三栖式滩涂土方筑堤机施工方法
技术领域：
本发明涉及滩涂土方筑堤工程的施工，属于建筑技术。
背景技术：
本发明所述的滩涂是指沿海大潮高潮位与低潮位之间的潮浸地带，也称为“潮间带”。随着沿海经济开发区的发展，在沿海滩涂区域进行各类土建工程势不可挡，在海潮区域填筑土方更是司空见惯。滩涂土方工程施工的特点是工程量大，施工条件复杂，施工受到海潮影响。由于潮汐的作用，有些滩涂有时被水淹没，有时又出露水面，有些滩涂其上部经常露出水面，其下部则经常被水淹没。在海潮影响区进行土方工程施工，会遇到海潮涨落、风浪流速、淤泥粘滞等施工困难，现有的土方设备与方法不能适用。
现有的陆上土方机械，如铲运机、装载机、运输机等，涨潮时会被水淹没，搁涂时会沉陷于泥滩中难以自拔，都只能在陆地上施工。现有的水上土方机械，如挖泥船、吸泥船、泥驳等，退潮搁涂时无法移动，只能在水上施工。而大量的沿海土方工程都是在陆上机械下不去，水上机械上不来的潮间带施工。目前，还没有完善的施工设备与方法，大量的滩涂工程都“无计可施”，工效低，进度慢。
在堤坝建造工程中，在石方堆砌的同时，需要大量的闭气土方。泥浆泵和绞吸式挖泥船提供的泥土含水量太高，堆不上，站不牢，无法用于筑堤。很多海塘工程，在堤坝的内塘需要一条沿着堤坝的护堤河和闸门，以便控制内塘的水位。筑堤和挖河同时进行施工的方法，一直是海岸工程建设者梦寐以求的事。
发明内容：
为了解决上述难题，提供一种筑堤和挖河并进，浮水和搁涂均能工作的土方筑堤机及其施工方法。关键技术是筑堤机在水面上的定位和移动，在滩涂上的行走，集挖河、运泥、筑堤为一体的施工工艺。所以被称为三栖式滩涂土方筑堤方法。
本发明包括筑堤机的定位、移动，土方的挖掘、运输和填筑，以及排水、脱水和土壁支撑的施工方法，其特征包括以下步骤：A.筑堤机被拖至作业场地，横向布置于待建堤坝与河道之间，在筑堤机两边沿着来回行走的方向抛下四个锚；B.在堤坝脚侧打设土壁支撑桩和栅栏，在卸泥区铺设土工布，设置排水沟槽、喷洒脱水剂；C.开启定位仪，根据工程设计图纸在电脑上规划行走线路，用定位仪确定堤线位置，用锚机或驱动轮子移动筑堤机完成准确定位；D.将一抓斗移至挖泥端抓取泥土，运至填筑端，卸于卸泥区，与此同时另一抓斗返回挖泥端取土，交替进行，往返循环；E.筑堤机一边取土填筑，一边纵横移动进行布料，使一次填筑泥土的厚度小于0.5米；F.当船体搁置于软粘滩涂无法移动时，开启防真空吸粘装置，水、空气和表面活性剂的混合物，经船底部喷口和沟槽铺展于船底和涂面之间，产生润滑悬浮，真空吸力消失，筑堤机移动自如；G.这样多次重复上述步骤，直到达到设计断面，完成筑堤和挖河工程。
填筑时纵横布料、薄层轮加、分层加高，第一层填筑后，每层泥土填筑的间隔时间大于10天。对渗透系数小的软粘土，应适当减少一次填筑泥土的厚度和延长每层泥土填筑的间隔时间。每层泥土填筑前，调整排水沟槽和喷洒脱水剂一次。
所述的三栖式滩涂土方筑堤机包括船体、支架、桁架梁、拉索、导轨、吊机、抓斗、定位装置，船体是箱形结构，两头翘起，上设二台锚机，下设至少四个轮子，还有发电机组和生活设施。在船体两端的锚机为卷扬机，锚缆为钢丝绳，锚机与驱动轮子通过离合器和电机连接。轮子为桨片式，浮水和搁涂时均能驱使浮体的移动。支架呈“A”形结构，下部固定在浮体上，中部固定桁架梁，顶部装有GPS定位装置。桁架梁截面为三角形，以堤坝到河道的距离来设计桁架的长度，桁架固定在两个带有轮子的船体支架上，顶部与多根拉索相联，两边设有导轨，导轨上设有带抓斗的吊机，分别沿着桁架回行走，一端挖河另一端筑堤。
为了解决筑堤机在粘性滩涂移位困难的问题，在船体的底部设有防真空吸粘装置及其沟槽。防真空吸粘设置包括水泵、气泵、贮液箱、喷口及其浮体的底部的沟槽。
所述的筑堤机的定位、移动的监控装置采用海岸工程船舶定位仪(已申请中国专利)。包括基准站、移动站、测深仪、工控电脑、数传电台、GPS接收机和工作软件，其特征是在岸域一已知点上设一个基准站，在工程船上设一个移动站；在基准站设有一台GPS接收机并与数传电台、工放连接；在移动站设有一台接收电台、两台GPS接收机和一台测深仪，并分别与工控电脑连接；工控电脑内装一套工作软件，控制船体上的定位锚机和驱动轮子。
本发明的积极效果：
1.由于采用了两个平底船体，使筑堤机底面大，压强小，吃水浅，在船体的底部设有防真空吸粘设置，使筑堤机无论浮水还是搁涂，都能移动自如。
2.由于采用了两个带抓斗的吊机分别在桁架梁的一端挖泥另一端筑堤，沿着桁架梁来回行走，使筑堤机荷载均衡，工作稳定，工效提高一倍。
3.由于采用了支架、桁架梁、带抓斗的结构的筑堤机，采用排水、脱水和土壁支撑的施工方法。填筑时薄层轮加、纵横布料、分层加高和自然干燥，土体扰动少、强度高，有效解决了泥土在堤坝上的站立和堆高的问题。
4.由于采用了海岸工程船舶定位仪，包括工控电脑、GPS接收机和操作软件，定位迅速准确，自动化程度高。
5.由于采用了桨片式轮子、卷扬机和钢丝绳锚缆，涨潮时浮在水面施工，潮水退时搁在涂面施工。不但布料面积大，移动灵活，可平面布料，也可垂直布料。而且安全可靠工效高。
所以，本发明具有挖河填筑并进，浮水搁涂两用，环境适应性强，施工效率高的优点。
附图说明
图1是本发明实施例的主视图，图2是实施例的右视图，图3是船底防真空吸粘装置的示意图，图4是实施例的俯视图。包括抓斗(1)、吊机(2)、泥土(3)、导轨(4)、船体(5)、支架(6)、桁架梁(7)、拉索(8)、锚机(9)、定位仪(10)、操作室(11)、锚缆(12)、轮子(13)、防真空吸粘设置(14)、沟槽(15)、喷口(16)、挖泥区(17)、卸泥区(18)、土壁支撑(19)、堤坝(20)。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进一步说明。
三栖式滩涂土方筑堤机，如图1、图2所示，最大距离输送120米，产量为60m3/h。其包括船体(5)、支架(6)、桁架梁(7)、拉索(8)、导轨(4)、抓斗(1)、吊机(2)。船体(5)上设锚机(9)、轮子(13)、发电机组和生活设施。船体两端的锚机(9)为卷扬机，锚缆(12)为钢丝绳，锚机与驱动轮子(13)通过离合器和电机连接。浮水作业时用锚机(9)移位，搁滩作业时用轮子(13)移位。船体的底部有防真空吸粘设置(14)，船底设有沟槽(15)喷口(16)，如图3所示，在粘性滩涂搁滩作业时，不再出现移位困难的问题。支架(6)固定在船体(5)上，中部固定桁架梁(7)，顶部装有定位仪(10)。定位仪(10)，采用海岸工程船舶定位装置。在靠近挖泥一端的支架(6)上设有操作室(11)，抓斗(1)吊机(2)拉索(8)锚机(9)都集中于操作室(11)控制。桁架梁(7)顶部与多根拉索(8)相联，拉索(8)另一端与支架(6)上部联接。桁架梁(7)两边设有导轨(4)，导轨(4)联接吊机(2)，吊机(2)联接抓斗(1)。
施工方法如图4所示，有如下步骤：
1.规划：首先筑堤机被调遣到工程现场，施工技术人员对现场的施工环境和施工条件进行全面分析，掌握施工滩涂的潮汐、流速和波浪等水文资料，及其岸坡、滩涂的地形地貌等情况；熟悉设计文件和设计交底内容；根据工程设计图纸，将待建堤坝与河道相关参数输入电脑，并在电脑上规划行走线路。
2.定位：筑堤机横向布置于待建堤坝与河道之间，船体(5)两端设有平行于堤岸的锚缆(12)，沿着筑堤机来回行走的方向，两边各抛下两个锚。通过定位仪(10)和锚机(9)完成准确定位。
3.土壁支撑和脱排水：在土方填筑之前，在堤坝的卸泥区(18)铺好土工布，在堤坝(20)的脚线上打好桩，安装栅栏，做好土壁支撑(19)。设置排水沟槽、喷洒脱水剂。
4.取土筑堤：将一抓斗(1)移至挖泥端，张开抓斗，将其放入挖泥区(17)，抓起涂面的泥土(3)，通过桁架梁(7)运行到卸泥区(18)上空后，打开抓斗将泥土(3)卸至堤坝上，抓斗卸料后，再沿轨道回到挖泥端，准备下一次取土。与此同时另一抓斗(1)通过桁架梁(7)返回移至挖泥端取土，往返循环。
5.布料：通过操作室(11)的控制，对筑堤机位置和桁架梁(7)高度的调整，实现上方的平面布料和垂直布料。筑堤机一边取土填筑，一边移动，有水时用锚机(9)移位，无水时用轮子(13)移位。船体两端的电锚机控制着筑堤机沿堤移动，当一个断面施工完成后，利用锚机向施工顺序方向移动一个施工船位，这样周而复始，完成第一层施工后，回到原先开始处进行第二层施工，直至挖泥区(17)成为护堤河，卸泥区(18)成为堤坝(20)的闭气土方。
6.薄层轮加：泥土(3)固定一点落料容易引起土体滑坡或地基滑移，因此在土体堆筑时必须进行纵横线式布料。土方填筑从最低部位开始，水平分层填筑，均衡上升。视土料及地基土情况，填筑泥土的分层厚度小于0.5米；一般控制在0.3～0.5m。当闭气土方堤线第一次铺填完毕，筑堤机须回到堤首进行第二次填筑，这时须提升桁架梁(7)，以提高卸料高度。每层泥土填筑的间隔时间应大于10天。分层厚度与间隔时间取决于泥土的渗透系数和地基的承载强度，对渗透系数小的软粘土和软弱地基，应适当减少一次填筑泥土的厚度和延长每层泥土填筑的间隔时间。每层泥土填筑前，调整排水沟槽和喷洒脱水剂一次。闭气土方断面需经多次堆筑方达到设计高程。
工程实施例：某海堤工程围涂总面积20762亩，新海堤总长5354.5m，加固海堤工程1224.8m。堤坝土方施工采用本发明施工技术，桁架输送距离为100m，土方量24万m3，工程历时17个月完成。某海塘围涂工程，堤体轴线长1220.35m，延伸段长238.8m，涂面高程6.3～0.5m。堤坝为石土结构，采用复式断面；坝顶高程7.0m，顶宽5.0m，挡浪墙顶高程7.8m。堤坝土方施工采用本发明方法，桁架输送距离为120m，土方量18.12万m3，工程历时26个月完成。工程达到设计要求，竣工后堤坝稳定，沉移少，效果好。
本发明主要解决了三个难题：第一是设备在滩涂上的定位和移动，能在水上、海岸和潮间带行走自如；第二是在滩涂潮间带集挖河、运泥、筑堤为一体；第三是筑堤机一边取土填筑，一边移动，采用土方的平面布料和垂直布料的施工方法和工艺，实现土方对软粘土、淤泥等的薄层布料、分层加高和自然干燥，有效解决了泥土在堤坝上的站立和堆高的问题。形成了一整套应用于滩涂土方工程的施工设备和方法，可在浮水搁涂等各种环境下进行软粘土的土方筑堤施工，实现挖河填筑并进，浮水搁涂两用，施工效率高，经济效益明显。具有土体扰动少、强度高、固结快、形成的边坡比小、堤坝稳定性好、环境适应性强的优点。适用于海涂、沼泽、浅水等环境条件下，输送距离为150m内的土方工程。