水下土工布鋪設(shè)方法
【專利摘要】水下土工布鋪設(shè)方法，屬于海岸工程建筑施工技術(shù)。包括勘測地質(zhì)地貌和水文氣象狀況，規(guī)劃確定鋪設(shè)位置，GPS定位、智能控制、基面清障、誤差修正、土工布拼接裝船、砂包就位、放下滾桶，固定錨位，移船鋪展、壓包拋石，拋填碎石。一套鋪設(shè)作業(yè)方法，施工工藝流程，安全質(zhì)量保障體系，較好的解決了水下土工布的鋪設(shè)的難題，有效防止了土工布的浮動飄移，使土工布鋪設(shè)平順而不起皺。能保障在水深2～20m、流速0～3m/s、潮差≤9m、風(fēng)力≤7級、浪≤2級的環(huán)境中穩(wěn)定施工，全天候正常作業(yè)。而且具有定位準(zhǔn)，誤差小，質(zhì)量好，造價低，效率高的特點(diǎn)。
【專利說明】水下土工布鋪設(shè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土工布水下鋪設(shè)方法，屬于海岸工程建筑施工技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國海岸線曲折、漫長，是世界上海岸線最長、灘涂面積最大的國家之一。大陸岸線和島嶼岸線總記32000km。其中大陸岸線，北起鴨綠江口，南至北侖河口，全長18000km。我國現(xiàn)有灘涂面積約217X104km2。大陸海岸帶面積達(dá)到35X 104km2，其中潮上帶面積約10父10\!112，灘涂2\10\1112，0~5111等深線區(qū)域2.7X 104km2，其余為5m等深線以下海域。海岸帶的資源環(huán)境是沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，對整個沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著巨大的支撐作用。自20世紀(jì)70年代末期以來，中國海岸帶地區(qū)以成為改革開放的前沿，被喻為“黃金地帶”。
[0003]我國沿海人口稠密，土地面積少，為保障耕地面積總量平衡和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，通過圍海造地以擴(kuò)大土地面積已成為行之有效的手段。圍墾灘涂是擴(kuò)大耕地面積的有效途徑。千百年來，沿海各地人民堅(jiān)持與海奮斗，前赴后繼圍海筑堤，變滄海為桑田。我國圍海之地達(dá)十多萬平方公里，約為荷蘭國土。隨著圍海造地工程長期開展，沿海各省份高灘資源已極少，圍墾方向已向低灘區(qū)域發(fā)展。但外海低灘區(qū)域普遍處在強(qiáng)流速、大風(fēng)浪和高水深的水域，圍墾區(qū)域直接受外海波浪的侵襲，所圍區(qū)域標(biāo)高普遍在平均低潮位以下，這給圍墾工程的實(shí)施帶來一系列技術(shù)難題。
[0004]土工布，又稱土工織物，它是由合成纖維通過針刺或編織而成的透水性土工合成材料。土工布具有優(yōu)秀的過濾、排水、隔離、加筋、防滲、防護(hù)作用，具有重量輕、抗拉強(qiáng)度高、滲透性好、耐高溫、抗冷凍、耐老化、耐腐蝕?？蓮V泛應(yīng)用于鐵路、公路、港口航道、堤壩、水工建筑、隧洞、沿海灘途、圍墾、環(huán)保等工程。在軟基海堤工程中，土工布能夠有效地隔離不同物理性質(zhì)的材料,使兩種或多種材料間不混雜,保持材料的整體結(jié)構(gòu)和功能；有效地將集中應(yīng)力擴(kuò)散、傳遞或分解，降低地基不均勻沉降；有效地增加土體的抗拉強(qiáng)度和抗變能力，增強(qiáng)地基抗剪切破壞，因此，土工布在海岸軟基處理中得以廣泛應(yīng)用。隨著海洋事業(yè)的迅速發(fā)展，海岸工程已由淺水向深水方向發(fā)展。它的施工也由陸上向淺水，更向深水過渡。所以水下土工布鋪設(shè)工藝及設(shè)備已逐漸受到人們的關(guān)注。近幾年來，該技術(shù)被應(yīng)用于深水軟基處理中。深水區(qū)乃至深海區(qū)土工布鋪設(shè)不能采用常規(guī)的人工鋪設(shè)施工方法，而是需要專用的設(shè)備和施工技術(shù)，這就不僅要解決深海復(fù)雜工況對施工船體安全作業(yè)的影響，而且要解決深水復(fù)雜水文條件對施工效率和質(zhì)量的影響。
[0005]水下土工布鋪設(shè)存在以下特 點(diǎn):1)水深流急:水下土工布鋪設(shè)風(fēng)浪大、水流急且紊亂，不僅要防止風(fēng)浪對船體穩(wěn)定、鋪設(shè)精度的不利影響，而且要防止紊亂水流對土工布的不利影響，水深在10米以上，流速在2~3/秒左右，自然條件比較惡劣。2)地質(zhì)情況復(fù)雜:由于不同的工程有不同的地質(zhì)情況，在同一工程中水下地形也有高低不平，有時還有水下障礙物，這些都是對深水土工布鋪設(shè)設(shè)備提出了很高的要求。3)浮態(tài)定位要求高:由于是深水鋪設(shè)土工布，放樣定位一般情況下也不能采用常規(guī)的辦法，對整個鋪設(shè)過程必須采用浮態(tài)定位。4)設(shè)備性能要求高:設(shè)備的性能要滿足水下作業(yè)的要求，要保證鋪設(shè)工藝能很好的實(shí)現(xiàn)，并具有一定的抗風(fēng)浪等級，以保證作業(yè)人員的安全和鋪設(shè)質(zhì)量。
[0006]上述不利影響構(gòu)成相當(dāng)大的技術(shù)難題。以往在船體甲板上直接向水中攤鋪的方法，很容易造成土工布被漂浮和折疊的現(xiàn)象，有時還被水沖走造成損失。無法滿足水下施工安全和質(zhì)量的要求，沒有先進(jìn)可靠的方法，一直是海岸工程中迫切需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)水下土工布的順利鋪設(shè)，發(fā)明一種水下土工布鋪設(shè)方法。
[0008]本發(fā)明技術(shù)包括一套鋪設(shè)作業(yè)方法，施工工藝流程，安全質(zhì)量保障體系。其特征是:
[0009]第一步:測得作業(yè)地點(diǎn)現(xiàn)場水深、流速、流向、風(fēng)力、風(fēng)向、潮差、浪級、基面平整情況，把鋪設(shè)船拖至鋪設(shè)現(xiàn)場，開啟定位儀和工控電腦，根據(jù)勘測狀況輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，規(guī)劃鋪設(shè)位置，確定鋪設(shè)線路；
[0010]第二步:在鋪設(shè)船的四角方向拋下四個錨，用GPS定位儀確定位置，用錨機(jī)移動鋪設(shè)船定位于鋪設(shè)位置上，清除鋪設(shè)涂面上的障礙物，放下滾筒移動鋪設(shè)船進(jìn)行模擬鋪設(shè)，據(jù)實(shí)進(jìn)行誤差修正和數(shù)據(jù)調(diào)整；
[0011]第三步:將縫制拼接好的土工布卷繞在滾筒上，并在土工布的外端頭上連接一根圓管和至少2個錨鉤，將土工布滾筒吊至鋪設(shè)船一邊的臂架上，并且將鎮(zhèn)壓土工布的砂石包堆放在鋪設(shè)船的另一邊上；
[0012]第四步:把鋪設(shè)船移出第一個鋪設(shè)位置開端外的1-2個船位上，放下滾筒至涂面，扎下錨鉤，移動鋪設(shè)船，在鋪設(shè)船的另一邊投放砂石包，實(shí)施鋪設(shè)；
[0013]第五步:第一個鋪設(shè)位置完成后，提升滾筒，移動鋪設(shè)船至第二個鋪設(shè)位置上，按照上述第三步第四步的步驟，進(jìn)行下一幅土工布的鋪設(shè)；
[0014]第六步:在鋪設(shè)船移動至第三個鋪設(shè)位置時，在第一個鋪設(shè)位置上拋填粒徑小于15厘米的砂石料，依次類推，多次重復(fù)，直到整個設(shè)計(jì)面鋪設(shè)完成。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0016]1.由于采用專用土工布鋪設(shè)船和一套鋪設(shè)作業(yè)方法進(jìn)行鋪設(shè)，機(jī)械化、自動化程度高，抗風(fēng)浪能力強(qiáng)，有效施工時間長?？梢栽诓皇軡q潮落潮的影響條件下全天候施工，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。
[0017]2.由于采用GPS定位儀和智能控制施工工藝，在工控電腦屏幕上實(shí)時顯示鋪設(shè)船的位置，并且在鋪設(shè)前進(jìn)行模擬鋪設(shè)，據(jù)實(shí)進(jìn)行誤差修正和數(shù)據(jù)調(diào)整。所以定位精度高，誤差小。
[0018]3.由于土工布的外端頭上安裝一根圓管和至少2個錨鉤，實(shí)施鋪設(shè)時，一邊移動鋪設(shè)船，一邊投放砂包。隨后用對開駁拋填粒徑小于15厘米的碎石料。安全質(zhì)量保障體系。有效防止了土工布的浮動飄移，使土工布鋪設(shè)平順而不起皺，保障了鋪設(shè)的質(zhì)量。
[0019]4.由于采用一套安全質(zhì)量保障體系，保障了土工布鋪設(shè)的質(zhì)量和作業(yè)人員的安全。
[0020]本發(fā)明較好的解決了水下土工布的鋪設(shè)的難題，制造出了適宜的鋪設(shè)設(shè)備，一套較為有效的深水土工布鋪設(shè)工藝。能保障在水深2?20m、流速0?3m/s、潮差< 9m、風(fēng)力(7級、浪< 2級的環(huán)境中穩(wěn)定施工，全天候正常作業(yè)。而且具有定位準(zhǔn)，誤差小，質(zhì)量好，造價低，效率高的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為土工布鋪設(shè)船布置圖，圖2為工作狀態(tài)圖，圖3為GPS定位系統(tǒng)圖，圖4為工控電腦屏幕上的工作狀態(tài)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0023]實(shí)施例:采用沉底滾筒在水底展開攤鋪的辦法，進(jìn)行水下土工布鋪設(shè)。包括勘測地質(zhì)地貌和水文氣象狀況，規(guī)劃確定鋪設(shè)位置，GPS定位、智能控制、基面清障、誤差修正、土工布拼接裝船、砂包就位、放下滾桶，固定錨位，移船鋪展、壓包拋石，拋填碎石。
[0024]所述的土工布鋪設(shè)船如圖1圖2所示，包括懸臂⑴、土工布⑵、操縱室(3)、滾筒
(4)、吊索(5)、纜柱(6)、錨機(jī)(7)、卷揚(yáng)機(jī)(8)、堆料箱(9)、砂石包(10)、吊機(jī)(11)、GPS接收機(jī)(12)、錨纜(13)、錨鉤(14)、鋼管(15)、涂面(16)、船體(17)。
[0025]所述的船體(17)是水上的支承載體，又是工作平臺，是為整個鋪設(shè)過程提供基礎(chǔ)保證，并且具有一定的抗風(fēng)浪能力。鋪設(shè)船參數(shù)為:總長50米，總寬9.3米，型深2.1米，重截排水量781噸。船體(17)在四角設(shè)有4臺8噸錨機(jī)(7)，以錨纜(13)沿著纜柱(6)的收放實(shí)現(xiàn)船體(17)的定位和移動。錨機(jī)(7)受控于智能控制系統(tǒng)。船的頭尾各設(shè)一臺GPS接收機(jī)(12)。
[0026]船體(17)的邊沿設(shè)有兩個懸臂(1)，懸臂⑴相連的吊索(5)連接滾筒⑷并受控于卷揚(yáng)機(jī)(8)，滾筒(4)上卷著待鋪設(shè)的土工布(2)。滾筒(4)長28米，要有一定的重量，具有抗彎曲強(qiáng)度和同軸度要求；吊索(5)是起落滾筒(4)的牽引索具，采用鋼絲繩，具有足夠的抗拉強(qiáng)度。懸臂(I)為滾筒(4)的起落支承體，承重全部滾筒構(gòu)件的總質(zhì)量。卷揚(yáng)機(jī)
(8)為滾筒(4)的升、放裝置，在鋪設(shè)時用以適時調(diào)節(jié)滾筒(4)的深度，以防止?jié)L筒(4)過分的壓緊泥涂面，使土工布滾筒(4)因阻力太大而滾動困難，造成土工布不能連續(xù)張開。在兩則的設(shè)有自鎖阻尼裝置，防止土工布在水流運(yùn)動下滾筒(4)自轉(zhuǎn)，只有在鋪設(shè)船移動時才會解鎖同步轉(zhuǎn)動。
[0027]所述的土工布鋪設(shè)船定位系統(tǒng)如圖3所示。在靠近施工區(qū)海岸線邊沿的岸域的已知座標(biāo)點(diǎn)上，設(shè)立一個固定的GPS固定臺為基準(zhǔn)站(A)。衛(wèi)星信號被岸上GPS天線(19)、岸上GPS接收機(jī)(18)接收后，輸入岸上數(shù)傳電臺(22)，然后由功放器(21)放大經(jīng)岸上通訊天線(20)發(fā)送給移動站。基準(zhǔn)站設(shè)置信號的覆蓋半徑為15KM。如圖3A所示。移動站(B)是在水域中的施工船(2)上設(shè)立的采集衛(wèi)星信號點(diǎn)，由GPS船尾移動臺和GPS船頭移動臺兩個衛(wèi)星信號接收點(diǎn)，還有接收電臺(31)測深儀(29)、測深儀探頭(30)、工控電腦(23)組成。如圖3B所示。
[0028]以載波相位實(shí)時差分定位原理，基準(zhǔn)站(A)與移動站(B)的三臺GPS接收機(jī)同時接收到的來自衛(wèi)星的信號，基準(zhǔn)站(A)接收到的衛(wèi)星信號經(jīng)基準(zhǔn)站的數(shù)傳電臺和功放器產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)給移動站(B)。移動站(B)的接收電臺(31)接收到基準(zhǔn)站(A)的數(shù)據(jù)輸入工控電腦(23)。工控電腦(23)進(jìn)行解算將基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)與已知點(diǎn)的數(shù)據(jù)相比較得出誤差，再把該實(shí)時誤差值用以消除未知點(diǎn)的誤差，有效的削弱衛(wèi)星鐘差、星歷誤差、電離層對流層和SA政策對信號的影響，從而提高了定位精度，能準(zhǔn)確確定船舶的行走軌跡和船舶姿態(tài)，定位精度為±10厘米。而且可以不分白天和黑夜實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)。
[0029]操縱室(3)和吊機(jī)位于浮體的中間，吊機(jī)(11)臂長7.6米。用于從碼頭及其他船只上裝卸土工布和砂石包。操縱室(3)用于集中控制各吊機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)和錨機(jī)，內(nèi)置中央集控電腦、GPS定位儀、智能控制系統(tǒng)、張拉式剎閘裝置、發(fā)電設(shè)備、生活設(shè)施等。
[0030]作業(yè)時，把鋪設(shè)船(17)拖至鋪設(shè)作業(yè)地點(diǎn)，在鋪設(shè)船(17)的四角方向拋下四個錨，四角的定位錨機(jī)(7)受控于定位裝置；測得輸入現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)，工控電腦(23)定位系統(tǒng)開始工作，多個衛(wèi)星信號經(jīng)船頭GPS天線(25)、船頭GPS接收機(jī)(24)，經(jīng)船尾GPS天線
(27)、船尾GPS接收機(jī)(28)進(jìn)入工控電腦(23);同時移動站通訊天線(26)接收到的基準(zhǔn)站(A)信號由接收電臺(31)輸入工控電腦(23);工控電腦(23)對各種信號進(jìn)行解算，并采用一套工作軟件適時控制四個錨纜(13)的收放，調(diào)整船舶正確的位置。在電腦上按設(shè)計(jì)坐標(biāo)設(shè)定好所需鋪設(shè)土工布的施工區(qū)域，在作業(yè)過程中屏幕上顯示壓載區(qū)(36)、已鋪設(shè)區(qū)(32)、正在鋪設(shè)區(qū)(33)、未鋪設(shè)區(qū)(34)和交疊區(qū)(35)，如圖4所示。根據(jù)每幅土工布的實(shí)際尺寸和施工區(qū)域布置平面劃分每幅土工布的單元格平面施工圖，通過計(jì)算機(jī)屏幕顯示船體設(shè)定的鋪設(shè)區(qū)單元格的位置姿態(tài)，再用4臺錨機(jī)(7)進(jìn)行船體移動船位，使船體定位邊線和設(shè)定單元格鋪設(shè)區(qū)起始邊線重合，說明船體已定位準(zhǔn)確即可進(jìn)行試鋪設(shè)作業(yè)。
[0031]發(fā)出放下滾筒指令，智能系統(tǒng)控制卷揚(yáng)機(jī)⑶在放下滾筒⑷至涂面(16)，移動鋪設(shè)船進(jìn)行模擬鋪設(shè)，同時測深儀(29)的探頭(30)對鋪設(shè)基面進(jìn)行掃描，清除障礙物，根據(jù)模擬鋪設(shè)測得的實(shí)際數(shù)據(jù)，進(jìn)行誤差修正和數(shù)據(jù)調(diào)整。
[0032]所述的土工布拼接，是在陸地上將單幅寬度在4-5米的土工布進(jìn)行縫制，拼接成寬度在25±0.5米，然后將其卷繞在滾筒(4)上，邊縫制邊卷繞，以防工布在卷繞過程中的彎曲折疊；按設(shè)計(jì)長度剪斷，并在土工布的外端頭上安裝一根直徑為90厘米的鋼管(15)和4個錨鉤(14)。
[0033]所述的砂石包(10)是用砂或粒徑小于5厘米的碎石裝入布袋后封口而成，每袋重量20?40公斤。在交疊區(qū)(35)采用水下土工布鋪設(shè)專用的釘子砂石包。起到鎮(zhèn)壓土工布的作用，防止了 土工布的浮動飄移，使土工布鋪設(shè)平順而不起皺
[0034]所述的裝船是用輔助船將土工布滾筒(4)和碎石包(10)運(yùn)至鋪設(shè)船邊。用吊機(jī)
(11)將土工布滾筒(4)吊至鋪設(shè)船上，安裝在懸臂(I)上。并且將鎮(zhèn)壓土工布的砂石包
(10)一起裝入鋪設(shè)船另一側(cè)的堆料箱(9)上。
[0035]首先把鋪設(shè)船移出鋪設(shè)位置開端外的I個船位上，定位準(zhǔn)確后，放下滾筒(4)至涂面(16);其次把土工布(2) —端的錨鉤(14)扎進(jìn)泥涂，接著發(fā)出鋪設(shè)指令，前兩錨纜(13)收緊，后兩錨纜(13)放松，船體(17)沿著定位邊線移動，土工布(2)在涂面上(16)鋪展開；然后砂石包(10)放下，均勻壓在土工布(11)上。前一個鋪設(shè)位置完成后，提升滾筒(4)，把鋪設(shè)船移動至后一個鋪設(shè)位置，進(jìn)行下一幅土工布的鋪設(shè)，兩幅土工布在交疊區(qū)(35)的搭接寬度為60±15厘米。在鋪設(shè)船移動至再后個鋪設(shè)位置時，用對開駁在前一個鋪設(shè)位置上拋填粒徑小于15厘米的碎石料，如此循環(huán)往復(fù)，完成水下土工布鋪設(shè)。
【權(quán)利要求】
1.水下土工布鋪設(shè)方法，其特征是: 第一步:測得作業(yè)地點(diǎn)現(xiàn)場水深、流速、流向、風(fēng)力、風(fēng)向、潮差、浪級、基面平整情況，把鋪設(shè)船拖至鋪設(shè)現(xiàn)場，開啟定位儀和工控電腦，根據(jù)勘測狀況輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，規(guī)劃鋪設(shè)位置，確定鋪設(shè)線路； 第二步:在鋪設(shè)船的四角方向拋下四個錨，用GPS定位儀確定位置，用錨機(jī)移動鋪設(shè)船定位于鋪設(shè)位置上，清除鋪設(shè)涂面上的障礙物，放下滾筒移動鋪設(shè)船進(jìn)行模擬鋪設(shè)，據(jù)實(shí)進(jìn)行誤差修正和數(shù)據(jù)調(diào)整； 第三步:將縫制拼接好的土工布卷繞在滾筒上，并在土工布的外端頭上連接一根圓管和至少2個錨鉤，將土工布滾筒吊至鋪設(shè)船一邊的臂架上，并且將鎮(zhèn)壓土工布的砂石包堆放在鋪設(shè)船的另一邊上； 第四步:把鋪設(shè)船移出第一個鋪設(shè)位置開端外的1-2個船位上，放下滾筒至涂面，扎下錨鉤，移動鋪設(shè)船，在鋪設(shè)船的另一邊投放砂石包，實(shí)施鋪設(shè)； 第五步:第一個鋪設(shè)位置完成后，提升滾筒，移動鋪設(shè)船至第二個鋪設(shè)位置上，按照上述第三步第四步的步驟，進(jìn)行下一幅土工布的鋪設(shè)； 第六步:在鋪設(shè)船移動至第三個鋪設(shè)位置時，在第一個鋪設(shè)位置上拋填粒徑小于15厘米的砂石料，依次類推，多次重復(fù)，直到整個設(shè)計(jì)面鋪設(shè)完成。
2.如權(quán)利要求1所述的水下土工布鋪設(shè)方法，其特征是:在陸地上將單幅寬度在4-5米的土工布進(jìn)行縫制，拼接成寬度在25±0.5米，然后將其卷繞在滾筒(4)上，邊縫制邊卷繞，以防工布在卷繞過程中的彎曲折疊；按設(shè)計(jì)長度剪斷，并在土工布的外端頭上安裝一根直徑為90厘米的鋼管(15)和4個錨鉤(14)。
3.如權(quán)利要求1所述的水下土工布鋪設(shè)方法，其特征是:砂石包(10)是用砂或粒徑小于5厘米的碎石裝入布袋后封口而成，每袋重量20?40公斤。
4.如權(quán)利要求1所述的水下土工布鋪設(shè)方法，其特征是:首先把鋪設(shè)船移出鋪設(shè)位置開端外的I個船位上，定位準(zhǔn)確后，放下滾筒⑷至涂面(16);其次把土工布⑵一端的錨鉤(14)扎進(jìn)泥涂，接著發(fā)出鋪設(shè)指令，前兩錨纜(13)收緊，后兩錨纜(13)放松，船體(17)沿著定位邊線移動，土工布⑵在涂面上(16)鋪展開；然后砂石包(10)放下，均勻壓在土工布(11)上。
5.如權(quán)利要求1所述的水下土工布鋪設(shè)方法，其特征是:前一個鋪設(shè)位置完成后，提升滾筒(4)，把鋪設(shè)船移動至后一個鋪設(shè)位置，進(jìn)行下一幅土工布的鋪設(shè)，兩幅土工布在交疊區(qū)(35)的搭接寬度為60±15厘米。
【文檔編號】E02B3/04GK103485308SQ201210202475
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月9日
【發(fā)明者】陶松壘, 劉漢龍, 趙志方, 馮全宏, 張子和, 俞元洪 申請人:浙江科技學(xué)院