水下抛石施工方法与流程

1.本发明涉及堤防治理技术领域，尤其涉及一种水下抛石施工方法。


背景技术：

2.随着当代社会科学技术的不断进步和人类环保意识的不断增强，堤防治理工程逐步得到了社会各界人士的广泛关注与重视。在堤防整治工程中，水下抛石施工作为其重要的整治措施，主要有治理加固护岸、护堤、护坝等诸多用途，能够加强堤防护坡强度以及河床防护强度，达到防止堤岸遭到水流冲刷而引发崩岸崩坡甚至河边水土流失的基本目的。
3.目前的水下抛石施工技术抛投过程中石块沉底位置容易偏离预设位置，导致抛石结果达不到预设要求，抛投准确性不足。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种水下抛石施工方法，旨在解决现有的水下抛石施工技术抛投准确性不足的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供一种水下抛石施工方法，包括以下步骤：
6.沿水流的流向将抛投区域划分为多个施工网格，并将所述施工网格沿垂直水流流向的方向划分为多个抛投区；
7.根据所述抛投区的地形数据与设计数据，获得所述抛投区的预设抛投量；
8.根据所述抛投区的水文数据，获得抛石偏移量；
9.根据所述抛石偏移量，确定出所述抛投区对应的抛石船的预设抛石位置；
10.控制所述抛石船在所述预设抛石位置根据所述预设抛投量进行抛石作业。
11.优选地，所述根据所述抛投区的水文数据，获得抛石偏移量包括以下具体步骤：
12.测量获得所述抛投区内的漂距；
13.根据所述抛投区的水文数据预测所述抛石船进行抛石作业时的位移；
14.根据所述漂距和所述位移，获得所述抛石偏移量。
15.优选地，所述获取所述抛投区内的漂距包括以下具体步骤：
16.从多个所述抛投区中确定出当前抛投区；
17.将石块固定在测量绳的一端并抛入所述当前抛投区中，将此处记为第一测量点；
18.待所述石块沉底后，沿石块偏移的方向移动测量绳的另一端，直至测量绳与水面垂直，将此处记为第二测量点；
19.根据所述第二测量点与所述第一测量点的距离，获得漂距；
20.从多个所述抛投区中未获得漂距的抛投区中确定出新的当前抛投区，将所述新的当前抛投区作为所述当前抛投区，并返回执行所述将石块固定在测量绳的一端并从第一测量点抛入当前抛投区中的步骤，直至获得所有所述抛投区的漂距。
21.优选地，所述获取所述抛投区内的漂距包括以下具体步骤：
22.测量获得所述抛投区内的水流流速，水深及石块重量；
23.根据水流流速，水深、石块重量以及理论漂距计算公式，获得所述抛投区的漂距；
24.所述理论漂距计算公式为：
25.l＝0.74v*h/6g，
26.其中l为所述漂距，v为所述水流流速，h为所述水深，g为所述石块重量。
27.优选地，控制所述抛石船在所述预设抛石位置，根据所述预设抛投量进行抛石作业包括以下具体步骤：
28.从多个所述抛投区中确定出当前抛投区；
29.控制所述抛石船移动至所述当前抛投区的所述预设抛石位置；
30.进行抛石作业，直至抛投至预设抛投量；
31.从多个所述抛投区中未进行抛投作业的抛投区中确定出新的当前抛投区，将所述新的当前抛投区作为所述当前抛投区，并返回执行所述控制所述抛石船移动至所述当前抛投区的所述预设抛石位置的步骤，直至所有所述抛投区抛投完成。
32.优选地，控制所述抛石船移动至所述当前抛投区的所述预设抛石位置之后，所述方法还包括以下步骤：
33.实时监测所述抛投区内水流流速及水位高度；
34.当所述水流流速及所述水位高度变化超过预设范围时，暂停抛投并返回执行所述根据所述抛投区的水文数据，获得抛石偏移量的步骤。
35.优选地，所述控制所述抛石船在所述预设抛石位置，根据所述预设抛投量进行抛石作业之后，所述方法还包括以下步骤：
36.测量获得所述施工网格抛石完成后的水下地形，并绘制最终水下地形图及最终断面图；
37.将所述施工网格的所述最终水下地形图与初始水下地形图对比，最终断面图与设计断面图对比，获得未达到设计要求的施工网格；
38.对所述未达到设计要求的施工网格进行补抛。
39.优选地，通过抛石船进行补抛或通过作业人员水下定点投放石块进行补抛。
40.优选地，抛石的石块重量控制在35kg～80kg之间，抛投时各抛投区内的石块控制75％石块重量为60kg～80kg，25％石块重量为35kg～60kg。
41.优选地，所述石块的强度大于mu50，软化系数大于0.75。
42.在本发明的技术方案中，通过将抛投区域沿水流的流向划分为多个施工网格，再将施工网格沿垂直水流流向的方向划分为多个抛投区，分别获得各抛投区的预设抛投量和抛石偏移量，再通过抛石偏移量获得各抛投区的预设抛石位置，抛石船在各抛投区的预设抛石位置通过预设抛石量进行抛石作业，最大化的降低了石块抛投过程中偏移预设位置的可能性，提高了抛投准确性。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
44.图1为本发明水下抛石施工方法第一实施例的流程示意图；
45.图2为本发明水下抛石施工方法第一实施例的河道结构示例图；
46.图3为本发明水下抛石施工方法第一实施例的初始水下地形图示例图；
47.图4为本发明水下抛石施工方法第一实施例的设计断面图示例图；
48.图5为本发明水下抛石施工方法第二实施例的流程示意图；
49.图6为本发明水下抛石施工方法第三实施例的流程示意图；
50.图7为本发明水下抛石施工方法第四实施例的流程示意图；
51.图8为本发明水下抛石施工方法第五实施例的流程示意图；
52.图9为本发明水下抛石施工方法第六实施例的流程示意图；
53.图10为本发明水下抛石施工方法第七实施例的流程示意图。
54.本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
55.下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
56.需要说明，本实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
57.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
58.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
59.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
60.本发明提出一种水下抛石施工方法。
61.请参阅图1，本发明提供一种水下抛石施工方法，包括以下步骤：
62.s100，沿水流的流向将抛投区域划分为多个施工网格，并将施工网格沿垂直水流流向的方向划分为多个抛投区；
63.请参阅图2，作为河道的局部的示例图，河道的水流方向为自上游至下游，因此沿水流的流向，即与河岸垂直的方向将抛投区域划分为多个施工网格，再将施工网格沿垂直
于水流流向的方向，即与河岸平行的方向将施工网格划分为多个抛投区；
64.需要注意的是，划分施工网格时需要参照抛石船的有效抛投长度及抛石船本身的宽度进行划分，划分抛投区时需要根据抛投工具的有效作业宽度进行划分；
65.s200，根据抛投区的地形数据与设计数据，获得抛投区的预设抛投量；
66.请结合图3和图4，作为初始水下地形图和设计断面图的示例图，需要注意的是，地形数据为待施工区域的初始水下地形图，设计数据为施工后需要达到的设计断面图，根据初始水下地形图和设计断面图的体积差距，以及抛投石块的大小，计算获得抛投区的预设抛投量；
67.s300，根据抛投区的水文数据，获得抛石偏移量；
68.根据抛投区的水流流速，水深，获得抛投区的漂距，再根据漂距、石块抛投至落入水中的过程中的位移、石块抛入水中的方向及水流方向确认抛石偏移量，抛石偏移量石块落入水底时与其抛投时的距离差，一般为漂距及石块抛投至落入水中的过程中的位移之和，
69.需要注意的是，如果石块抛入水中的方向与水流方向相同，则抛石偏移量为漂距及石块抛投至落入水中的过程中的位移之和，如果石块抛入水中的方向与水流方向相反，则抛石偏移量为漂距及石块抛投至落入水中的过程中的位移之差；
70.需要注意的是，抛投区的水文数据为该抛投区的水流流速，水深等数据。s400，根据抛石偏移量，确定出抛投区对应的抛石船的预设抛石位置；
71.根据设计断面中需要石块落地的位置加上抛石偏移量，以确定抛石船的预设抛石位置。
72.s500，控制抛石船在预设抛石位置根据预设抛投量进行抛石作业；
73.控制抛石船到预设位置后，将抛石船停在预设抛石位置保持不动，并根据预设抛投量抛石，石块沉入水底后落入设计的预设位置，从而完成抛石作业。
74.在本发明的技术方案中，通过将抛投区域沿水流的流向划分为多个施工网格，再将施工网格沿垂直水流流向的方向划分为多个抛投区，分别获得各抛投区的预设抛投量和抛石偏移量，再通过抛石偏移量获得各抛投区的预设抛石位置，抛石船在各抛投区的预设抛石位置通过预设抛石量进行抛石作业，最大化的降低了石块抛投过程中偏移预设位置的可能性，提高了抛投准确性。
75.在一具体实施例中，抛石船有效抛投长度约30～40m，船宽15～20m。因此将抛投区域沿水流流向，以50m为间隔划分为多个施工网格。抛投工具采用挖机，由于挖机在船上抛投有效作业宽度为1.5米，因此为保证抛投均匀连续，再次对每个抛石网格沿垂直水流流向的方向以1.5m为间隔划分为多个抛投区。
76.当然容易理解的，虽然在本实施例中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
77.进一步地，步骤s300包括以下具体步骤：
78.s310，测量获得抛投区内的漂距；
79.需要注意的是，可以通过直接测量获得抛投区内的实际漂距或通过抛投区内的水文数据计算获得理论漂距；
80.s320，根据抛投区的水文数据预测抛石船进行抛石作业时的位移；
81.s330，根据漂距和位移，获得抛石偏移量。
82.通过漂距、抛石船进行抛石作业时的位移以及石块抛投至落入水中的过程中的位移综合计算出抛石偏移量，保证块石抛投后在所有外界环境因素的影响下还能准确落入预设位置，使整个石块抛投过程精确可控。
83.在一实施例中，步骤s310包括以下具体步骤：
84.s311，从多个抛投区中确定出当前抛投区；
85.s312，将石块固定在测量绳的一端并抛入当前抛投区中，将此处记为第一测量点；
86.s313，待石块沉底后，沿石块偏移的方向移动测量绳的另一端，直至测量绳与水面垂直，将此处记为第二测量点；
87.s314，根据第二测量点与第一测量点的距离，获得漂距；
88.s315，从多个抛投区中未获得漂距的抛投区中确定出新的当前抛投区，将新的当前抛投区作为当前抛投区，并返回执行将石块固定在测量绳的一端并从第一测量点抛入当前抛投区中的步骤，直至获得所有抛投区的漂距。
89.通过抛投石块并测量石块抛投位置与落水处位置的距离差，可以获得该抛投区的漂距，通过抛投石块获得漂距称为抛投测试，抛投测试获得的漂距更具有参考性。获得一个抛投区的漂距后，进入下一抛投区继续进行抛投测试，直至测试完所有抛投区。
90.需要说明的是，由于抛投石块的大小不同，其漂距也不相同，需要选择标准的不同规格的石块进行抛投测试。
91.在一实施例中，步骤s310包括以下具体步骤：
92.s311a，测量获得抛投区内的水流流速，水深及石块重量；
93.s312a，根据水流流速，水深、石块重量以及理论漂距计算公式，获得抛投区的漂距；
94.理论漂距计算公式为：
95.l＝0.74v*h/6g，
96.其中l为漂距，v为水流流速，h为水深，g为石块重量。
97.通过理论漂距计算公式计算漂距，可以节省实际测量漂距的时间，只需要测试抛投区内的水流流速，水深及待抛投石块的重量，增加施工效率。需要说明的是，由于抛投石块的大小不同，其漂距也不相同，因此需要选择标准的不同规格的石块通过理论漂距计算公式计算漂距。
98.在一实施例中，步骤s500包括以下具体步骤：
99.s510，从多个抛投区中确定出当前抛投区；
100.s520，控制抛石船移动至当前抛投区的预设抛石位置；
101.s530，进行抛石作业，直至抛投至预设抛投量；
102.s540，从多个抛投区中未进行抛投作业的抛投区中确定出新的当前抛投区，将新的当前抛投区作为当前抛投区，并返回执行控制抛石船移动至当前抛投区的预设抛石位置的步骤，直至所有抛投区抛投完成。
103.抛石船从靠近河岸的一侧的抛投区开始抛投作业，在当前抛投区抛投完成后，沿与河岸垂直的方向进入下一抛投区并继续抛投，直至靠近河岸的另一侧的抛投区抛投完成，则该施工网格抛投完成，进入下一施工网格的抛投区，重复上述步骤，直至所有施工网
格抛投完成。
104.需要注意的是，抛石船定位和抛投块石时，应根据该抛石区内的预设抛投量选择恰当的抛石船，严格控制石料质量和数量，再进行块石抛投，利用抛投装置在船上分层均匀抛填块石方式，将石块准确抛到预设位置。技术人员要根据施工网格图、预设抛投量等计算每次抛投量，并标明已抛区域和数量，即可组织机械块石抛投，将石块抛到待定位置。
105.进一步地，抛投过程中做好抛投记录，将分次抛投数逐个记录，并及时与预设抛投量进行核对，以保证达到达到设计要求。抛投记录应详细记录抛石日期、抛石位置、起始时间、水位线记录，抛石船号、实际抛石量，防止因作业人员的失误导致抛投作业不满足预期要求。
106.在一实施例中，步骤s520之后，方法还包括以下步骤：
107.s521，实时监测抛投区内水流流速及水位高度；
108.s522，当水流流速及水位高度变化超过预设范围时，暂停抛投并返回执行根据抛投区的水文数据，获得抛石偏移量的步骤。
109.在施工过程中，抛投区内的水流流速及水位高度是实时变化的，因此测量获得的漂距并不一定准确，但是在预设范围内的水文数据变化对石块最终落地位置的影响不大，所以需要实时监测抛投区内水流流速及水位高度，当水流流速及水位高度变化超过预设范围时，需要暂停抛投并重新计算该抛投区内的漂距，以保证石块抛投过程中精准可控，提高施工效率，增加抛投质量。
110.在一实施例中，步骤s500之后，方法还包括以下步骤：
111.s610，测量获得施工网格抛石完成后的水下地形，并绘制最终水下地形图及最终断面图；
112.s620，将施工网格的最终水下地形图与初始水下地形图对比，最终断面图与设计断面图对比，获得未达到设计要求的施工网格；
113.s630，对未达到设计要求的施工网格进行补抛。
114.抛石完成后，通过水下测量比较抛石前后的水下地形变化，了解块石抛投位置是否准确、块石抛投数量是否科学，是否达到石块抛投方案预设目标，确定增效厚度是否满设计要求与规范标准。当待抛石施工区域未达到设计规范时，则需对该区域采取块石补抛或潜水员水下定点投放石块等处理方式，保证抛石的效果满足预设要求。
115.需要注意的是，抛投过程中，每个抛投区完成抛石后，技术人员都可以测量该抛投区内的水深，与抛投前的水深作比较，记录下水深异常的抛投区，在抛石完成后采用gps配合单波束测深仪进行断面测量并与设计断面进行比对时，可以结合异常记录进行比对，增加筛选效率
116.在一实施例中，通过抛石船进行补抛或通过作业人员水下定点投放石块进行补抛。
117.在一实施例中，抛石的石块重量控制在35kg～80kg之间，抛投时各抛投区内的石块控制75％石块重量为60kg～80kg，25％石块重量为35kg～60kg。
118.在一实施例中，石块的强度大于mu50，软化系数大于0.75。
119.材料质量控制是确保水下抛石施工质量的重要一步，也是保证项目治理效果的关键内容。其中，对原材料的控制应强化对石块的材质选择和级配控制，石料的尺寸和质量必
须符合技术要求，要求石质坚硬，遇水不易水解和破碎，并做好块石材料质量检测工作，抛填块石重量控制在35～80kg之间,抛投时应大小搭配，大于60kg占75％以上，块石采用坚固耐久的微风化或新鲜岩石，强度等级大于mu50,软化系数kd》0.75，不允许使用片状、条状、带失角等形状的块石,风化石、泥岩等不得用作抛投石料。以级配控制为例，块石的粒径大小直接关系项目水下抛石施工工艺效果，抛投石块需保证能抵御抛投区域内水流最大流速的冲击，保持两岸护坡或河床的稳定，因此，在抛投施工时应采取合理级配比例调节方式，增大石块密实度，减少空隙率，以保证抛入石块能抵挡水流最大流速冲击。
120.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。