長周期波中防波堤施工技術(shù)研究

◎ 云剛 中交四航局第五工程有限公司

1.工程概況

加納TEMA 項(xiàng)目位于非洲西部，加納南部沿海，瀕臨幾內(nèi)亞（GUINEA）灣的北側(cè)，與首都阿克拉（ACCRA）相距約26km，位于特馬港現(xiàn)有泊位西側(cè)，交通條件比較便利。

加納TEMA項(xiàng)目所在地海域在當(dāng)?shù)赜昙荆?月～10月）期間風(fēng)浪較大，旱季（11月至次年4月）風(fēng)浪相對較小。波向以S～SW為主，風(fēng)浪波高在1-2m，周期在6s以內(nèi)；涌浪來自于西南的大西洋，波高往往低于1m，但周期都較長，在10～16s左右。

加納TEMA項(xiàng)目所在地2014年度海域波浪情況統(tǒng)計(jì)如表1所示。波浪頻率統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表1 波況情況

表2 波浪頻率統(tǒng)計(jì)表

2.防波堤設(shè)計(jì)

項(xiàng)目防波堤長度為3848m，防波堤為斜坡式。防波堤寬度分別為11.233m、15.019m、11.751m、9.651 m 和8.573 m，堤頂標(biāo)高從+5.7m至+9.27m。防波堤的平面位置見圖1。

圖1 加納TEMA防波堤平面位置圖

均采用拋石斜坡堤結(jié)構(gòu)，外側(cè)肩臺-5.50 m以上部分采用2 mACCROPODEⅡ型護(hù)面，外側(cè)肩臺-5.50m以下部分采用2-5t護(hù)面塊石護(hù)面，內(nèi)側(cè)肩臺-4.0m以下不作護(hù)面，由堤心石組成，內(nèi)側(cè)肩臺-4.0m以上部分由2-5t大塊石護(hù)面。

防波堤堤心石采用1-1000k g塊石，坡度分別為1:1.5、1:1.33和1:1.25。防波堤內(nèi)側(cè)回填依次為300-500kg墊層塊石及2-5t護(hù)面塊石；外側(cè)斜坡面依次300kg-500kg墊層塊石、2-5t護(hù)面塊石和2m3護(hù)面塊體，防波堤石料總量約為295萬m3。防波堤斷面圖見圖2。

2.1.2 混合對照品溶液的制備 精密稱定金絲桃苷、朝藿定B、朝藿定A、朝藿定C、淫羊藿苷、木犀草素、槲皮素、川陳皮素、山柰酚、寶藿苷I適量，80%甲醇溶解定容、搖勻，制成含有96.8 μg/mL金絲桃苷、119.04 μg/mL朝藿定B、213.2 μg/mL朝藿定A、257.32 μg/mL朝藿定C、390 μg/mL淫羊藿苷、4.136 μg/mL木犀草素、42.24 μg/mL槲皮素、16.69 μg/mL川陳皮素、24.416 μg/mL山柰酚、17.984 μg/mL寶藿苷I的混合對照品溶液，放于4 ℃冰箱保存，備用。

圖2 防波堤典型斷面圖

3.施工方法

防波堤由陸側(cè)堤根往海側(cè)推進(jìn)，分為陸上推填及水上拋填兩種方式進(jìn)行施工。施工工藝流程為：堤心石施工→護(hù)腳塊石→外側(cè)墊層塊石施工→護(hù)面塊體安裝→內(nèi)側(cè)墊層塊石施工→內(nèi)側(cè)護(hù)面塊石安裝→堤頂施工。

3.1 堤心石施工

防波堤堤心石由25m的自卸運(yùn)輸車將石料運(yùn)至防波堤堤頭或臨時(shí)出運(yùn)碼頭處實(shí)施卸料。堤心石拋填分為水上拋填及陸上推填兩種施工工藝。根據(jù)總進(jìn)度計(jì)劃安排及現(xiàn)場所具備的條件，防波堤0+000～0+800區(qū)段全部采用陸上推填施工，800m以外-7m以上部分采用陸上推填施工，800m以外-7m以下部分采用水上拋填施工。

陸上推填過程中，外側(cè)按設(shè)計(jì)斷面尺寸進(jìn)行推填，內(nèi)側(cè)按1:1進(jìn)行推填。位于591m里程以外部分，堤心石頂標(biāo)高加高至+4.0m，堤內(nèi)側(cè)加寬至約12m，當(dāng)滿足堤上施工車輛通行條件后，防波堤內(nèi)側(cè)加寬部分挖除至原堤心石斷面，挖除的堤心拋填至下層坡腳不足的地方，多余的由自卸車運(yùn)送至堤頭進(jìn)行拋填，然后接著進(jìn)行堤內(nèi)側(cè)護(hù)面塊石拋理施工。

防波堤陸上推填施工采用兩種方式：

①由自卸車直接從石場將石料運(yùn)至堤頭進(jìn)行直卸，采用SD32推土機(jī)進(jìn)行推填鏟平；

②將臨時(shí)堆存在現(xiàn)場石料堆放場的石料由挖掘機(jī)裝車，然后運(yùn)至堤頭進(jìn)行直卸回填，采用SD32推土機(jī)進(jìn)行推填鏟平回填。

陸上推填過程中，每隔100m設(shè)置一個(gè)車輛及設(shè)備調(diào)頭區(qū)，保障陸上施工設(shè)備通行順暢。在防波堤堤頂運(yùn)輸?shù)缆穬蓚?cè)將采用塊石連續(xù)堆碼，形成防撞墻，在調(diào)頭區(qū)需加密放置，間距1m放置一塊大塊石。

堤心石每填90m左右，開始進(jìn)行堤心石外側(cè)理坡，理坡用短臂挖掘機(jī)及長臂挖掘機(jī)配合進(jìn)行，水面以上可用短臂挖掘機(jī)進(jìn)行理坡，水下部分可用長臂挖掘機(jī)進(jìn)行理坡。

水下拋填部分按照設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行粗拋控制，粗拋完成后再進(jìn)行細(xì)拋施工。結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃磺闆r，乘高潮時(shí)可進(jìn)行-7m～-5m區(qū)域補(bǔ)拋，加快防波堤施工進(jìn)度。

防波堤800 m以內(nèi)全部采用陸上推填施工，位于800m以后-7m以下部分就全部采用大方量水上拋填施工，水上拋填每層按照4m 控制。防波堤堤心石水上拋填采用2艘1500m開體駁實(shí)施粗拋，再由2艘40m開體駁配一艘2000t定位駁實(shí)施補(bǔ)拋，1艘1000t平板駁+鉤機(jī)實(shí)施細(xì)拋處理。

堤心石主體拋填時(shí)選擇平行于軸線方向定位方式進(jìn)行拋填。堤心石主體斷面成型控制可分為斷面成型厚度控制和斷面邊坡成型控制。為保證堤心石主體的斷面成型控制，堤心石主體拋填采取從斷面中間向兩側(cè)，由底部向上逐層加高的方式進(jìn)行拋填施工。

3.2 防沖刷層、護(hù)腳塊石

堤心石理坡完成后，進(jìn)行防沖刷層塊石施工。該層離堤心石頂較遠(yuǎn)，長臂挖掘機(jī)只能施工部分區(qū)域，剩余部分利用履帶吊配吊斗進(jìn)行。防沖刷層底為50cm厚二片石，上層為1.1m厚300-500kg塊石。先進(jìn)行二片石施工，二片石拋填用150T履帶吊配吊斗進(jìn)行，采用網(wǎng)格定位測量法進(jìn)行拋填，按2m×2m網(wǎng)格進(jìn)行劃分。施工時(shí)，提前在堤心石頂面放樣出控制線，在控制線上每隔2m做一個(gè)控制點(diǎn)，根據(jù)控制線調(diào)整履帶吊位置，將履帶吊中線與控制線重復(fù)對齊。用挖掘機(jī)或鏟車將二片石石料裝進(jìn)吊斗內(nèi)，履帶吊吊臂調(diào)整至與控制線垂直，根據(jù)吊臂垂直角度及半徑，進(jìn)行拋填施工，完成控制線垂直那條網(wǎng)格拋石后，沿著控制線移動履帶吊至下一個(gè)控制點(diǎn)，即平移2m，進(jìn)行下一條網(wǎng)格拋石施工，依次完成所有二片石拋填施工。

防沖刷層完成一段施工后，進(jìn)行2～5 t 護(hù)腳塊石拋填施工，890～3848m沒有防沖刷的區(qū)域在完成堤心石理坡后即可進(jìn)行外側(cè)肩臺-5.5m以下2～5t護(hù)面塊石拋填施工。護(hù)腳塊石及肩臺以下護(hù)面塊石都為2.1m厚，施工時(shí)用150T履帶吊配梅花抓斗或者鏈條網(wǎng)兜進(jìn)行。

3.3 外側(cè)墊層塊石施工

防波堤外側(cè)墊層為300～500kg塊石，厚度為1.1m，墊層拋填用26m長臂挖掘機(jī)配梅花抓斗進(jìn)行施工。墊層理坡用26m長臂挖掘機(jī)配抓斗進(jìn)行施工，墊層理坡前，進(jìn)行測量放樣，每隔20m設(shè)置一道坡度架控制坡度。施工時(shí)各斷面的墊層石的拋理均嚴(yán)格按照已設(shè)立好的的坡度架進(jìn)行施工，墊層石的拋理厚度、平整度及密實(shí)度按照規(guī)范進(jìn)行，2～5t塊石拋填施工時(shí)，靠內(nèi)側(cè)坡面石塊不要超過設(shè)計(jì)的坡面，墊層塊石理坡時(shí)用墊層塊石填補(bǔ)2～5t塊石不足地方，用長臂挖掘機(jī)清理出“V”型槽處多余的墊層塊石。

3.4 護(hù)面塊體安裝施工

墊層塊石理坡完成后，進(jìn)行護(hù)面塊體的安裝施工，用150t履帶吊進(jìn)行吊裝，混凝土護(hù)面塊體層厚為1.71m。護(hù)面塊體預(yù)制完成后，用平板車及10t叉車轉(zhuǎn)運(yùn)至存放區(qū)域，大部分護(hù)面塊體將直接卸車即安裝，部分護(hù)面塊體如不能安放，順堤臨時(shí)存放在堤面坡肩上，以不影響施工通道為前提。

安放護(hù)面塊體時(shí)由下往上安放，底部的塊體與墊層塊石接觸緊密。護(hù)面塊體安裝采用POSIBLOC V3實(shí)時(shí)三維可視安裝系統(tǒng)進(jìn)行施工，由CLI公司提供技術(shù)支持。每塊護(hù)面塊體安裝定位坐標(biāo)及護(hù)面塊體安裝密度由CLI公司計(jì)算提供，施工時(shí)，根據(jù)每塊護(hù)面塊體相應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行安裝，通過可視系統(tǒng)監(jiān)控護(hù)面塊體實(shí)時(shí)位置，確定后即安裝護(hù)面塊體。

3.5 內(nèi)側(cè)墊層塊石施工

碼頭前沿線內(nèi)側(cè)0～690m段防波堤內(nèi)側(cè)為倒濾層，倒濾層為30cm厚二片石及一層土工布。完成堤心石內(nèi)側(cè)理坡，用長臂或短臂挖掘機(jī)配挖斗進(jìn)行二片石施工，二片石順著堤心石內(nèi)坡進(jìn)行鋪設(shè)。土工布上下搭邊寬度均為2m，土工布搭接位置長度為1m。690～3848m防波堤內(nèi)側(cè)為墊層塊石，為300～500kg塊石，厚度為1.1m。改墊層施工方法與外側(cè)墊層塊石施工一致。

3.6 內(nèi)側(cè)護(hù)面塊石安裝施工

防波堤690～3848m段才有內(nèi)側(cè)護(hù)面塊石，為2～5t大塊石，層厚為2.1m，施工方法與外側(cè)護(hù)面塊石施工方法一致。

3.7 堤頂施工

待3848m整個(gè)防波堤其他工序完成后，即從堤頭往堤根方向進(jìn)行堤頂施工。堤頂主要為護(hù)面塊體及2～5t護(hù)面塊石，用150T履帶吊進(jìn)行安裝。

4.注意事項(xiàng)

（1）加納特碼項(xiàng)目處于外海區(qū)域，每年5～10月份受季風(fēng)期影響，海況惡劣。為保證施工期防波堤的主體結(jié)構(gòu)安全，防波堤推填過程中，盡量縮短防波堤外側(cè)裸露長度，堤心裸露長度控制于100m以內(nèi)，同時(shí)加快防波堤的護(hù)面塊石及護(hù)面塊體安裝進(jìn)度；

（2）POSIBLOC系統(tǒng)是比較有效且較新的施工方法，施工前應(yīng)進(jìn)行專門的技術(shù)培訓(xùn)，施工前一周由CLI技術(shù)人員指導(dǎo)安裝試驗(yàn)段護(hù)面塊體；

（3）選擇典型部位進(jìn)行試拋?zhàn)鳂I(yè)，確定不同水深、不同區(qū)域的水流對塊石作用產(chǎn)生的偏移量數(shù)據(jù)，以便用于施工改正。在施工過程中經(jīng)常分析石體落位偏差情況，并及時(shí)作出調(diào)正；

（4）開體駁拋石控制的原則是寧低毋高，減少超拋塊石處理的工作量；拋石過程中可用傳統(tǒng)測深方法勤測水深，適時(shí)對拋填效果進(jìn)行檢測修正；

（5）護(hù)面塊體采取如下的原則進(jìn)行控制：①第N+1排的塊體要安放于第N排的塊體之間，即相鄰排的塊體交錯(cuò)安裝；②同排塊體盡量避免重疊，即同排相鄰塊體不應(yīng)有前后的接觸，以免影響下一排的安裝。若出現(xiàn)重疊，應(yīng)對塊體的姿勢作調(diào)整，這樣對于塊體的穩(wěn)定有利；③第N+1排塊體由第N排塊體和墊層塊石來承重。除了第一排塊體外；④塊體在坡面上可斜向放置，并使塊體的一半桿件與墊層接觸，但相鄰塊體的擺向不宜相同。

5.結(jié)束語

在施工企業(yè)走向國際化的進(jìn)程之中，水工工程的施工環(huán)境越來越復(fù)雜，將面臨與以前所做工程完全不同的施工作業(yè)環(huán)境。工程施工前要充分了解風(fēng)浪水文及影響要素，選擇合適的施工工藝，積極創(chuàng)新，才能提升施工企業(yè)在國際上的競爭力，同時(shí)也為類似項(xiàng)目提供施工經(jīng)驗(yàn)。