影響低堤身拋石斜坡防波堤質量的關鍵性因素及控制措施

陳 凌

(中交四航局第三工程有限公司， 廣東 湛江524009)

目前， 在低堤身越浪式拋石斜防波堤施工流程中， 以及在從水下施工變為水上施工、 水上施工變為陸上施工方法上， 拋石理坡、 護面塊體安裝及堤身穩定等質量問題難以控制[1-3]。 某防波堤工程總拋石量為190 萬m3， 防波堤總長度2 028.6 m，堤頂高程為6.0 m， 為拋石斜坡堤形式， 堤身坡度為1∶1.5， 堤頭段和轉彎段外側擴大為1∶2， 采用10、 15、 20 t 共3 種規格扭王字塊護面， 采取定位水拋與陸上推填相結合的方式拋石施工， 拋石原泥面高程-15 ～-8 m 不等。 本文論述在低堤身越浪式拋石斜防波堤施工流程中如何控制影響質量的關鍵性因素。

1 質量難點的關鍵性因素分析

某工程所在海域海況惡劣， 冬季的寒潮、 夏季的西南季風和臺風對在建防波堤的結構安全構成巨大威脅。 特別是寒潮所帶來的北偏西方向波浪對防波堤造成巨大破壞， 致使已完成的27 m 堤身在高程-1.0 m 以上部分均被摧毀， 不但造成巨大經濟、 工期損失， 且難以對堆高部分恢復原斷面質量。 因此， 在海況惡劣條件下確保施工過程中堤身結構安全是整體工程質量的關鍵。

由于工程為越浪式防波堤， 堤頂高程低、 寬度小， 堤心石和扭王字塊安裝在內的多個分部分項工程施工方式均為水上作業， 約80%護面扭王字塊位于設計低水位以下， 若要把駁船水上安裝扭王字塊改為在陸上進行安裝， 須配置150 t 履帶吊機方能滿足吊裝距離要求， 且主要的質量要求是單位面積內安裝塊數， 即安裝密度是否達到設計密度要求， 見表1。 本工程10 t 扭王字塊安裝設計密度為25 塊∕(100 m2) ， 15 t 扭王字塊安裝設計密度為19 塊∕(100 m2)， 20 t 扭王字塊安裝設計密度為16 塊∕(100 m2)。 水下扭王字塊安裝的定位則是關鍵性問題。

表1 防波堤扭王字塊安裝參數

針對防波堤在施工過程中及施工后受波浪力直接作用的特點， 確保各拋石到位和穩定是防波堤體系穩定的基礎， 因此， 防波堤堤身在施工過程中的穩定性和確保防波堤護面體系在施工完成后的穩定性是防波堤施工的關鍵保證。

要全面了解防波堤的沉降、 水平位移情況，須設置臨時觀測點及永久觀測點， 并常對其變形進行分析， 得出變形的規律及變化， 有效監控防波堤在施工、 完工期間的安全性、 適用性、 耐久性， 避免因沉降、 位移原因造成質量事故。

2 關鍵性因素的控制措施

2.1 硬化臨時道路，采用堤頂應力消散措施

防波堤基本淹沒在海水中， 其堤頂正好處于浪濺區， 受到漲落潮和波浪的破壞很大。 如果按照常規施工方法， 每次退潮后都須動用機械對臨時堤頂道路進行清理、 修復， 質量驗收無法完成，相當耗費時間和成本。 因此采取了適當降低堤頂施工高度、 對臨時通道進行硬化處理、 根據波浪特征計算設置一定間距的消浪泄能孔、 在硬化路面兩邊沿設置加強鋼絲網等措施(圖1)， 保障了施工堤頂臨時道路經受住風浪和潮水的沖擊不破壞， 極大改善施工安全條件， 確保在惡劣施工條件下堤身結構的質量與安全。

圖1 采用堤頂應力消散措施控制堤身質量

2.2 使用RTK 系統控制水下扭王字塊安裝的定位

為達到水下扭王字塊安裝的定位準確性， 應用中海達RTK 系統實現防波堤扭王字塊安裝的實時定位顯示(圖2)， 可顯示移動塊與放樣點的相對位置并提供操作作業[4]。

圖2 扭王字塊定點安裝顯示

2.2.1 安裝網格設計

為使扭王字塊安裝密度達到設計要求， 安裝前根據扭王字塊規格和防波堤外形尺寸確定每個扭王字塊的定點安裝坐標， 采用定點隨機安裝，安裝網格采用梅花形布置。

網格間距的計算公式為[5]:

式中:N為每100 m2面積內扭王字塊安裝個數；B為相鄰塊體行間距(m)，B=1.15H；L為前后相鄰排的間距(m)，L≈0.57B；H為扭王字塊設計高度(m)。

經計算， 對10 t 扭王字塊，N=25 塊，B取2.773 m，L取1.442 m； 對15 t 扭王字塊，N=19 塊，B取3.181 m，L取1.654 m； 對20 t 扭王字塊，N=16 塊，B取3.467 m，L取1.803 m。

計算確定扭王字塊定點安裝間距B、L后， 在已有防波堤總平面布置圖上完成扭王字塊安裝網格圖(圖3)。

圖3 扭王字塊安裝網格

2.2.2 安裝點坐標

根據扭王字塊安裝網格圖， 對扭王字塊安裝點按順序進行快速編號。 編號完成后， 選擇扭王字塊安裝點編號， 完成扭王字塊安裝定點坐標的數據提取(圖4)。

圖4 定點坐標數據提取操作界面

2.2.3 RTK 系統安裝連接

根據控制點， 建立RTK 基準站， 經由電臺發送實時差分信號。 在起重機上安裝RTK 移動站， 使扭王字塊安裝時RTK 移動站與扭王字塊質心平面坐標重合。 本工程將移動站懸掛于吊鉤下方。

2.2.4 扭王字塊安裝

扭王字塊安裝時， 起重指揮人員手持平板電腦， 選擇放樣點， 根據平板電腦顯示相對位置和引導信息， 指揮起重機吊運扭王字塊向放樣點靠近。 根據提示微調扭王字塊移至與放樣點平面距離小于0.2 m 即可緩慢下放扭王字塊， 完成扭王字塊安裝。 安裝作業完成后， 導出扭王字塊實際安裝點平面坐標， 計算與設計放樣點偏差， 并將實際安裝點展開到安裝網格CAD 圖中對比檢查有無漏放、 重疊。

2.3 應用無人機航拍協助防波堤護面塊體安裝密度的控制措施

防波堤工程平面布置范圍大， 扭王字塊安裝施工區域也相對較大， 安裝密度、 勾連咬合質量檢查困難。 因此， 采取無人機航拍協助控制防波堤護面塊體安裝密度。 即提前在安裝好的扭王字塊頂上噴涂上明顯的4 個點， 并測好4 點的坐標， 算出面積， 然后降低無人機飛行高度， 定點抓拍該范圍， 計算扭王字塊的安裝密度并監測相互間的咬合情況(圖5)。 起到了積極的協助和支持作用， 值得類似海上工程施工管理借鑒和推廣。

圖5 無人機航拍協助扭王字塊安裝質量控制

2.4 加密布設沉降位移觀測桿措施

要全面了解防波堤的沉降、 水平位移情況，須設置臨時觀測點及永久觀測點， 并對其變形進行分析， 得出變形的規律及變化， 有效監控防波堤在施工、 完工期間的安全性、 適用性、 耐久性，避免因沉降、 位移原因造成質量事故。

3 施工過程的質量控制

1)堤心石卸料時， 自卸汽車應盡可能靠近堤頭以利于石料向前滾落， 減少卸在堤頂面的石料數量。 卸料完成后， 再用挖掘機和裝載機向前推填。

2)堤心石陸拋過程中， 超拋堤心石， 控制堤頂高程3.0 m、 堤頂寬度不小于8.0 m， 采用RTK系統測量控制。

3)塊石墊層水拋作業緊跟堤心石陸拋作業施工， 采用裝載機上平板船拋填、 RTK 系統平面定位， 人工打水砣控制高程。 水拋時， 船身垂直于防波堤堤軸線， 裝載機鏟起石料后從兩側船舷拋下， 拋填達到高程后移船拋填下一斷面， 每次移船距離2～3 m。

4)心石推填至日最低潮位低于1.0 m 時(一般持續5～6 d)， 停止堤心石陸拋， 換填超拋部分堤心石為塊石墊層， 開始墊層塊石理坡作業， 控制頂高程3.0 m。 理坡作業在潮位最低時進行， 在堤頂間隔15 m 設置木質理坡架， 作為坡面高程參照。 水下部分坡面， 采用長臂挖機配合人工打水控制高程。

5)理坡完成后， 堤頂鋪二片石整平， 控制堤頂高程為2.9 m。

6)底塊石水拋采用反鏟挖掘機或裝載機船上拋填、 RTK 系統平面定位、 人工打水坨控制高程。水拋時， 船身垂直于防波堤堤軸線， 裝載機或挖掘機裝石料后從兩側船舷拋下， 拋填達到高程后移船拋填下一斷面， 每次移船距離裝載機拋為2～3 m、 挖掘機拋為4～5 m(圖6)。

圖6 護底塊石水拋施工

4 結語

1)堤身拋石、 理坡將水下施工變為水上施工、水上施工變為陸上施工， 將水下控制轉為水上控制， 有效地確保施工的連續性和可控制性。

2)護面塊體的安裝以技術創新保質量， 以質量保進度， 使得各工序操作銜接并進。

3)定期施工過程及工后沉降監控確保堤身的穩定。

4)采用新設備檢驗各工序在施工過程的符合性， 在類似海況的工程施工中有一定的借鑒意義。