网兜抛石在河道整治工程中的应用及优势分析

网兜抛石在河道整治工程中的应用及优势分析

朱相丞，陆 凤，刘孟洲，陈 洁

（南京市长江河道管理处，江苏 南京 210011）

摘 要：网兜抛石作为一种新型的施工工艺，目前还很少应用于河道整治工程中。本文以长江南京段新济洲河道整治工程为例，简要介绍网兜抛石的工艺原理、施工关键环节、安全控制措施，并根据实际抛投效果将该工艺与传统水下抛石工艺对比，对其优势进行探究。 关键词：网兜抛石；河道整治；应用优势

中图分类号：U617 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）02-0158-04

近年来，长江河势演变剧烈，崩岸及灾害性洪水频发，因此急需对河道进行系统、全面的治理，以便控制、稳定河势。水下抛石作为河道整治工程中常用的有效措施，广泛应用于各类护岸、护底、镇脚工程，但随着工程施工质量要求的不断提高，施工工艺也需要不断改进、精益求精。网兜抛石因其施工安全性高、质量较容易控制逐步应用于实际工程，在刚刚实施的新济洲河道整治工程中，首次在长江南京段采用该工艺，取得良好的效果。

一、工程概况

新济洲河段位于长江下游南京河段进口段，受到新济洲新生洲中汊封堵工程及河势演变的影响，近年新生洲左汊水流动力减弱，分流比下降。为使新济洲河段向稳定的双分汊河道转化，增强左汊分流比，保障河势稳定，故实施了新济洲河道整治工程。在工程中首次采用网兜抛石工艺，用于软体排压排、新生洲洲头右缘护岸加固。

本工程共计抛石量8.11万m³，计划工期90d，由于受水位条件限制，软体排压排工程在冬季枯水期施工，护岸加固工程在汛期进行。施工区域江面开阔，水流复杂，工程地点位于两省交界处、主航道中间，船舶交通流量较大，且在冬季和汛期特殊时段施工易受大风、雨雪天气影响，施工面临较多困难。因此，选择适应该工程工况条件，具有抗风浪、紊流作业能力强、安全性较好的施工设备及施工工艺成为重中之重。通过经济和技术角度多次比较论证，最终选择浮吊船网兜抛石施工方案。

二、网兜抛石应用 1．网兜抛石施工工艺原理

网兜抛石原理是先将块石放入网兜中打包，再通过石料船运输到施工现场，最后通过浮吊船进行抛石施工。网兜抛石施工流程图如图1所示。

具体原理为：自卸式运料车将石料运输至码头，通过挖掘机将块石装入网兜中，并吊至石料船上。石料船装船完成后运至施工现场，靠泊在浮吊船边，通过浮吊船自身的GPS精确校准船位。之后通过人工配合将石料船上网兜吊绳挂至

收稿日期：2016-12-23

作者简介：朱相丞，男，南京市长江河道管理处助工，研究方向为水利工程施工、管理。

图1 网兜抛石施工流程图

2．施工准备 （1）船机设备选择

根据工艺要求选择300T以上且具备自定位能力的浮吊船，它可以提高施工作业机动性、适应性及灵活性。浮吊船在进行网兜抛石时，抛投位置的调整主要依靠吊机吊臂的旋转、升降和伸缩来完成，根据网格划分，网兜抛出距离为5~8m，因此选用吊臂长12m的浮吊船，以便控制块石抛投质量，保证厚度、均匀度达到设计要求。

（2）网兜制作

考虑网兜实际承重能力，并经码头现场吊装试验，选用PP（聚丙烯）绳索编织网兜，它具有柔韧性好、强度高（网绳断裂强度>1,700daN，吊绳断裂强度>6,030daN）等特点，在网兜装石及抛投过程中，网绳不易被切断，破损率低，且使用寿命长，可降低后期维护费用。网兜制成对角尺寸5.6m*5.6m的正方形，四角连接四根直径24mm吊绳，两

浮吊船吊机的吊钩上（从舱首网兜开始进行挂钩），待工人移至安全位置后，再由专人指挥吊车起吊网兜，通过船上的吊机旋转，将网兜吊至指定的区域沉放，待网兜入水后卸开脱钩，块石随网兜一起落入水中，如此反复操作，直至完成整个网兜抛石的施工。

第2期 朱相丞等：网兜抛石在河道整治工程中的应用及优势分析 159 两相连，长度为4m，网兜中间网绳直径12mm，在框架内编成网目孔径为15cm的网状。

图2 单个网兜示意图（单位：mm）

（3）块石选择

所选块石要求石质坚硬，湿抗压强度大于50MPa，软化系数大于0.7，块石含泥量不得超过1%，比重不小于2.50t/m³，单块重量通常在20~90kg/块，杜绝薄片、条状、尖角等形状的块石及风化石、水解石、碎石等不合格石料，这样才能保证抗水流冲刷性能。

对于块石的粒径也应严格要求，粒径过大，石块间的空隙也会增大，岸坡不能得到很好保护，河床的土粒和沙子经水流冲刷后将会被带走；粒径过小，重量不够，在水流紊乱的情况下，难以准确沉放至预定位置，因此块石粒径通常控制在0.2~0.4m之间，且整体应具有良好级配，不符合设计的不超过5%~10%。对于不合格石料坚决采取扣方或退船处理。

3．施工关键环节

网兜抛石施工工艺与水下抛石类似，但考虑到工程所处的新生洲洲头入口处地形条件复杂，水流流态紊乱，工程实施难度显而易见，因此对于块石装船、浮吊船定位、块石抛投三个环节仍需加强控制。

（1）块石装船

块石装兜前，预先制作块石装兜模具，模具尺寸为2.15m*2.15m*1m，将网兜安放在模具中。运输车到达码头后将块石倒入码头塘口，待挖掘机装石达到3m³后，将块石装入网兜，并在网兜底圆周范围内装叠成圆锥形，再用钢丝索将网兜口边串起，并用吊机吊起扣紧，最后用合金钢丝将网口扎紧，做好网兜的收口工作，以防运输或抛投过程中网兜散开。块石装填完成后，工人将网兜吊绳挂至另一挖掘机挖斗上，并吊至石料船。装船时，舱首预留2m左右距离不装石，方便起吊网兜时工人将网兜挂到吊钩上，块石装船采用错位重叠法，上下两个网兜错位15~25cm，网兜吊环全部向舱首，以保证挂钩时吊环露在石堆外侧，方便人工挂钩。块石装船后通过水路运输至施工现场。

（2）浮吊船定位

块石抛投前必须严格控制浮吊船的抛投位置，抛石位置是否准确，关键就在于定位，定位要求准和稳。定的准要求施工前对施工现场水下地形进行细致勘察，分析水流情况，确定浮吊船位置。精确定位时除了要考虑抛投单元小区的定位坐标，还需考虑抛石提前量，抛石提前量需考虑水流方向、水深和流速等因素。

定的稳要求定位船锚固牢靠，不轻易受水流、风浪、潮汐的影响，

这要求根据抛石区域水流的情况给定位船配备合适的锚缆。在本工程中浮吊船平行于水流布置，采用四锚法定位，分别用四根根斜拉锚固定上、下游锚应成八字形，通过收、放锚缆可灵活控制定位船移动。浮吊船左侧为石料船靠泊侧，右侧为抛石施工侧，石料船平行于定位船布置，从工程范围内依照“先上游后下游， 先深泓后近岸”的原则，逐个小区抛投施工。而针对某些特殊施工区域，例如已铺设软体排的导流坝护底部分，若采用传统锚进行抛锚时会破坏护底结构，因此，需将原锚卸下，采用大混凝土块锚以保护护底结构。

图3 网兜抛石作业平面位置图（第1档位）

图4 抛石档位示意图

（3）块石抛投

由于本工程的抛投范围较大，为保证抛投质量和进度的控制，可将抛投范围划分成若干单元小区，考虑浮吊船覆盖范围、抛石宽度，并根据多年施工经验及抛投试验情况，本工程抛投效果最佳方案为：以30m*10m作为一个单元网格，并根据吊机旋转半径，将一个单元网格划分成若干相同的2.5m*2.5m小格。

抛石施工时，先由块石运输船上的工人将网兜吊环挂至吊机吊钩上（从舱首网兜开始进行挂钩），待工人移至安全位置后，再由专人指挥吊车起吊网兜。为保证抛投准确性，在浮吊船抛区一侧有效吊距内（10m）的甲板上，用红漆做好刻度，每个刻度2.5m，共4个刻度。待石料船靠泊后，浮吊船吊起网兜后旋转到抛区一侧，按照边线刻度依次沉放网兜，待网兜入水后卸开脱钩，块石随网兜一起落入水中，结束后向另一侧移位2.5m继续抛投。为保证每个网格按设计量抛投到位，在抛石后需及时进行水下断面检测，并将抛投情况及验收数量记录在网格上，与设计图对比，对不合格区域进行补抛。

4．安全控制措施 （1）网兜抛石作业安全

1）浮吊船经船检部门检查合格后方可投入使用，航行前应对起重机械（浮吊船钢丝绳、吊具设施等）重点检查，排除设备安全隐患。施工阶段机械要有专人负责维修、保养，并经常对关键部位进行检查，防止故障发生。起重机械的安全保护

160 中 国 水 运 第17卷 装置必须齐全、完整、灵敏可靠，不得任意调整和拆除。

2）石料装船时严禁超载运输，抛石作业中指挥人员要注意观察，防止石料船过分侧倾，必要时增加配重，调整平衡，以防偏载。

3）吊装作业时，工人需戴好安全帽，遵守相关操作规定。起吊作业由专人指挥，起吊前挂钩人员必须保证挂钩牢靠，挂好网兜后及时避让，避免块石坠落引发事故。起重作业时，司机先发信号然后起吊，吊机旋臂内及浮吊悬臂下严禁站人，起吊重物旋转时，速度保证均匀平稳，以免旋转过程中滚落块石砸伤工人。当重物吊离地面20~50cm时停车检查，确认重物挂牢制动性能良好和起重机稳定后继续起吊。

（2）通航安全

本工程由于施工区域位于长江主航道中间，浮吊船长期占用航道，工程所需石料船、交通船在航线上频繁穿梭，因此工程的进行对来往船舶的航行产生一定影响，同时也带来一定安全隐患。为此，施工单位联系航道部门在工程开始前进行了通航安全评估，施工时根据施工作业范围在设计航域方位内设置了多处浮标，并设置警示船只在作业区上下游进行全天通航维护，用高音喇叭提醒过往船只集中注意力，及时避让。夜间保证有足够的照明及信号，值班人员加强瞭望，随时与过往船舶联系，主动避让。针对性的安全措施为船舶、人员安全提供了重要保障，也为工程的顺利进行奠定了基础。

5．抛投效果检测与分析 （1）检测方法与设备

本次检测采用全球定位系统（RTK GPS）配备SONIC2024多波束条带测深系统组成水下测量系统对抛石区进行水下地形扫测，扫测结果全数字化成图，并根据抛石前后生成的水下地形资料进行对比，从而计算出典型断面上工程施工的抛石厚度。

（2）检测结果

工程施工前水下地形多波束测量于2015年12月完成，2016年6月份完成施工后测量。针对抛石区采用多波束测深系统分别在抛前、抛后进行全覆盖扫测。 图5 新生洲洲头左右缘抛石区域多波束水下扫测效果图 本次检测每40m布置一个断面，共抽取166个检测断面，平均增厚率大于70%的断面148个，占所有检测断面比例为89.2%；检测断面上每5m布置一个点，共检测点1,596个，测点增厚率大于75%的测点数为1,354个，占总检测点数的比例为84.8%。图5为抛石区域多波束水下扫测效果图，根据扫测成果可以看出设计网兜抛石区域内水下

地形明显增高，达到设计要求，抛石效果较好。

三、网兜抛石优势分析

传统水下抛石工艺往往是将石料船与定位船系缆连接，挖掘机过档到石料船上进行作业，该方法成本低、危险性大、抛石设备专业性不高，与该工艺相比，本工程中采用的网兜抛石工艺具有以下优势：

1．提升抛投准确度

抛石施工时，由于受到水流冲击影响，块石落水后发生漂移，因此抛投时需考虑漂移距离，漂移距离通过计算及现场抛投试验得出，制成表格以供施工参考，但考虑到单块块石形状质量存在差异，受水流影响产生的漂距也不同，因此在水流湍急、水深较大的河道中抛投散落度较大，块石流失、损耗较多，直接影响施工经济性和施工效果。采用网兜抛石的工艺只需控制单个网兜内块石重量相同即可缩小漂距差异，提升抛投准确度，保证断面成型质量。

2．整体性、柔性好

在以往工程中使用过的合金钢网兜抛石工艺中，块石入水后网兜还需回收，而本工程中采用的网兜抛石无需回收网兜，这样可以真正做到用网兜将块石以小拼大形成整体，既能防止单粒块石被水流冲走，也能共同起防护作用，提升块石整体性。除此之外，考虑PP绳索编织网兜无固定性状，柔韧性较好，只需控制块石填充饱满率不超过70%即可使网兜与河床底部紧密结合，加强对岸线守护效果。

3．块石计量准确

传统抛石工艺中计量通常采用两种方式，一是通过吃水线法，二是通过量测、计算体积，再根据过磅情况确定方量转换吨位系数确定块石数量。而在网兜抛石施工中，我们可以充分利用该工艺的特点，先进行装兜试验确定每一个网兜的装载量，再在网兜装船及抛投时通过数网兜的方式进行计量，这种方式可以更简洁、直观的进行统计，保证块石抛投数量。除此之外，为严格控制块石数量，本工程中还通过在浮吊船的塔吊上连接设置压力传感器的方式精确统计，保证抛投块石数量达标。

4．提高抛石施工作业安全性

挖掘机上船进行抛石作业施工时，由于重心偏高，会导致挖掘机本身及石料船稳定性降低，在过档时重心偏斜，容易导致船舶倾斜或挖掘机落水，特别是在冬季低温雨雪天气下，施工存在较大安全隐患。采用网兜抛石工艺只需通过浮吊船吊机即可完成抛石工作，无需挖掘机等设备，提高了抛石施工作业的安全性。

5．适用性强

由于受水位条件限制，本工程中有一部分工程量是在汛期内完成，从实践效果看，网兜抛石在面临水深、浪大、气候多变的汛期，仍表现出稳定性好，抗风浪能力强等特点，且在面对水流紊乱、水流速度较快等问题的情况下，该工艺块石到位率较高，块石下落时冲击力较小，对于软体排护底破坏较小。这充分证明了它在主汛期仍能适应恶劣的施工条件，对解决长江主汛期应急抛石施工问题起到重要作用。

（下转第163页）

第2期 张 毅等：Sufer在航道工程设计中的应用 163

图9 长江上游三角碛滩段卵石地形三维曲面（实测时间

图8 2003年至2015年东溪口水道冲淤变化图 3．基于sufer软件的冲淤量分析

Surfer提供了网格体积计算功能，可以对三维地形网格文件进行体积计算，计算出特定Z值上部和下部的体积。因此，可以根据前小节生成的冲淤网格文件，计算出两个地形测次时间段内河床演变的冲淤量。Surfer采用同时采用梯形规则、辛普森规则、辛普森３/８规则三种规则进行体积计算，一般采用辛普森３/８规则的体积计算成果，表1为东溪口水道2003年以来河床冲淤量计算成果。

表1 东溪口水道2003年-2015年河床冲淤量计算成果表

时段 2003年-2007年 2007年-2013年 2013年-2014年 2014年-2015年

冲淤量（m） 淤积1,869,062 冲刷2,210,967 冲刷127,993 冲刷96,995

3

2013.9.10上午）

图10 长江上游三角碛滩段卵石地形三维曲面（实测时间

2013.9.10下午）

五、结论

本文将Surfer软件强大的数据绘图功能引入航道工程设计中，以长江东溪口整治工程设计为实例，较为详细的介绍了sufer在航道工程设计中的应用点及具体实现方法。利用Surfer可以快速的绘制河势图、典型断面图、冲淤分析图等，还能进行河床冲淤量的计算，实现水下地形三维可视化展示，很大程度提高了航道工程设计中的绘图速度，对提高工程设计效率有积极的作用。

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四、sufer在航道三维地形可视化方面的应用 Sufer除了可以方便快速地绘制等值线图、剖面图、线框图等平面图形外，还可根据三维数据快速绘制三维立体图形，对图形进行平滑、滤波、微分、积分、傅立叶和谱分析等处理，也能进行趋势面分析、体积和面积计算、坡度分析、坡向分析、剖面曲率、平面曲率和水平曲率分析和剖面计算等三维空间分析。在工程设计中，可视化的三维展示对判断设计的合理性和经济性都有着积极的作用，航道工程设计中可利用sufer进行三维地形的分析，分析水下地形的变化、研究滩险碍航特性。长江上游宜宾至重庆河段河床卵石推移质运动对航道的影响非常大，在研究卵石运动规律过程中，经常使用sufer对水下地形进行三维分析，研究卵石随时间的运动过程。图9、图10为长江上游重庆段三角碛滩段卵石输移带两个测次的三维地形曲面。 （上接第160页）

四、总结

网兜抛石是新济洲河道整治工程中采用的一项新工艺，与传统的抛石方式相比，它具有抛石质量好、机械化程度高、安全操作性好、块石到位率高、抗冲能力强、使用寿命长、后期维护费用少等优点，实际使用效果达到预期目标，在今后类似工程中值得推广应用。

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