混凝土铰链沉排护岸工程水下部分铺设质量检测技术研究与探讨.pdf

第 3 0卷 第 6期 2 0 1 3年 6月 长 江科学 院 院 报 J o u r n a l o f Y a n g t z e Ri v e r S c i e n t i fi c R e s e a r c h I n s ti t u t e V0 1 3 0 No 6 J u n 2 0 1 3 D OI ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 5 4 8 5 2 0 1 3 0 6 0 0 8 混凝土铰链沉排护岸工程水下部分铺设 质量检测技术研究与探讨 赵钢 ， 黄俊友 ， 王冬梅 。 王茂枚 ， 朱大栋 ( 江苏省水利科学研究院， 南京2 1 0 0 1 7 ) 摘要： 近年来 ， 国内在江河护岸工程实践过程中， 创新优化出了预制混凝土铰链沉排护岸的新型结构形式， 在多个 护岸工程中得到成功应用并取得了良好的防洪护岸效果 ， 但由于其水下排体尺寸较小 ， 施工完成后水下部分的铺 设情况很难被准确探测 出来 ， 也为水下部分 的施工质量进行质 量评 定带来 了困难 。在对 目前各种 水下检测 技术进 行充分对比分析的基础上 ， 提出超高分辨率多波束测深技术， 并利用该技术成功地应用于长江武汉段铰链沉排护 岸工程的水下部分施工铺设情况 的勘测 。实践证 明该 技术在定 量检 测预制 混凝 土铰链沉 排工程 水下铺 设质量 方 面具有较大的优势， 并可作为类似工程水下部分质量检测的技术手段。 关键词： 混凝土铰链沉排 ； 多波束； 质量； 检测 中图分类号 ： T V 8 6 1 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 5 4 8 5 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 0 3 1 0 4 1 研究背景 由于崩岸的机理 比较复杂 ， 对不同的河段 ， 应根 据崩岸成因、 现场施工条件 、 堤防运行要求及综合经 济效益等因素综合考虑 ， 选择最优的治理措施。 目 前 ， 崩岸治理的方法和形式很多 ， 如采用抛石护坡 、 木桩 、 钢板桩等垂直护岸方法 ， 在河床 宽阔、 水 流较 缓的地方还可 以修建丁坝 、 顺坝等间断性护岸方法。 近年来 ， 国内在江河护岸工程实践过程中， 创新 优化 出了预制混凝 土铰链 沉排护岸 的新 型结构形 式 ， 其具有护岸整体性好 、 抗淘刷能力强 、 适应河床 变形好 、 施工方便 、 长期社会经济效益显著等优点。 自2 0世纪 8 0年代 中期首次在 国内应用 以后 ， 先后 在湖北武汉天兴洲护岸工程、 安徽铜 马大堤护岸工 程 、 江西长江干堤护岸工程 以及南京 二期河道整治 等多个护岸工程 中得到成功应用并取得 了良好的防 洪 护岸 效果 。 自1 9 8 5年开始 ， 建设单位在总结 昆 凝土铰链沉 排施工经验的基础上， 陆续提出了一些较为全面的沉 排检验项 目和检验标准 ， 但到 目前为止 ， 国家、 水利行 业和各地均没有一个统一的混凝土铰链沉排新型护 岸形式质量验收标准。当前 ， 用于水下工程检测的较 为常用的技术有单波束测深技术和潜水员水下探摸 技术等 ， 受限于水下检测手段 ， 对工程完成后水下部 分施工铺设质量尤其缺乏有效的检测方法进行质量 评定 。而随着科技 的进步和现代电子信号处理技术 的发展， 多波束全覆盖扫床技术、 侧扫声纳技术、 水下 摄像技术等水下检测应用也逐渐成熟起来了。本文 在对 目前各种水下检测技术进行充分对比分析的基 础上 ， 提出超高分辨率多波束测深技术 ， 并将该技术 成功地应用于长江武汉段铰链沉排护岸工程的水下 部分施工铺设情况的勘测。 2 预 制混凝土铰链沉排 预制混凝土铰链沉排由系排梁、 预制砼板铰链排 和岸上干砌块石护坡 3部分组成。预制混凝土板尺 寸通常为 5 0 e m 8 0 c m 8 c m。其结构布置见图 1 。 预制混凝土铰链沉排施工工艺 由拼排 、 拉排 、 排 首倒拉上岸就位、 沉排 、 止排 、 排尾下沉等几部分组 成 引。 ( 1 )拼排 ： 在铺好 的特制滑道上 ， 根据拼 、 运排 船 宽度 ， 进行 拼装 排体 。 ( 2 )拉排 ： 拉排 、 连排须均匀 、 缓慢 、 协调进行 。 当上一层单元排体的尾 端落至沉排工作平台上时 ， 将上层单元排体尾端 与下层单元排体首端连接好 ， 继续拉排 。 ( 3 )排首倒拉上岸、 就位 ： 当排首拉到沉排工作 平台前沿 ， 靠近圆弧滑板处时， 将排首梁改与岸上地 锚精车组相连 ， 倒拉排首。当排首拉至系排梁位置 或陆铺排尾部时 ， 用 u形连接件连接排首和系排梁。 收稿 日期 ： 2 0 1 20 41 2； 修 回日期 ： 2 0 1 2 0 53 1 作者简介： 赵钢( 1 9 7 5 一) ， 男， 湖南株洲人， 硕士， 主要从事水下测绘研究， ( 电话)1 8 9 3 6 0 0 6 5 9 0 ( 电子信箱) z g a e s i n a c o rn e n 。 3 2 长江科学院院报 2 0 1 3丘 拗 圈 系 排 粱 图 1 预 制混凝土铰链沉排结构布置图 Fi g 1 Ske t c h o f t he l ay ou t o f pr e c a s t c on c r e t e s l a bs c o nne c t e d wi t h hi ng e s ( 4 )沉排 、 止排 ： 排首上岸就位锁定后 ， 即可进 行沉 排施 工 。 ( 5 )排尾下沉 ： 当最后一个单元排体拉至沉排 工作平台后 ， 按沉排步序继续沉排 ， 直至排尾沉至江 底落床 ， 在平 台上抽掉特制卸扣插销 ， 取起排尾梁 ， 完成一块排体的沉放工作。 预制混凝土板铰链沉排是一种新型柔性的平顺 护岸形式 ， 它将预制混凝土板用铰链连接成排体与其 下的土工布共同抗冲反滤， 具有整体性好 、 适应河床 变形能力强、 经济实用的特点。其现场布置见图2 。 图 2 预 制混凝土铰链沉排现场布置图 Fi g 2 Ph ot o of i n- s i t u pr e c as t c on c r e t e s l a bs c on ne c t e d wi t h hi ng e s 3 水下施工铺设质量检测项 目 虽然到 目前为止， 国家、 水利行业均没有出台一 个统一的混凝土铰链沉排新型护岸形式质量验收标 准 ， 但 自1 9 8 5年开始 ， 交通部第二航务工程局 、 南京 市长江河道管理处等建设单位在总结多年混凝土铰 链沉排施工经验的基础上 ， 开展了一系列相关研究 ， 结合沉排施工工艺和沉排质量控制要求 ， 提出了一 些较为全面的沉排检验项 目和检验标准。 预制混凝 土板 的尺寸 、 搭接情况 以及混凝 土强 度等指标可以在岸上方便地进行检测 ， 并且相应 检 测技术 比较成熟 ， 而沉排水下施工的铺设质量 ， 直接 影响到整个工程的防洪护岸效果 ， 因此对混凝土铰 链沉排水下部分的施工铺设质量进行质量评定显得 至关重要。结合混凝 土铰链沉排护岸 工程实际情 况 ， 在归纳总结 以往提 出的 昆 凝 土铰链沉排护岸工 程的沉排检验项 目和检验标准基础上 ， 提 出以下对 混凝土铰链沉排工程整体运行效果影响较大的水下 检测项 目， 作为铺设质量评定指标 。 ( 1 )排体宽度 ： 每个护岸工程根据 自身的工程 实际， 为了达到较好的护岸效果 ， 设计一定的护岸宽 度 ， 因此排体宽度是水下部分质量评定 的一个重要 检测指标 。 ( 2 )排体长度 ： 排体长度一般是根据 护岸整体 稳定性分析需要防护的等高线确定排体设计长度 ， 因此排体长度也是水下部分质量评定的一个重要的 检测指标 。 ( 3 )相邻排体 的搭接宽度 ： 为了确保工程能够 发挥整体 防洪护岸 的效果 ， 在设计时相邻排体 的搭 接方式一般采用从上游至下游盖瓦式搭接 ， 确保相 邻排体有一定的搭接宽度。 ( 4 )水下排体的均匀覆盖程度 ： 在防护区域一 般采用相邻排体 的盖瓦式搭接 ， 确保排体全覆盖防 护区域 ， 起到工程整体防洪护岸效果。但在排体沉 放施工过程中， 由于水下地形坡面凹凸不平或存在 尖锐障碍物以及水流的作用 ， 会出现排体的破损 、 叠 排 、 拱起和翻转等现象 ， 造成排体不能全覆盖防护区 域 ， 影响工程的整体运行效果 。 4 检测技术 目前 ， 用于水下工程检测的主要技术有单波束 测深技术 、 多波束全覆盖扫床技术 、 侧扫声纳技术 、 水下摄像技术以及潜水员水下探摸技术等。下面结 合预制混凝土铰链沉排施工工艺和工程特点 ， 对各 种检测技术的适用性和可行性进行分析和探讨 。 4 1 单波束测深技术 采用 G P S实时动态 ( R T K) 技术测量平 面和单 波束 回声测深仪测量水深的方法 ， 组成单波束测深 系统 ， 这种技术主要是通过铺排前 、 后水下地形的变 化进行对 比检测。由于排体是 由预制混凝土板通过 铰链连成整体 ， 预制混凝 土板厚度一般在 1 0 c m左 右 ， 排体在施工过程 中， 会对水下表层的软泥进行挤 压 ， 使得被挤压出来 的表层淤泥被水流冲走 ， 造成排 长 江科学 院院报 扫声纳不能进行声速和潮汐等改正 ， 因此侧扫声纳 探测出的水下 目标物 的定位精度会存 在较大 的误 差 ， 有时甚至会达到十几米 。由于该技术对探测 目 标定位精度上存在较大误差 ， 因此不大适合对预制 混凝土铰链 沉排 工程排体长度和宽度进 行定量检 测 ， 但可 以作为其他检测技术的一种补充和验证 。 4 4水下摄像及潜水员水下探摸技术 水下摄像技术和潜水员水下探摸技术受工况条 件限制比较大 ， 水下摄像技术对水的清晰度要求非 常高 ， 较浑浊的条件会影响水下摄像的视野甚 至根 本无法获得水下影像 ， 潜水员水下探摸技术受 水的 流速和深度影响较大 ， 这两种技术的工作效率低 ， 而 且无法定位和获得大面积水下 目标物 的尺寸数据 ， 因此不适合预制混凝土铰链沉排工程排体长度和宽 度的定量检测 ， 但可以作 为其他检测技术对局部关 键部位检 贝 0 的一种补充和验证。 5结论和建议 ( 1 )预制混凝土铰链沉排 由预制混凝土板拼接 而成 ， 其尺寸通常为 5 0 c m x 8 0 c m8 c m， 由于其尺 寸较小 ， 施工完成后水下部分很难被准确探测出来 ， 为水下部分的施工铺设质量进行质量评定带来 了困 难 。 ( 2 )混凝土铰链沉排的排体宽度 、 长度 、 相邻排 体的搭接宽度和水下排体的均匀覆盖程度等指标关 系到施工质量和工程完成后整体的运行效果。 ( 3 )在对 目前各种水下检测技术进行充分对比 分析的基础上 ， 提出多波束全覆盖扫床技术 由于具 有全覆盖、 高精度和高分辨率的特性 ， 能精确反映河 床的细微变化 ， 在定量检测预制混凝土铰链沉排工 程铺设质量方面具有较大的优势 ， 可作为类似工程 的一种质量检测的技术手段。 ( 4 )工程施工完成后 ， 工程水下部分 区域 的水 下地形会发生较大变化 ， 排体极易沉入河底 ， 被淤泥 覆盖 ， 而多波束全覆盖扫床技术 主要是对河底排体 表面进行扫测 ， 如被泥沙覆盖后 ， 则无法检测泥沙下 面排体的实际铺设情况 ， 因此建议工程完工后 ， 应立 即开展水下部分施工铺设质量检测 ， 否则会影 响该 技术的检测效果。 参考文献 ： 1 陈辉， 吴杰 ， 赵钢 ， 等 多波束测深系统在长江 沉排护岸工程运行状况监测中的应用 J 长江科学 院院报， 2 0 0 9， 2 6 ( 7 ) ：1 4一l 6 ( C HE N H u i ，wu J i e ， ZHAO Ga n g， e t a1 App l i c a t i o n o f Mu l t i b e a m Ec ho So u n de r i n Mo n i t o r i n g Ru nn i ng Co nd i t i o ns o f P r e c a s t Co n c r e t e Sl a b Co nn e c t e d wi t h Hi ng e s t o Pr o t e c t Ya n g t z e Ri v e r E mb a n k me n t I J 1 J o u r n al o f Ya n gtz e R i v e r S c i e n t i fi c Re s e a r c h I n s t i t u t e ， 2 0 0 9 ， 2 6 ( 7 ) ：1 41 6 ( i n C h i n e s e ) ) 2 李涛章，叶松， 廖小元， 等铰链混凝土板沉排新技 术与施工实践 J 人民长江， 2 0 0 2， 3 3 ( 8 ) ： 2 62 9 ( L I T a o z h a n g ，Y E S o n g ，L I A O X i a o y u a n ，e t a 1 T h e Ne w Te c h no l o g y o f P r e c a s t Co nc r e t e S l a b Co nn e c t e d wi t h H i n g e s a n d P r a c t i c e J Y a n g t z e R i v e r ， 2 0 0 2 ，3 3 ( 8 ) ： 2 6 2 9 ( i n C h i n e s e ) ) 3 李成刚， 王伟伟 ， 阎军 传统多波束系统与具有相干 特点的 多波 束 系统 的研 究 J 海洋 测 绘， 2 0 0 7 ， 2 7 ( 2 ) ： 7 78 0 ( L I C h e n g g a n g ， WA N G We i w e i ， Y A N J u n S t u d y o n T r a d i t i o n a l Mu l t i b e a m a n d I n t e r f e r o me t r i c Mu l t i b e a m J H y d r o g r a p h i c S u r v e y i n g a n d C h a i n g ， 2 0 0 7， 2 7 ( 2) ： 7 78 0 ( i n C h i n e s e ) ( 编辑 ： 曾小汉 ) T e c h n i q u e o f Qu a l i t y I n s p e c t i o n f o r t h e U n d e r w a t e r P r e c a s t Co n c r e t e S l a b s Co n ne c t e d wi t h Hi ng e s Z HAO Ga n g，HUANG J u n y o u，W A NG D o n g - me i ，WANG Ma o me i ，Z HU Da d o n g ( J i a n g s u H y d r a u l i c R e s e a r c h I n s t i t u t e ， N a n j i n g 2 1 0 0 1 7， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e p r e c a s t c o n c r e t e s l a b c o n n e c t e d wi t h h i n g e s i s a n e w s t r u c t u r e o f e mb a n k me n t p r o t e c t i o n，a n d ha s b e e n s u c c e s s f u l l y a p p l i e d t o s o me e m b a n k me n t p r o t e c t i o n p r o j e c t s H o w e v e r ， s i n c e t h e s i z e o f u n d e r w a t e r s l a b i s v e r y s ma l l ，t h e u n d e rw a t e r l a y o u t o f c o n c r e t e s l a b i s d i f f i c ul t t o b e d e t e c t e d，wh i c h b rin g s a b o u t d i ffic u l t y t o t h e a p pr a i s a l o f u n d e rw a t e r c o n s t ruc t i o n q u a l i t y Th r o u g h a n a l y z i n g a n d c o mp a rin g v a rio u s u n d e rw a t e r i n s p e c t i o n t e c h n i qu e s，we p r e s e n t t h e mu l t i - b e a m e c ho s o u nd i ng wi t h u l t r a h i g h r e s o l u t i o n wh i c h i s a p p l i e d t o t h e i n v e s t i g a t i o n o f e mb a nk me n t p r o t e c t i o n wi t h h i n g e c o n ne c t e d c o n c r e t e s l a b s i n Wuh a n s e g me n t o f Ya ng t z e Ri v e r Th i s t e c h n i q u e i s p r o v e d t o b e a d v a n t a g e o us i n t he i n s p e c t i o n o f u n d e rw a t e r pr e c a s t c o n c r e t e s l a b s c o n n e c t e d wi t h h i n g e s，a n d c o u l d a l s o b e a p pl i e d t o s i mi l a r u nd e rw a t e r e ng i n e e r i ng Ke y wor d s： p r e c a s t c o n c r e t e s l a b c o n n e c t e d wi t h h i n g e s ；mu l t i be a m e c h o s o un d i n g；q u a l i t y；i ns p e c t i o n