水下土工布铺设方法

摘要

水下土工布铺设方法，属于海岸工程建筑施工技术。包括勘测地质地貌和水文气象状况，规划确定铺设位置，GPS定位、智能控制、基面清障、误差修正、土工布拼接装船、砂包就位、放下滚桶，固定锚位，移船铺展、压包抛石，抛填碎石。一套铺设作业方法，施工工艺流程，安全质量保障体系，较好的解决了水下土工布的铺设的难题，有效防止了土工布的浮动飘移，使土工布铺设平顺而不起皱。能保障在水深2～20m、流速0～3m/s、潮差≤9m、风力≤7级、浪≤2级的环境中稳定施工，全天候正常作业。而且具有定位准，误差小，质量好，造价低，效率高的特点。

权利要求

1.水下土工布铺设方法，其特征是：

第一步：测得作业地点现场水深、流速、流向、风力、风向、潮差、浪级、基面平整情况，把铺设船拖至铺设现场，开启定位仪和工控电脑，根据勘测状况输入相关数据，规划铺设位置，确定铺设线路；

第二步：在铺设船的四角方向抛下四个锚，用GPS定位仪确定位置，用锚机移动铺设船定位于铺设位置上，清除铺设涂面上的障碍物，放下滚筒移动铺设船进行模拟铺设，据实进行误差修正和数据调整；

第三步：将缝制拼接好的土工布卷绕在滚筒上，并在土工布的外端头上连接一根圆管和至少2个锚钩，将土工布滚筒吊至铺设船一边的臂架上，并且将镇压土工布的砂石包堆放在铺设船的另一边上；

第四步：把铺设船移出第一个铺设位置开端外的1-2个船位上，放下滚筒至涂面，扎下锚钩，移动铺设船，在铺设船的另一边投放砂石包，实施铺设；

第五步：第一个铺设位置完成后，提升滚筒，移动铺设船至第二个铺设位置上，按照上述第三步第四步的步骤，进行下一幅土工布的铺设；

第六步：在铺设船移动至第三个铺设位置时，在第一个铺设位置上抛填粒径小于15厘米的砂石料，依次类推，多次重复，直到整个设计面铺设完成。

2.如权利要求1所述的水下土工布铺设方法，其特征是：在陆地上将单幅宽度在4-5米的土工布进行缝制，拼接成宽度在25±0.5米，然后将其卷绕在滚筒(4)上，边缝制边卷绕，以防工布在卷绕过程中的弯曲折叠；按设计长度剪断，并在土工布的外端头上安装一根直径为90厘米的钢管(15)和4个锚钩(14)。

3.如权利要求1所述的水下土工布铺设方法，其特征是：砂石包(10)是用砂或粒径小于5厘米的碎石装入布袋后封口而成，每袋重量20～40公斤。

4.如权利要求1所述的水下土工布铺设方法，其特征是：首先把铺设船移出铺设位置开端外的1个船位上，定位准确后，放下滚筒(4)至涂面(16)；其次把土工布(2)一端的锚钩(14)扎进泥涂，接着发出铺设指令，前两锚缆(13)收紧，后两锚缆(13)放松，船体(17)沿着定位边线移动，土工布(2)在涂面上(16)铺展开；然后砂石包(10)放下，均匀压在土工布(11)上。

5.如权利要求1所述的水下土工布铺设方法，其特征是：前一个铺设位置完成后，提升滚筒(4)，把铺设船移动至后一个铺设位置，进行下一幅土工布的铺设，两幅土工布在交叠区(35)的搭接宽度为60±15厘米。

说明书

水下土工布铺设方法

技术领域

[0001] 本发明涉及土工布水下铺设方法，属于海岸工程建筑施工技术。

背景技术

[0002] 我国海岸线曲折、漫长，是世界上海岸线最长、滩涂面积最大的国家之一。大陆岸线和岛屿岸线总记32000km。其中大陆岸线，北起鸭绿江口，南至北仑河口，全长18000km。4 2 4 2
我国现有滩涂面积约217×10km。大陆海岸带面积达到35×10km，其中潮上带面积约
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10×10km，滩涂2×10km，0～5m等深线区域2.7×10km，其余为5m等深线以下海域。海岸带的资源环境是沿海地区经济社会发展的重要物质基础，对整个沿海地区的经济发展起着巨大的支撑作用。自20世纪70年代末期以来，中国海岸带地区以成为改革开放的前沿，被喻为“黄金地带”。

[0003] 我国沿海人口稠密，土地面积少，为保障耕地面积总量平衡和经济可持续发展，通过围海造地以扩大土地面积已成为行之有效的手段。围垦滩涂是扩大耕地面积的有效途径。千百年来，沿海各地人民坚持与海奋斗，前赴后继围海筑堤，变沧海为桑田。我国围海之地达十多万平方公里，约为荷兰国土。随着围海造地工程长期开展，沿海各省份高滩资源已极少，围垦方向已向低滩区域发展。但外海低滩区域普遍处在强流速、大风浪和高水深的水域，围垦区域直接受外海波浪的侵袭，所围区域标高普遍在平均低潮位以下，这给围垦工程的实施带来一系列技术难题。

[0004] 土工布，又称土工织物，它是由合成纤维通过针刺或编织而成的透水性土工合成材料。土工布具有优秀的过滤、排水、隔离、加筋、防渗、防护作用，具有重量轻、抗拉强度高、渗透性好、耐高温、抗冷冻、耐老化、耐腐蚀。可广泛应用于铁路、公路、港口航道、堤坝、水工建筑、隧洞、沿海滩途、围垦、环保等工程。在软基海堤工程中，土工布能够有效地隔离不同物理性质的材料，使两种或多种材料间不混杂，保持材料的整体结构和功能；有效地将集中应力扩散、传递或分解，降低地基不均匀沉降；有效地增加土体的抗拉强度和抗变能力，增强地基抗剪切破坏，因此，土工布在海岸软基处理中得以广泛应用。随着海洋事业的迅速发展，海岸工程已由浅水向深水方向发展。它的施工也由陆上向浅水，更向深水过渡。所以水下土工布铺设工艺及设备已逐渐受到人们的关注。近几年来，该技术被应用于深水软基处理中。深水区乃至深海区土工布铺设不能采用常规的人工铺设施工方法，而是需要专用的设备和施工技术，这就不仅要解决深海复杂工况对施工船体安全作业的影响，而且要解决深水复杂水文条件对施工效率和质量的影响。

[0005] 水下土工布铺设存在以下特点：1)水深流急：水下土工布铺设风浪大、水流急且紊乱，不仅要防止风浪对船体稳定、铺设精度的不利影响，而且要防止紊乱水流对土工布的不利影响，水深在10米以上，流速在2～3/秒左右，自然条件比较恶劣。2)地质情况复杂：由于不同的工程有不同的地质情况，在同一工程中水下地形也有高低不平，有时还有水下障碍物，这些都是对深水土工布铺设设备提出了很高的要求。3)浮态定位要求高：由于是深水铺设土工布，放样定位一般情况下也不能采用常规的办法，对整个铺设过程必须采用浮态定位。4)设备性能要求高：设备的性能要满足水下作业的要求，要保证铺设工艺能很好的实现，并具有一定的抗风浪等级，以保证作业人员的安全和铺设质量。

[0006] 上述不利影响构成相当大的技术难题。以往在船体甲板上直接向水中摊铺的方法，很容易造成土工布被漂浮和折叠的现象，有时还被水冲走造成损失。无法满足水下施工安全和质量的要求，没有先进可靠的方法，一直是海岸工程中迫切需要解决的问题。

发明内容

[0007] 本发明为了解决上述技术难题，实现水下土工布的顺利铺设，发明一种水下土工布铺设方法。

[0008] 本发明技术包括一套铺设作业方法，施工工艺流程，安全质量保障体系。其特征是：

[0009] 第一步：测得作业地点现场水深、流速、流向、风力、风向、潮差、浪级、基面平整情况，把铺设船拖至铺设现场，开启定位仪和工控电脑，根据勘测状况输入相关数据，规划铺设位置，确定铺设线路；

[0010] 第二步：在铺设船的四角方向抛下四个锚，用GPS定位仪确定位置，用锚机移动铺设船定位于铺设位置上，清除铺设涂面上的障碍物，放下滚筒移动铺设船进行模拟铺设，据实进行误差修正和数据调整；

[0011] 第三步：将缝制拼接好的土工布卷绕在滚筒上，并在土工布的外端头上连接一根圆管和至少2个锚钩，将土工布滚筒吊至铺设船一边的臂架上，并且将镇压土工布的砂石包堆放在铺设船的另一边上；

[0012] 第四步：把铺设船移出第一个铺设位置开端外的1-2个船位上，放下滚筒至涂面，扎下锚钩，移动铺设船，在铺设船的另一边投放砂石包，实施铺设；

[0013] 第五步：第一个铺设位置完成后，提升滚筒，移动铺设船至第二个铺设位置上，按照上述第三步第四步的步骤，进行下一幅土工布的铺设；

[0014] 第六步：在铺设船移动至第三个铺设位置时，在第一个铺设位置上抛填粒径小于15厘米的砂石料，依次类推，多次重复，直到整个设计面铺设完成。

[0015] 本发明的优点

[0016] 1.由于采用专用土工布铺设船和一套铺设作业方法进行铺设，机械化、自动化程度高，抗风浪能力强，有效施工时间长。可以在不受涨潮落潮的影响条件下全天候施工，减轻了劳动强度，提高了工作效率。

[0017] 2.由于采用GPS定位仪和智能控制施工工艺，在工控电脑屏幕上实时显示铺设船的位置，并且在铺设前进行模拟铺设，据实进行误差修正和数据调整。所以定位精度高，误差小。

[0018] 3.由于土工布的外端头上安装一根圆管和至少2个锚钩，实施铺设时，一边移动铺设船，一边投放砂包。随后用对开驳抛填粒径小于15厘米的碎石料。安全质量保障体系。有效防止了土工布的浮动飘移，使土工布铺设平顺而不起皱，保障了铺设的质量。

[0019] 4.由于采用一套安全质量保障体系，保障了土工布铺设的质量和作业人员的安全。

[0020] 本发明较好的解决了水下土工布的铺设的难题，制造出了适宜的铺设设备，一套较为有效的深水土工布铺设工艺。能保障在水深2～20m、流速0～3m/s、潮差≤9m、风力≤7级、浪≤2级的环境中稳定施工，全天候正常作业。而且具有定位准，误差小，质量好，造价低，效率高的特点。

附图说明

[0021] 图1为土工布铺设船布置图，图2为工作状态图，图3为GPS定位系统图，图4为工控电脑屏幕上的工作状态图。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图，对本发明作进一步的说明。

[0023] 实施例：采用沉底滚筒在水底展开摊铺的办法，进行水下土工布铺设。包括勘测地质地貌和水文气象状况，规划确定铺设位置，GPS定位、智能控制、基面清障、误差修正、土工布拼接装船、砂包就位、放下滚桶，固定锚位，移船铺展、压包抛石，抛填碎石。

[0024] 所述的土工布铺设船如图1图2所示，包括悬臂(1)、土工布(2)、操纵室(3)、滚筒(4)、吊索(5)、缆柱(6)、锚机(7)、卷扬机(8)、堆料箱(9)、砂石包(10)、吊机(11)、GPS接收机(12)、锚缆(13)、锚钩(14)、钢管(15)、涂面(16)、船体(17)。

[0025] 所述的船体(17)是水上的支承载体，又是工作平台，是为整个铺设过程提供基础保证，并且具有一定的抗风浪能力。铺设船参数为：总长50米，总宽9.3米，型深2.1米，重截排水量781吨。船体(17)在四角设有4台8吨锚机(7)，以锚缆(13)沿着缆柱(6)的收放实现船体(17)的定位和移动。锚机(7)受控于智能控制系统。船的头尾各设一台GPS接收机(12)。

[0026] 船体(17)的边沿设有两个悬臂(1)，悬臂(1)相连的吊索(5)连接滚筒(4)并受控于卷扬机(8)，滚筒(4)上卷着待铺设的土工布(2)。滚筒(4)长28米，要有一定的重量，具有抗弯曲强度和同轴度要求；吊索(5)是起落滚筒(4)的牵引索具，采用钢丝绳，具有足够的抗拉强度。悬臂(1)为滚筒(4)的起落支承体，承重全部滚筒构件的总质量。卷扬机(8)为滚筒(4)的升、放装置，在铺设时用以适时调节滚筒(4)的深度，以防止滚筒(4)过分的压紧泥涂面，使土工布滚筒(4)因阻力太大而滚动困难，造成土工布不能连续张开。在两则的设有自锁阻尼装置，防止土工布在水流运动下滚筒(4)自转，只有在铺设船移动时才会解锁同步转动。

[0027] 所述的土工布铺设船定位系统如图3所示。在靠近施工区海岸线边沿的岸域的已知座标点上，设立一个固定的GPS固定台为基准站(A)。卫星信号被岸上GPS天线(19)、岸上GPS接收机(18)接收后，输入岸上数传电台(22)，然后由功放器(21)放大经岸上通讯天线(20)发送给移动站。基准站设置信号的覆盖半径为15KM。如图3A所示。移动站(B)是在水域中的施工船(2)上设立的采集卫星信号点，由GPS船尾移动台和GPS船头移动台两个卫星信号接收点，还有接收电台(31)测深仪(29)、测深仪探头(30)、工控电脑(23)组成。如图3B所示。

[0028] 以载波相位实时差分定位原理，基准站(A)与移动站(B)的三台GPS接收机同时接收到的来自卫星的信号，基准站(A)接收到的卫星信号经基准站的数传电台和功放器产生数据传输链路发给移动站(B)。移动站(B)的接收电台(31)接收到基准站(A)的数据输入工控电脑(23)。工控电脑(23)进行解算将基准站的数据与已知点的数据相比较得出误差，再把该实时误差值用以消除未知点的误差，有效的削弱卫星钟差、星历误差、电离层对流层和SA政策对信号的影响，从而提高了定位精度，能准确确定船舶的行走轨迹和船舶姿态，定位精度为±10厘米。而且可以不分白天和黑夜实现全天候作业。

[0029] 操纵室(3)和吊机位于浮体的中间，吊机(11)臂长7.6米。用于从码头及其他船只上装卸土工布和砂石包。操纵室(3)用于集中控制各吊机、卷扬机和锚机，内置中央集控电脑、GPS定位仪、智能控制系统、张拉式刹闸装置、发电设备、生活设施等。

[0030] 作业时，把铺设船(17)拖至铺设作业地点，在铺设船(17)的四角方向抛下四个锚，四角的定位锚机(7)受控于定位装置；测得输入现场相关数据，工控电脑(23)定位系统开始工作，多个卫星信号经船头GPS天线(25)、船头GPS接收机(24)，经船尾GPS天线(27)、船尾GPS接收机(28)进入工控电脑(23)；同时移动站通讯天线(26)接收到的基准站(A)信号由接收电台(31)输入工控电脑(23)；工控电脑(23)对各种信号进行解算，并采用一套工作软件适时控制四个锚缆(13)的收放，调整船舶正确的位置。在电脑上按设计坐标设定好所需铺设土工布的施工区域，在作业过程中屏幕上显示压载区(36)、已铺设区(32)、正在铺设区(33)、未铺设区(34)和交叠区(35)，如图4所示。根据每幅土工布的实际尺寸和施工区域布置平面划分每幅土工布的单元格平面施工图，通过计算机屏幕显示船体设定的铺设区单元格的位置姿态，再用4台锚机(7)进行船体移动船位，使船体定位边线和设定单元格铺设区起始边线重合，说明船体已定位准确即可进行试铺设作业。

[0031] 发出放下滚筒指令，智能系统控制卷扬机(8)在放下滚筒(4)至涂面(16)，移动铺设船进行模拟铺设，同时测深仪(29)的探头(30)对铺设基面进行扫描，清除障碍物，根据模拟铺设测得的实际数据，进行误差修正和数据调整。

[0032] 所述的土工布拼接，是在陆地上将单幅宽度在4-5米的土工布进行缝制，拼接成宽度在25±0.5米，然后将其卷绕在滚筒(4)上，边缝制边卷绕，以防工布在卷绕过程中的弯曲折叠；按设计长度剪断，并在土工布的外端头上安装一根直径为90厘米的钢管(15)和4个锚钩(14)。

[0033] 所述的砂石包(10)是用砂或粒径小于5厘米的碎石装入布袋后封口而成，每袋重量20～40公斤。在交叠区(35)采用水下土工布铺设专用的钉子砂石包。起到镇压土工布的作用，防止了土工布的浮动飘移，使土工布铺设平顺而不起皱

[0034] 所述的装船是用辅助船将土工布滚筒(4)和碎石包(10)运至铺设船边。用吊机(11)将土工布滚筒(4)吊至铺设船上，安装在悬臂(1)上。并且将镇压土工布的砂石包(10)一起装入铺设船另一侧的堆料箱(9)上。

[0035] 首先把铺设船移出铺设位置开端外的1个船位上，定位准确后，放下滚筒(4)至涂面(16)；其次把土工布(2)一端的锚钩(14)扎进泥涂，接着发出铺设指令，前两锚缆(13)收紧，后两锚缆(13)放松，船体(17)沿着定位边线移动，土工布(2)在涂面上(16)铺展开；然后砂石包(10)放下，均匀压在土工布(11)上。前一个铺设位置完成后，提升滚筒(4)，把铺设船移动至后一个铺设位置，进行下一幅土工布的铺设，两幅土工布在交叠区(35)的搭接宽度为60±15厘米。在铺设船移动至再后个铺设位置时，用对开驳在前一个铺设位置上抛填粒径小于15厘米的碎石料，如此循环往复，完成水下土工布铺设。