論港口工程防波堤施工技術(shù)

馬萬里

摘 要：眾所周知，港口工程具有施工周期短，施工環(huán)境惡劣的特點。像中國和其他國家的一些海港更是經(jīng)常受到臺風(fēng)的襲擊。鑒于此，本文以某碼頭和引堤工程的施工為重點，利用比較先進的施工技術(shù)，對深水防波堤施工進行一系列的總結(jié)。

關(guān)鍵詞：防波堤;碼頭;關(guān)鍵技術(shù)

在外海時進行施工時一般是很有難度的，鑒于它的施工條件惡劣，工期長，不可預(yù)見因素多，施工單位應(yīng)做好前期自然條件的調(diào)查，認真制定施工進度計劃和節(jié)點目標(biāo)，加大船機等機械設(shè)備、加大對人員和物資的投入，對現(xiàn)場管理給好好加強，確保施工質(zhì)量符合防波堤標(biāo)準(zhǔn)。

一、工程概況

某碼頭和引堤工程位于海域。碼頭長360.0m，寬30.0m，外側(cè)設(shè)計為斜坡式拋石防波堤，堤高24.5m，堤頂標(biāo)高9.500m，原泥面平均標(biāo)高-15.000m，通過長1500m的引堤與陸域連接，堤身護面為18t扭王字塊，堤頂設(shè)置現(xiàn)澆混凝土擋浪墻。堤身設(shè)計為拋填擠淤，所處巖土層自上而下依次為：流泥層、淤泥混砂層、粗砂層、殘積礫質(zhì)黏性土層、全風(fēng)化花崗巖層、強風(fēng)化花崗巖層、中風(fēng)化花崗巖層等，其中流泥層和淤泥混砂層厚度3.0～6.0m。

二、施工難點

某工程所處的海域直接海峽，是沒有什么可以作為掩護的，特點明顯，施工難度極大：1.海域水深、浪大（設(shè)計波高H1%=7.06m）、流急，海況復(fù)雜惡劣;2.坡面長，坡底標(biāo)高-12.000m，國內(nèi)最大型長臂挖掘機施工范圍只到坡面-4.0m處，-4.0m以下坡面塊石墊層無法按設(shè)計和規(guī)范要求理坡;3.護底拋填、塊石墊層理坡、扭王字塊安裝等水下隱蔽項目多，無法目測控制，驗收難;4.常年受風(fēng)浪、涌浪、臺風(fēng)、潮汛影響大，作業(yè)時間短，石料流失量多，返工頻繁;5.施工過程中要求各工序銜接緊湊，才能減少損壞返工，及時形成一定的防臺防汛能力，確保堤身結(jié)構(gòu)安全。

三、施工關(guān)鍵技術(shù)

確保堤芯石拋填到位和穩(wěn)定是防波堤護面體系穩(wěn)定的基礎(chǔ)，確保防波堤護面體系的穩(wěn)定性是防波堤施工的關(guān)鍵技術(shù)，護面體系由塊石墊層、護底、護面扭王字塊、擋浪墻等4個分項工程組成。

1.工序流程。堤芯石拋填→水下坡面塊石墊層理坡→護底拋填→水下坡面扭王字塊安裝→水上坡面塊石墊層理坡→水上坡面扭王塊安裝→擋浪墻混凝土澆筑→擋浪墻后塊石墊層理坡→擋浪墻后扭王字塊安裝。

2.堤芯石拋填。堤芯石規(guī)格10～300kg左右，主要以陸上全斷面拋填推進為主，拋填堤頂標(biāo)高8.000m，比設(shè)計高水位高1.800m，迎浪側(cè)設(shè)置一定高度的大塊石，以減少日常越浪對拋填堤路面的襲擊;拋填邊界比塊石墊層邊界寬4.0m，確保坡腳拋填到位，減少坡腳水拋工作量。施工過程中盡量把施工運輸通道擴寬到堤頂全范圍，通過運輸車及機械的碾壓加強密實，同時，嚴格控制石料質(zhì)量，確保級配良好，以減少堤的自身沉降。堤芯石拋填須歷經(jīng)臺風(fēng)和東北風(fēng)季節(jié)，下道工序有計劃安排在拋填堤受風(fēng)浪襲擊外力密實后施工，使堤身結(jié)構(gòu)獲得足夠的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)的安全度高。

3.塊石墊層理坡。塊石墊層設(shè)計厚度是1.8m，石料規(guī)格為900～1800kg，坡度1：1.5。以施工水位-2.000m為界，分為水下理坡和陸上理坡，按50m長分段施工，橫斷面施工順序由外往內(nèi)，由低往高，縱軸向施工順序由岸邊往外海。水下理坡時，在施工水位-2.000m處修建寬4.0m的挖機理坡作業(yè)平臺，使用16m的長臂挖機趁低潮作業(yè)，所需規(guī)格石料由岸上補給，-4.000m以下坡面及坡腳，由于挖掘機作業(yè)范圍不到，采用船運水拋至設(shè)計坡度;可落出水面的坡面坡度采用坡度尺進行測量控制與檢測，不能落出水面的坡面坡度利用高潮位時通過測深儀測量，潛水員配合探摸檢測控制;理坡驗收合格后要及時拋填護底塊石和扭王字塊安裝，然后再進行陸上理坡。陸上理坡分二階段即坡面理坡和擋浪墻背后理坡，水下坡面扭王字塊安裝完后應(yīng)及時進行坡面理坡，擋浪墻混凝土澆筑完后再進行背后理坡，采用普通挖掘機進行理坡，所需規(guī)格石料由岸上運輸補給，通過拉坡度線和坡度尺進行坡度測量控制與檢測。

牢固的塊石墊層能保護堤芯石不被風(fēng)浪“抽走”，又能保護自身不會因扭王字塊空隙大而被風(fēng)浪“抽走”，從而確保了扭王字塊基礎(chǔ)面的穩(wěn)定性。塊石墊層的牢固需建立在堤身的穩(wěn)定、水下坡腳、護底的拋填到位，墊層塊石間相互擠密，同時又能被扭王字塊肢腿壓住的基礎(chǔ)上。主要采取以下措施確保塊石墊層的牢固性：（1）堤身拋填過程中應(yīng)集中儲備滿足設(shè)計要求的石料，理坡過程中應(yīng)全程控制，以免造成因個別粒石料不符合設(shè)計要求，重新返工的現(xiàn)象出現(xiàn);（2）注重理坡方式，粒料除了滿足設(shè)計要求的質(zhì)量外，還應(yīng)滿足厚度要求，應(yīng)采用“插理”，而不是“鋪理”，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整石料間的接觸面和角度，確保石料間相互咬合，擠密，不能出現(xiàn)通縫，塊石后背應(yīng)回填石料，且回填密實，確保塊石墊層少變形;（3）理坡過程中應(yīng)勤檢測，確保坡度達到設(shè)計要求。

4.護底拋填。護底設(shè)計厚度3.0m，長度20.0m，石料規(guī)格400～800kg。采用水上船運拋填，裝船碼頭設(shè)置在拋填堤內(nèi)側(cè)，投入船機設(shè)備：400t位平板鐵駁定位船1 艘、300t位平板鐵駁運石船3艘、PC320挖掘機2部（1部設(shè)置在定位船上缷料、另外1部用于碼頭裝料）、ZL50裝載機1部（配合挖機進行裝料）。水上施工季節(jié)性強，可作業(yè)時間短，護底拋填應(yīng)在堤身陸拋成型后緊隨施工，從而確保有足夠時間完成拋填任務(wù)和施工程沉降，由于堤身拋填擠淤堆積在護底處，所以拋填前應(yīng)進行原泥面測量，以拋填厚度為控制標(biāo)準(zhǔn)。采用在定位船上安裝GPS，岸上全站儀校核定位拋填范圍，測深儀掃海測量檢查拋填標(biāo)高和厚度。護底是扭王字塊穩(wěn)定的基礎(chǔ)，也是確保坡腳不被淘涮的主要措施，關(guān)系到扭王字塊整體穩(wěn)定性和密實性，拋填過程中應(yīng)注意：（1）按設(shè)計要求控制石料規(guī)格;（2）嚴格控制拋填范圍和厚度;（3）應(yīng)注重石料的儲備充足性與裝船的便捷性，確保施工進度，為水下坡面扭王塊及時安裝創(chuàng)造條件，讓防波堤在比較快的時間內(nèi)具有了抗風(fēng)浪的能力。

5.扭王字塊安裝。護面設(shè)計中需要安裝的是一層18t扭王字塊，最遠扭王字塊距擋浪墻內(nèi)側(cè)55.0m。采用平板車運送扭王字塊到現(xiàn)場，履帶式起重機陸上定點隨機法安放，履帶式起重機規(guī)格為260t，起吊性能滿足安裝最遠扭王字塊的要求。安裝與理坡相對應(yīng)，即分段理坡分段安裝，縱軸向施工順序由岸邊往外海，橫斷面施工順利由外側(cè)往里側(cè)，循序漸進。安裝分水下不規(guī)則安裝和水上半規(guī)則安裝，起吊鋼絲繩直徑均為 21.5mm，經(jīng)驗長度為2.2H（H為扭王字塊高度），通過鋼絲繩的多種綁扣方式交替使用來改變扭王字塊姿勢。

由于水下安裝無法目測和人工輔助定位控制，且海況惡劣，無法人工脫鉤，同時，存在安裝不到位，安裝密度不夠，重疊安裝，安裝方式不對等現(xiàn)象，造成工后位移大，斷肢多，互相咬合不理想等后患，影響到整體的抗風(fēng)浪能力。采取控制措施：（1）水下安裝吊具采用可水平旋轉(zhuǎn)的自動鉤（只要扭王塊著地即可自動脫鉤），并系好轉(zhuǎn)向控制繩;（2）按照扭王塊設(shè)計安裝密度，布設(shè)水下扭王字塊定點安放網(wǎng)格平面圖，網(wǎng)格水平間距 a=1.15H（H為扭王字塊高度），排距b=0.57H，單元面積S=（1.15H×0.57H）=0.656H2，以20m為安裝節(jié)段，起重機位置為節(jié)段中點，建立以起重機中心為原點的極坐標(biāo)系，計算出安放網(wǎng)格平面圖上每一塊扭王字塊的極坐標(biāo)參數(shù)，即每一個扭王塊的水平轉(zhuǎn)角和垂直轉(zhuǎn)角，吊機操作系統(tǒng)能顯示這2個坐標(biāo)參數(shù)，按照安放網(wǎng)格平面圖的安裝順序，通過控制坐標(biāo)參數(shù)控制扭王字塊位置進行安裝，安裝過程中應(yīng)認真作好安放圖標(biāo)記，確保安裝密度和追溯每施工節(jié)段安裝質(zhì)量;（3）每一節(jié)段的安裝關(guān)鍵是認真定位好第1排第1個扭王塊位置，以該扭王塊為參照，相鄰扭王塊安裝到位時會相互碰撞，可通過起重機司機的手感和目測鋼絲繩的垂直度反映出來，以此為輔助控制安裝密度和范圍。陸上安裝采用半規(guī)則安裝，嚴格按安裝原則安裝，通過人工輔助定位控制。

扭王字塊安放原則：（1）扭王字塊3個肢桿端部著地，另外三肢桿端部朝海，同排相鄰塊體擺放姿勢不能相同;（2）嚴格按鉤連塊體擺放，確保塊體接觸密緊形成整體。

扭王字塊安裝注意事項：（1）安裝前認真檢查工序質(zhì)量，確保坡腳、護底、坡面坡度、塊石墊層理坡滿足設(shè)計要求;（2）安裝時應(yīng)確保每個塊體相互鉤連和“上撐下頂”;（3）勤檢測，嚴格按設(shè)計每100m2安裝個數(shù)的要求安裝，把偏差控制在規(guī)范允許偏5%的范圍內(nèi);（4）勤觀測，每隔一段時間特別是在大風(fēng)浪過后要徹底進行檢查，對一些松動的部位和塊提要作調(diào)整。

6.現(xiàn)澆擋浪墻混凝土。擋浪墻每段長為10.0m，基礎(chǔ)厚俄日3.0m，墻身高俄日5.0m。擋浪墻混凝土澆筑施工關(guān)鍵是控制減少沉降和混凝土外觀質(zhì)量，分兩層澆筑，基礎(chǔ)1層，墻身1層，基礎(chǔ)反開挖施工，即坡面扭王字塊安裝完后，再進行開挖施工，流水作業(yè)，確?；A(chǔ)有充足時間沉降，待沉降趨向穩(wěn)定后再進行墻身澆筑。模板為全新整體鋼模，模板的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)以滿足剛度要求為準(zhǔn)，同時也考慮了模板自身穩(wěn)定、安全施工等因素?；炷潦┕み^程中應(yīng)注意新舊交接面的粗糙，通過埋設(shè)條石加強連接。擋浪墻后塊石墊層理坡和扭王字塊安裝應(yīng)注意與坡面的平緩過渡，注意與擋浪墻的相互擠密，確保護面體系整體性與完整性。

四、工后穩(wěn)定

施工后的穩(wěn)定性，也是很多的港口工程施工后需要著重分析的。注意護面體系中的任何一道工序施工不認真，均可能導(dǎo)致護面扭王字塊處于極限穩(wěn)定狀態(tài)，在波浪作用下，扭王字塊重新調(diào)整相互間的接觸以達到新的穩(wěn)定，從而引起連鎖滑動甚至傾覆，扭王字塊下滑后，形成脫節(jié)、空洞，減少勾連效果，出露墊層塊石。特大臺風(fēng)期間，大浪常常成群出現(xiàn)，造成增水，加大堤前水深，導(dǎo)致波浪力和越浪增加，塊石墊層石受強烈的動水壓力作用，塊石墊層小石塊最早被掏出來，其周圍相鄰石塊隨即失去嵌故而相繼松動，隨后陸續(xù)滾落，墊層被淘刷，繼而護面扭王字塊失穩(wěn)、被淘刷，造成防波堤受損。

五、結(jié)語

在進行施工時，各方都要對防波堤抵抗風(fēng)浪、涌浪的特性與長期性有一定的了解，對防波堤施工環(huán)境的惡劣性具有足夠的心理準(zhǔn)備，在港口工程開工前做好認真仔細的策劃，不遺漏任何不和諧的因素，確保大伙同心協(xié)力，共創(chuàng)防波提的穩(wěn)定和安全。

參考文獻：

[1]JTJ298-2011防波堤設(shè)計與施工規(guī)范[S].