張柏英

（馬克菲爾（長(zhǎng)沙）新型支檔科技開(kāi)發(fā)有限公司，長(zhǎng)沙 410000）

一種新型壓載軟體排及水下沉排技術(shù)

張柏英

（馬克菲爾（長(zhǎng)沙）新型支檔科技開(kāi)發(fā)有限公司，長(zhǎng)沙 410000）

一種新型壓載軟體排（Ballasted filteringmattress，BFM）具有較好的整體性，施工中，采用BFM及水下沉排技術(shù)，可有效提高施工的安全性和效率，避免滑排、撕排、排布打卷、浮排及沉排偏離預(yù)定位置等問(wèn)題，減少搭接富余量，提升保護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)性，在威尼斯摩西工程中得到較好應(yīng)用，產(chǎn)生了良好效益。

河床保護(hù)；壓載軟體排（BFM）；水下沉排；摩西工程

軟體排是在土工織物處理軟基技術(shù)上延伸出來(lái)的一種河床保護(hù)技術(shù)，具有反濾、隔離、防沖、適應(yīng)河床變形能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于河流航道整治保護(hù)工程，以防止水流直接沖刷河床和因水流滲透作用而造成河床的局部變形破壞［1］。

目前國(guó)內(nèi)軟體排大多采用加筋土工布系混凝土塊結(jié)構(gòu)形式和鋪排船翻板引導(dǎo)排布沉入水中的沉排工藝，在施工及后期維護(hù)中常出現(xiàn)以下問(wèn)題：①排體結(jié)構(gòu)為排布和混凝土塊組合，各分散的混凝土塊作用在排布上，排布上局部受力不均，易產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致破壞；②沉放點(diǎn)距離河床較高，排布與水流接觸面積較大，在水深及流速較大時(shí)容易發(fā)生滑排、撕排、排布打卷、浮排及沉排偏離預(yù)定位置等現(xiàn)象，導(dǎo)致鋪排質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，影響航道整治效果，同時(shí)也大大增加施工難度，帶來(lái)較高的施工風(fēng)險(xiǎn)和成本［2］；③排與排之間為搭接方式，由于施工控制難度大，為達(dá)到設(shè)計(jì)搭接寬度，所消耗的搭接量較大（一般為6m保證3m）。新型壓載軟體排（Ballasted filteringmattress，以下簡(jiǎn)稱BFM），采用兩層土工布中間夾土工網(wǎng)墊及碎石的新型排體結(jié)構(gòu)，結(jié)合浮筒貼地鋪排的水下沉排技術(shù)，可有效解決以上問(wèn)題，提高鋪排質(zhì)量及保護(hù)效果。

1 BFM排體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)要求

1.1.1 短期性能要求

制作與鋪設(shè)過(guò)程中不發(fā)生破壞；能夠抵抗水流的浮托力并沉放至河床；排體邊緣能夠在水流的作用下保持穩(wěn)定，不發(fā)生掀動(dòng)、滑動(dòng)等情況；能夠承受拋石時(shí)產(chǎn)生的撞擊力。

1.1.2 長(zhǎng)期性能要求

具備較好的反濾性能，能夠防止被防護(hù)河床泥沙的沖刷、侵蝕和遷移。

1.2 排體結(jié)構(gòu)

BFM采用透水的土工織物縫接成上、下墊，中部布置Macmat-R（PP土工網(wǎng)墊復(fù)合六邊形雙絞合金屬網(wǎng)片），填充粒徑4～8mm的碎石，最后用高密度聚乙烯型材的土工布釘將各層錨固。制成的BFM厚40～50mm，單位重量40～50kg，寬度11.20m （其中設(shè)有1.2m寬的土工織物邊幅，也可根據(jù)施工條件調(diào)整），長(zhǎng)度100～250m不等。BFM排體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 BFM排體結(jié)構(gòu)

1.3 性能檢測(cè)

1.3.1 抗沖擊

根據(jù)基土的種類和不同含水量，分3種試驗(yàn)工況。針對(duì)每種工況，將一定重量的石塊從不同高度落下撞擊樣品，對(duì)沖擊面積和深度進(jìn)行測(cè)量記錄，最后綜合評(píng)估BFM的抗沖擊性能。

1.3.2 抵抗浮托力

排體在水下既受排體自重和，又受排體上下水頭差引起的向上力的頂托。為保證抗浮穩(wěn)定，前者應(yīng)超過(guò)后者。檢測(cè)結(jié)果表明，BFM在空氣中的重量480N/m2，浮重280N/m2，排體的浮密度滿足要求。

1.3.3 強(qiáng)度

對(duì)排體整體及各部件分別進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，能力沖擊試驗(yàn)前后，材料性能良好，滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求。

1.3.4 懸掛與振動(dòng)試驗(yàn)

將排體垂直懸掛，以檢驗(yàn)其加筋后的強(qiáng)度是否達(dá)到要求。懸掛時(shí)振動(dòng)樣品，檢測(cè)其內(nèi)部填充物的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，排體內(nèi)部填充物未發(fā)生大的位移，可保持施工的均勻性。

2 BFM水下沉排技術(shù)

BFM相較于加筋土工布系混凝土塊結(jié)構(gòu)具有更好的整體性，可使用水下沉排技術(shù)鋪排。BFM工廠設(shè)于施工地點(diǎn)附近，根據(jù)需要生產(chǎn)不同長(zhǎng)度的BFM，將BFM卷繞于浮筒之上，然后通過(guò)移動(dòng)浮橋?qū)⑵溥\(yùn)送至位于施工地點(diǎn)的安裝浮橋，浮筒沉入水中并接近河床，展開(kāi)BFM完成鋪設(shè)工作［3-5］。如圖2。

圖2 BFM水下沉排示意圖

2.1 浮筒

浮筒是運(yùn)輸和鋪設(shè)BFM的關(guān)鍵設(shè)施，往返于工廠、移動(dòng)浮橋和安裝浮橋之間運(yùn)輸BFM，能夠沉入水中一定深度完成BFM鋪設(shè)。

浮筒長(zhǎng)13m，直徑5m，可一次性裝載2500m2的BFM。為提高施工效率，至少布置3個(gè)浮筒，在工廠、移動(dòng)浮橋和安裝浮橋輪流使用。

在工廠將BFM卷繞至浮筒時(shí)必須小心控制操作，在卷繞對(duì)齊中的細(xì)小偏差，都將在之后鋪設(shè)定位中成倍放大。

當(dāng)移動(dòng)浮橋從工廠裝載浮筒開(kāi)始移動(dòng)時(shí)，浮筒要保持部分浸潤(rùn)在水下以增加其自身的穩(wěn)定性。

將移動(dòng)浮橋上的浮筒轉(zhuǎn)移至安裝浮橋，浮筒與安裝浮橋兩臂相連，利用連續(xù)定位系統(tǒng)控制浮筒，將浮筒沉入水中使其接近河床。浮筒內(nèi)部設(shè)有一系列不透水艙，控制這些不透水艙中的水量使作用于浮橋兩臂的荷載為一恒定值（10t），以便浮筒到達(dá)控制深度，并與河床保持合適距離。

2.2 鋪設(shè)定位

首先通過(guò)儀器掃描河底獲取詳細(xì)的地形數(shù)據(jù)，在BFM鋪設(shè)之前，必須確認(rèn)浮筒能夠到達(dá)設(shè)計(jì)深度。安裝浮橋的DGPS定位系統(tǒng)由2個(gè)衛(wèi)星接收器及1根高頻天線（可接收陸上的差分信號(hào)）組成，獲取基于差分系統(tǒng)修正后的GPS衛(wèi)星信號(hào)，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)與這些接收器相連接，通過(guò)計(jì)算得到地面衛(wèi)星接收器的準(zhǔn)確位置，達(dá)到足夠的定位精度，能保證鋪設(shè)的BFM處于正確位置。

2.3 BFM鋪設(shè)

安裝浮橋可沿平行于水流方向4m/s的速度將BFM鋪設(shè)于河床之上。在鋪設(shè)過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)航程序控制伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)操作船上的6個(gè)絞盤，使安裝浮橋按照設(shè)計(jì)路徑運(yùn)行，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)浮筒鋪設(shè)BFM。

控制系統(tǒng)軟件將安裝浮橋的運(yùn)行路徑實(shí)時(shí)顯示在屏幕上，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。浮筒展開(kāi)BFM的深度由甲板上的可視化軟件來(lái)控制。在鋪設(shè)BFM的同時(shí)，逐漸向浮筒內(nèi)不透水艙注水，使浮筒保持恒定的重量。

在鋪設(shè)過(guò)程中將BFM定位和安裝誤差控制在40cm以內(nèi)，有效減少搭接富余量。

3 BFM在威尼斯摩西工程中的應(yīng)用

為保護(hù)威尼斯免受洪水侵?jǐn)_，2003年啟動(dòng)摩西工程（MOSE），在威尼斯瀉湖與亞得里亞海相連的出海口建造活動(dòng)閘門。一般閘門隱藏在海面下，一旦海水水位超過(guò)警戒線，則向活動(dòng)閘門內(nèi)注入空氣，升起閘門，阻斷海水。當(dāng)閘門未使用時(shí)，為保護(hù)海床免受水流沖刷，需對(duì)海床進(jìn)行保護(hù)。作為海床保護(hù)體系的重要組成部分，BFM鋪設(shè)在基土和拋石之間，不僅起聯(lián)接整體作用，更重要的是起反濾層作用，防止基土受到?jīng)_刷、侵蝕和遷移導(dǎo)致海床變形，如圖3。

圖3 活動(dòng)水閘和BFM

摩西工程中，在威尼斯瀉湖出?？诘谋Ｗo(hù)區(qū)共鋪設(shè)了60萬(wàn)m2的BFM。工廠將BFM卷繞于浮筒、移動(dòng)浮橋運(yùn)輸浮筒、安裝浮橋鋪設(shè)BFM施工現(xiàn)場(chǎng)圖，如圖4。

摩西工程實(shí)踐證明，水下沉排技術(shù)能夠安全、高效、高質(zhì)量地鋪設(shè)排體，BFM能在保證透水性的同時(shí)，很好地保護(hù)海床，防止基土土粒的沖刷、侵蝕和遷移［6］。

圖4 BFM施工現(xiàn)場(chǎng)

4 結(jié)語(yǔ)

BFM整體性好、排布受力均勻，水下沉排技術(shù)顯著減少排布與水流的接觸面積，可有效提高施工的安全性和效率，避免滑排、撕排、排布打卷、浮排及沉排偏離預(yù)定位置等問(wèn)題，減少搭接富余量，提升保護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)性，具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］謝盛開(kāi).長(zhǎng)江下游黑沙洲水道航道整治工程順?biāo)僚攀┕すに囇芯浚跠］.重慶：重慶交通大學(xué)，2015.

［2］付中敏.護(hù)底軟體排破壞機(jī)理及應(yīng)對(duì)措施［J］.水運(yùn)工程，2015（7）：114-118.

［3］Brotto M.T.，Gentilomo M.，（1998）.The Venice Lagoon Project.The Barriers at the Lagoon Inlets for controlling high Tides，Bulletin AIPCN-PIANC 98，17-26.

［4］Cecconi G.，The Venice Lagoon mobile barriers，（1997）. Sea level rise and impact of barrier closures，Italian Days of Coastal Engineering，Venice，International Debate-PIC 97.

［5］Gentilomo M.， Cecconi G.，（1997）， Flood protection system designed for Venice，Hydropower&Dams，2，vol. IV，46-52.

［6］Mayerle，G.，Cazzuffi，D.，Greco，P.，Sarti，L.&Vicari，M.，Usan，G. （2006）.Laboratory and field tests on a ballasted geocomposite filter for the stabilisation of the seabed in the Venice lagoon inlets，Proceedings of the 7th International Conference on Geotextiles，Yokohama，793-796.

（責(zé)任編輯：王艷肖）

An innovative ballasted filteringm attress and underwater laying technology

ZHANG Bai-ying
（Maccaferri（Changsha）Enviro-Tech Co.，LTD，Changsha 410000，China）

An innovative ballasted filteringmattress（BFM）has better integrity.The underwater laying technology is adopted in the construction，which canmarkedly improve the execution safety and efficiency，concurrently avoid problems as cloth sliding，tearing， curling， floating and deviating etc.， reduce the length of overlap joint and improve protection effectiveness and economical efficiency.BFM and underwater laying technology has been large-scale applied in the MOSE projectand has a good effect.

riverbed protection；ballasted filteringmattress（BFM）；underwater laying；MOSE

TV4

B

1672-9900（2017）04-0086-03

2017-07-03

張柏英（1982-），女（漢族），湖南長(zhǎng)沙人，土木工程師，主要從事港口航道工程設(shè)計(jì)工作，（Tel）15873127332。