趙麗曉 石 泰

水下拋石法是指通過(guò)機(jī)械或人工拋投塊石、卵石等人工或天然石料，在指定區(qū)域堆砌形成符合設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)(鋪砌體)，并使之具備某種特定功能的一種施工方法。該工法主要適用范圍為拋石保護(hù)堤腳、防洪搶險(xiǎn)、拋石筑堤、拋石保護(hù)橋基及拋石保護(hù)凍土地區(qū)鐵道路基等。本文將水下拋石法應(yīng)用于水庫(kù)壩坡的壓重固腳，通過(guò)對(duì)水下拋石施工方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，最終確定一種效率高、安全操作性好，實(shí)際效果完全達(dá)到預(yù)期目的的施工方案。

1. 工程背景

北方山區(qū)某水庫(kù)自建成運(yùn)行至今已有50余年，經(jīng)大壩安全鑒定，其主壩上游壩坡抗滑不滿足規(guī)范要求，需對(duì)其進(jìn)行加固處理?；录庸淘O(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則是減少滑動(dòng)力和增加抗滑力，一般處理措施有開(kāi)挖回填、放緩壩坡、壓重固腳、增加防滲設(shè)施及排水設(shè)施等。由于引起該水庫(kù)主壩上游壩坡抗滑失穩(wěn)的主要原因是黏土斜墻抗剪強(qiáng)度較低，經(jīng)比較采用壓重固腳的措施可迅速提高壩坡的抗滑安全性。故對(duì)大壩上游壩坡的加固方案確定為：沿壩軸線方向拋(堆)石長(zhǎng)度為壩長(zhǎng)209m，施工水位220.0m以下至壩腳 (壩腳高程為207.0m)拋填塊石，拋石寬度 45.5m，坡比 1:3，拋石總量 2.13萬(wàn) m3；水面以上至一級(jí)馬道229.0m人工堆石，坡比1:3，堆石頂寬2.0m，堆石總量0.79萬(wàn)m3，由此形成壓重固腳體。

2. 施工方案

借鑒堤防工程中拋石法對(duì)岸坡水下部分進(jìn)行防護(hù)的常用工法，結(jié)合本次庫(kù)區(qū)壩坡特點(diǎn)及施工條件，對(duì)水下拋石施工提出以下3種可行方案：

2.1 拋石船施工

采用一般堤防工程拋石護(hù)岸慣用設(shè)備——拋石船，本方案作如下設(shè)計(jì)：根據(jù)水下拋石范圍209m×45.5m(順壩軸線向×垂直壩軸線向)，按20m×15m(長(zhǎng)×寬)劃分拋石網(wǎng)格單元，用以控制拋投量和拋投均勻性；選用一艘40m×15m(長(zhǎng)×寬)的350t機(jī)動(dòng)駁船作為定位船，拋石船兼運(yùn)石船選用20m×5m(長(zhǎng)×寬)的30t運(yùn)輸船；因壩前水流流速接近零，定位船采取橫一字形定位，一次掛靠6艘拋石船，并采用 “四錨法”固定，在船體順壩軸線方向兩側(cè)分別用兩根錨呈八字形斜拉固定，靠岸側(cè)兩個(gè)錨直接固定于岸上(如圖1所示)；按照由庫(kù)區(qū)向壩坡，自西向東的順序進(jìn)行拋石，在拋石船兩側(cè)每2～3m配置1名拋石人員同時(shí)進(jìn)行拋投；定位船在每次定位后，每只拋石船需每次橫向移動(dòng)1.5m移位5次，完成一個(gè)網(wǎng)格單元(20m×15m)的拋投量，依此類推，橫向移位使整個(gè)斷面拋投完成以后，定位船移動(dòng)到下一個(gè)斷面，依次進(jìn)行。當(dāng)每個(gè)斷面拋投完成后需及時(shí)進(jìn)行水下斷面測(cè)量，檢測(cè)拋投效果。

2.2 長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)施工

由于施工水位220.0m距壩腳高程207.0m尚有13m高差，淹沒(méi)于水下的壩坡具體狀況不明，在應(yīng)用機(jī)械實(shí)施拋石時(shí)，為了保證水下壩坡的安全，擬采用建拋石平臺(tái)→拋石壓重→拆除拋石平臺(tái)→再建下一個(gè)拋石平臺(tái)的方式沿壩軸線方向自東向西逐漸推進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)拋石斷面。具體方案為（如圖2所示）：由主壩東側(cè)溢洪道填筑1條寬5m的臨時(shí)道路至主壩東側(cè)壩肩，道路高程220.5m，基于該路開(kāi)始拋石修建第1個(gè)平臺(tái)，平臺(tái)高程220.5m，順壩軸線方向長(zhǎng)10m，垂直壩軸線方向30m，在此平臺(tái)上應(yīng)用作用半徑16m的長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)實(shí)現(xiàn)10m平臺(tái)及相鄰12m壩段范圍的拋石設(shè)計(jì)斷面；此時(shí)這個(gè)12m壩段已經(jīng)完成了拋石固腳壓重，可以承受重型機(jī)械作用，因此可在該壩段上應(yīng)用長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)完成第1個(gè)平臺(tái)(保留拋石壓重設(shè)計(jì)斷面)的拆除和下一個(gè)平臺(tái)的修建，要完成整個(gè)壩段的拋石任務(wù)共需倒運(yùn)石料10次，每次需倒運(yùn)石料2745m3。施工過(guò)程中采用極坐標(biāo)法（經(jīng)緯儀配合平板儀）進(jìn)行水下測(cè)量，確保不漏拋且保證設(shè)計(jì)斷面。

2.3 架設(shè)浮動(dòng)平臺(tái)拋石施工

圖1 定位船及拋石船布置示意圖

圖2 長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)施工示意圖

浮動(dòng)平臺(tái)即現(xiàn)代浮橋，其主體為浮筒，采用高分子聚乙烯通過(guò)大型機(jī)械設(shè)備加工而成，具有組裝簡(jiǎn)易、快捷、靈活、環(huán)保等特點(diǎn)，承重可達(dá)350kg/m2。本方案于工程區(qū)設(shè)置2個(gè)浮動(dòng)平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)規(guī)格為 45m×10m(長(zhǎng)×寬)，平臺(tái)表面鋪設(shè)8mm厚鋼板以避免浮筒磨損，通過(guò)設(shè)置于主壩東西兩岸的卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引至指定位置。2個(gè)平臺(tái)初始位置分別位于主壩壩長(zhǎng)中線兩側(cè)，第一次各向東西兩側(cè)移動(dòng)1.5m，然后每個(gè)平臺(tái)東西兩邊同時(shí)開(kāi)始人工拋填塊石，拋石石料可通過(guò)由壩頂至一級(jí)馬道229.0m架設(shè)的溜槽輸送再經(jīng)一次倒運(yùn)運(yùn)至平臺(tái)拋投位置。在完成本次移位斷面拋投目的后再進(jìn)行下一個(gè)1.5m的移位，直至完成全壩段斷面的拋投任務(wù)。同樣，每個(gè)斷面拋投完成后需及時(shí)進(jìn)行水下斷面測(cè)量，檢測(cè)拋投效果，如不滿足設(shè)計(jì)要求應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行彌補(bǔ)和修正。

3. 方案比選

拋石船、長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)和浮動(dòng)平臺(tái)3種施工方案的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1

另?yè)?jù)計(jì)算，采用3種施工方案所需工程直接費(fèi)分別為513萬(wàn)、528.6萬(wàn)和519萬(wàn)，由此可見(jiàn)，上述各方案工程成本相差不大，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，采用拋石船施工方案時(shí)，雖然水庫(kù)作業(yè)面滿足施工強(qiáng)度空間要求，但與施工強(qiáng)度匹配的船只不足，且外調(diào)船只運(yùn)輸難度較大，不能保證在汛前完工；而挖掘機(jī)施工方案最大的劣勢(shì)就是可能對(duì)壩坡安全存在隱患。相比之下，浮動(dòng)平臺(tái)施工較為簡(jiǎn)單，對(duì)壩坡安全無(wú)影響，因此選擇浮動(dòng)平臺(tái)拋石作為本工程最終實(shí)施方案。