回带长度控制在30～50cm。如果在下桩过程距离桩底目标高程50cm以上，拔出时其深度报警器会发出警报提醒。
    五、性能特点
    该船的作业性能好，抗风浪能力强，能在水深30m以内、流速2m/s、8级风、2级浪的环境中施工，而且定位快、定位准，可进行全天候作业，施工速度快，操作简便。
    六、应用效果
    漩门二期堵坝工程深水插板的任务为258万m，工期为8个月，平均每台月产量为1万m左右，最多产量可达1.5万m，扣除天气、设备保养时间，平均插设时间每支循环为3分钟，纵横向行走时间为每分钟5m，船体定位时间为10分钟，一次抛锚可在40m×100m范围内移动船位。