扭工字塊安裝施工工藝及質(zhì)量控制

劉新斌

【摘要】以港珠澳大橋島隧工程?hào)|人工島5t扭工字塊安放應(yīng)用實(shí)踐為基礎(chǔ)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、網(wǎng)格劃分、點(diǎn)位劃分和計(jì)算、吊車定位和安裝效果等方面，淺談平臺(tái)上扭工字塊安裝工藝及質(zhì)量控制等技術(shù)問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】港珠澳大橋島隧工程；扭工字塊安裝；施工工藝；質(zhì)量控制

1 工程概況

東人工島島體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用施工期具備止水圍堰功能的插入式鋼圓筒，外側(cè)輔以拋石斜坡堤作為護(hù)岸結(jié)構(gòu)，其施工順序?yàn)橄却蛟O(shè)鋼圓筒，然后島內(nèi)回填砂及外側(cè)打設(shè)擠密砂樁，擠密砂樁完成后施工上面的斜坡堤。東人工島護(hù)岸工程為拋石斜坡堤結(jié)構(gòu)，斜坡堤緊貼鋼圓筒由內(nèi)向外依次設(shè)置碎石、二片石形成綜合倒慮結(jié)構(gòu)，以防止鋼圓筒自然腐蝕后回填砂漏出，倒濾層外側(cè)拋填大塊石堤身。護(hù)岸結(jié)構(gòu)外坡坡比為1：2-1：3，斜坡堤-6.0m以上安放消浪性能良好的5t扭工字塊體；扭工字塊體下設(shè)置1.1m厚度300～500kg塊石墊層。

東人工島護(hù)岸結(jié)構(gòu)扭工字塊安放共需約26331塊，每個(gè)扭工字塊重5t，扭工字塊砼方量2.174m3/個(gè)，采用強(qiáng)度等級(jí)C30素混凝土，塊體高2.483m。其主要起著消浪的作用，其安放質(zhì)量的好壞，對(duì)整個(gè)島體結(jié)構(gòu)的安全起著至關(guān)重要的作用。東島扭工字塊預(yù)制全部采用C30素混凝土，單個(gè)重量約5t。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，扭工塊安裝時(shí)-1.0m標(biāo)高以下采取隨機(jī)安放，-1.0m以上部分采取規(guī)則安放。

采用陸上130t和150t履帶吊進(jìn)行安裝，130t和150t履帶吊兩側(cè)履帶寬度分別為6.5m和6.65m，考慮吊車旋轉(zhuǎn)的安全距離，需在島壁大圓筒外設(shè)置寬度8.5m、標(biāo)高+2.5m的平臺(tái)作為停機(jī)位。由此，扭工字塊施工主要分為兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段從-5.2m平臺(tái)安裝至+0.4（預(yù)留50cm沉降）平臺(tái)往岸側(cè)6.5m范圍左右，包括隨機(jī)和規(guī)則安裝；第二階段在拆除島壁砂袋圍堰，并開(kāi)挖大圓筒后，用停機(jī)平臺(tái)的石塊回填圓筒倒濾層，吊車在島內(nèi)進(jìn)行平臺(tái)剩余部分的規(guī)則安放。施工斷面如圖1-1和1-2所示。

2 工藝流程

扭工塊安裝施工工藝流程如圖2-1所示。

3 主要施工工藝

3.1安裝網(wǎng)格、點(diǎn)位劃分和計(jì)算、吊機(jī)定位

為了方便施工和更好控制施工精度，確保施工質(zhì)量，故在每個(gè)安裝區(qū)域內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)格或點(diǎn)位的定位劃分。如表3.1-1所示。

3.1.1網(wǎng)格劃分

將安裝區(qū)域劃分為若干個(gè)2.5m×2.5m的方格網(wǎng)，并對(duì)每個(gè)方格網(wǎng)進(jìn)行編號(hào)，根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，每100平米需安裝扭工字塊55塊，根據(jù)網(wǎng)格劃分圖，每個(gè)方格網(wǎng)需安裝扭工字塊約3～4塊。

3.1.2點(diǎn)位劃分

根據(jù)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，扭工塊規(guī)則安放時(shí)"垂直桿安放在坡面下面，并壓在前排的橫桿上，橫桿置于墊層塊石上，腰桿跨在相鄰的橫桿上"，如縮微實(shí)體模型規(guī)則安放（見(jiàn)圖3.1.2-1所示），每100m2扭工塊安裝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量為45塊。安裝的平面扭角為20.4度，平均列間距約為1.770m，平均排間距為1.26m。

規(guī)則安裝時(shí)，點(diǎn)位法是在設(shè)計(jì)圖中按縱橫間距和扭角計(jì)算立桿頂面的中心坐標(biāo)（起吊時(shí)，吊鉤中心位置接近于立桿中心）；隨機(jī)安裝時(shí)，則假設(shè)列距不變?yōu)?.770m，按每100m2安裝55塊計(jì)算排距L=100/55/1.77=1.027m進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算，此時(shí)沒(méi)有扭角。

根據(jù)扭工字塊設(shè)計(jì)圖紙，結(jié)合安裝區(qū)域位置及面積大小，對(duì)區(qū)域內(nèi)每個(gè)扭工字塊進(jìn)行定位，并編號(hào)，計(jì)算出每個(gè)扭工字塊的坐標(biāo)。

3.1.3吊機(jī)定位

陸上采用130t履帶吊進(jìn)行安裝。吊車定位具體操作方法：履帶吊停好位置，對(duì)吊車一側(cè)履帶2個(gè)角點(diǎn)及吊車轉(zhuǎn)盤中心點(diǎn)進(jìn)行定位。根據(jù)吊車履帶的2個(gè)角點(diǎn)可得到吊車0°方向線，與正北方向的夾角即為其方位角。見(jiàn)圖3.1.3-1。

根據(jù)測(cè)得的方位角、吊車中心點(diǎn)的坐標(biāo)及每個(gè)扭工塊的坐標(biāo)，即可計(jì)算出每個(gè)扭工字塊的水平轉(zhuǎn)角及吊車伸距（極坐標(biāo)）。如表3.1.3-2，安裝時(shí)，根據(jù)每個(gè)扭工字塊的計(jì)算結(jié)果來(lái)操作吊機(jī)，確保安裝到位。采用由離岸往近岸安裝，呈棱形向前推進(jìn)的安裝原則。

扭工塊安裝的定位均采用極坐標(biāo)法進(jìn)行定位，履帶吊根據(jù)計(jì)算出的扭工字塊點(diǎn)位或安裝網(wǎng)格的極坐標(biāo)參數(shù)，通過(guò)調(diào)整自身水平轉(zhuǎn)角及仰俯角將扭工字塊吊至指定區(qū)域，定位完成后，開(kāi)始扭工字塊的下放入水。

3.2安裝工藝

本工程扭工字塊安裝采用鋼絲繩吊裝，吊裝設(shè)備配有自動(dòng)脫鉤器，吊裝時(shí)需注意防止碰撞，損壞扭工字塊棱角。鋼絲繩與扭工字塊直接接觸，易造成扭工字塊滑動(dòng)，使扭工字塊表面破壞，以致斷裂。為防止此類現(xiàn)象發(fā)生，故在鋼絲繩外套一層橡皮管。自動(dòng)脫鉤為偏心構(gòu)件，當(dāng)其起吊時(shí)，鋼絲繩緊繃，吊鉤部分朝下，牢牢鉤住扭工字塊，當(dāng)其缷鉤時(shí)，吊鉤朝上，完成脫鉤。

扭工塊安裝的定位均采用極坐標(biāo)法進(jìn)行定位，履帶吊根據(jù)計(jì)算出的扭工字塊點(diǎn)位或安裝網(wǎng)格的極坐標(biāo)參數(shù)，通過(guò)調(diào)整自身水平轉(zhuǎn)角及仰俯角將扭工字塊吊至指定區(qū)域，定位完成后，開(kāi)始扭工字塊的下放入水。

3.2.1隨機(jī)安放

根據(jù)施工定位網(wǎng)格或點(diǎn)位進(jìn)行扭工字塊的安放，利用方向調(diào)節(jié)桿將對(duì)扭工字塊進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，盡量和周圍已安裝好的扭工塊相互勾連，保持相對(duì)平整。安放時(shí)需要控制安放厚度，厚度為3.1m，入水深度可通過(guò)在吊繩上面標(biāo)上刻度進(jìn)行換算和吊機(jī)內(nèi)控制面板上讀取。

由于受水流影響，扭工字塊經(jīng)常無(wú)法直接安放至指定位置，通過(guò)反復(fù)起鉤調(diào)整，直至安放滿足要求。定點(diǎn)隨機(jī)安放時(shí)，不得有漏放和過(guò)大隆起。由于扭工字塊在標(biāo)高-1.0m 以下隨機(jī)安放，故按規(guī)定的固定點(diǎn)來(lái)安放扭工字塊難度較大，所以通過(guò)控制好邊界及厚度，反復(fù)在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)進(jìn)行安放，嚴(yán)格控制安裝數(shù)量，確保安放數(shù)量偏差應(yīng)控制在5%以內(nèi)。

3.2.2規(guī)則安放

通過(guò)縮微模型擺推算平臺(tái)上扭工字塊規(guī)則安放數(shù)量應(yīng)為45塊/100m2，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境同意將5t扭工塊在平臺(tái)上規(guī)則安放數(shù)量由規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)值調(diào)整為試驗(yàn)值45塊/100m2。

東人工島按圖3.1.2-1所示安放方式進(jìn)行了扭工字塊規(guī)則安放典型施工。為計(jì)算其實(shí)際安放數(shù)量，現(xiàn)場(chǎng)取16列5排的規(guī)則安放區(qū)域，面積經(jīng)測(cè)量計(jì)算為28.32×6.56=186m2，安放數(shù)量為43塊/100m2，安放數(shù)量偏差為-4.4%，滿足±5%的設(shè)計(jì)要求。

規(guī)則安放，故需趁水位較低時(shí)安放，且需人工扶持、調(diào)整扭工字塊姿態(tài)、角度等。按平面扭角20.4度，垂直桿安放在海側(cè)，并壓在前排的橫桿上，橫桿置于墊層塊石上，腰桿跨在相鄰的橫桿上的方法進(jìn)行安裝。為了確保扭工字塊處于同一直線上，在安放時(shí)，先定位每一排扭工字塊的軸線，并用細(xì)繩做標(biāo)記，嚴(yán)格按照軸線來(lái)安放。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）扭工字塊兩端連接處較為脆弱，加上運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，容易造成斷裂及破損。要求承包商在裝運(yùn)扭工字塊的時(shí)候，盡量避免堆疊擺放，且用木塊支墊塊體下部?jī)啥?，保證運(yùn)輸過(guò)程中扭工字塊穩(wěn)定擺放，避免磕碰，造成不必要的損傷。如有嚴(yán)重破損或斷裂的塊體作報(bào)廢處理。

（2）扭工字塊安裝前的拋石斷面平整度是影響安裝質(zhì)量的一個(gè)重要因素，拋石斷面不平整容易造成扭工字塊傾斜，進(jìn)而出現(xiàn)局部缺陷或過(guò)大隆起，因而拋石斷面平整應(yīng)作為質(zhì)量控制重點(diǎn)認(rèn)真抓好。安裝前拋石斷面整平嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范把關(guān)，安裝過(guò)程中按照網(wǎng)格計(jì)算的位置精確調(diào)整位置，控制轉(zhuǎn)向后安放，并在施工過(guò)程中期安排潛水員下水拍攝安放情況，便于及時(shí)調(diào)整，保證安裝質(zhì)量。

（3）由于前期制作的扭工字塊停放時(shí)間長(zhǎng)，容易造成編號(hào)模糊，給出運(yùn)和安裝過(guò)程數(shù)據(jù)記錄造成一定的麻煩。要求預(yù)制場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)施工人員對(duì)出運(yùn)前的扭工字塊認(rèn)真查驗(yàn)，對(duì)編號(hào)模糊的扭工字塊進(jìn)行重新噴涂編號(hào)，避免因編號(hào)錯(cuò)誤造成相關(guān)運(yùn)送及安裝記錄的錯(cuò)亂。

（4）扭工字塊均勻分布在各個(gè)安裝區(qū)域是保證消浪效果及美觀的重要因素，根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)量及規(guī)范要求，將扭工字塊均勻的分布在各個(gè)安裝區(qū)域，可以切實(shí)的達(dá)到相應(yīng)消浪效果，且可以保證安裝效果的美觀性。

為了方便施工和更好地控制扭工塊均勻分布在安裝區(qū)域，確保施工質(zhì)量和要求，要求工區(qū)嚴(yán)格按照每個(gè)安裝區(qū)域內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)格或點(diǎn)位的定位劃分進(jìn)行施工。

（5）從水文資料可以看出，施工區(qū)域流速較大、水深較深，水流、波浪給施工船舶的定位、扭工字塊尤其是規(guī)則安放的精度控制難度相當(dāng)大。需要制定詳細(xì)施工方案，確保施工質(zhì)量和安全。

（6）從水文資料可以看出，施工區(qū)域的最低潮位隨時(shí)間變化，故要隨潮位變化而調(diào)整安放時(shí)間，這也給施工帶來(lái)了一定的困難。潮位隨時(shí)間變化，需要嚴(yán)格掌控潮位變化時(shí)間，儲(chǔ)存一定數(shù)量的扭工字塊于相應(yīng)安放區(qū)域，需趁水位較低時(shí)安放，由人工扶持、調(diào)整扭工字塊姿態(tài)、角度等。安裝時(shí)，水平面扭角20.4度，垂直桿安放在海側(cè)，并壓在前排的橫桿上，橫桿置于墊層塊石上，腰桿跨在相鄰的橫桿上的方法進(jìn)行安裝。

為了控制同排扭工塊的順直度和高差，安裝過(guò)程中，定位每一排扭工字塊的軸線，并及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整偏差。

5結(jié)語(yǔ)

以港珠澳大橋東人工島扭工字塊安裝應(yīng)用實(shí)踐為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境、網(wǎng)格劃分、點(diǎn)位劃分和計(jì)算、吊車定位等控制手段，有效的實(shí)現(xiàn)了扭工字塊隨機(jī)和規(guī)則擺放的順利進(jìn)行。

扭工塊隨機(jī)安裝可采用網(wǎng)格法和點(diǎn)位法進(jìn)行定位，均能有效控制單位面積內(nèi)扭工字塊安裝數(shù)量，避免局部多安或漏安的現(xiàn)象。

扭工塊平臺(tái)上規(guī)則安放時(shí)，平面扭角20.4度，垂直桿安放在海側(cè)，并壓在前排的橫桿上，橫桿置于墊層塊石上，腰桿跨在相鄰的橫桿上，能確保護(hù)面塊整齊有序，相互勾連。安裝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量經(jīng)縮微實(shí)體模型安裝試驗(yàn)驗(yàn)證，應(yīng)為45塊/100m2，現(xiàn)場(chǎng)安放數(shù)量滿足不小于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量95%的要求。

采用陸上吊車安裝扭工塊的工藝，需增設(shè)拋石平臺(tái)做為吊機(jī)停機(jī)位，缺點(diǎn)是減少了第一階段的安裝量，優(yōu)點(diǎn)在于：①受風(fēng)浪影響小，陸上吊車較起重船穩(wěn)定，安裝扭工塊安全性高，精度準(zhǔn)；②增設(shè)平臺(tái)可作為島內(nèi)大圓筒內(nèi)的拋石儲(chǔ)備。

因此，本文所述扭工字塊陸上隨機(jī)安放和規(guī)則安放的施工工藝是可行的，同時(shí)也為后續(xù)類似工程提供了一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

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