填海造陸工程中大型護岸結構施工技術研究

□文/周俊龍 徐新成 石怡安

隨著我國對海上權益的重視和沿海發達城市擴充城市空間的需求，填海造陸逐漸成為海上（近海）工程施工的一大重點[1～2]；另外，近年來跨海大橋開始興建，在建設過程中同樣需要進行大量的填海造陸施工，如港珠澳大橋和深中通道在建設過程中即采用填海造陸的方法建造人工島作為后續工程的依托[3～5]。因此，對填海造陸施工技術的研究對未來一個階段我國近海大型工程的施工有積極的意義。

1 工程概況

某人工島工程離岸3.6 km，擬建工程區天然水深為-8～-14 m，西北側有海拔288 m左右的塔嶺向海延伸。護岸包括外護岸2 571.3 m 和內護岸端部與外護岸銜接處200 m，斜坡式結構。護岸堤身拋填采用10～500 kg開山石，坡比為1∶1.5。堤心后方內坡倒濾結構鋪設厚度≥500 mm的二片石、厚度≥800 mm的混合倒濾層和兩層反濾土工布，土工布密規格≮400 g/m2。外坡采用19、25、32 t 扭王字塊作為護面塊體，其下根據位置不同分為1 000～2 000、1 250～2 500、1 600～3200 kg3種不同規格的墊層塊石。坡腳水平段扭王字塊體前方拋填塊石棱體，塊石棱體根據位置不同分為1 000～2 000、2 500～3 500 kg 兩種；棱體下方依次鋪設厚1 250 mm 的500～800 kg 塊石，厚度500 mm 的碎石墊層及三向土工格柵墊。見圖1。

圖1 典型斷面

2 施工方法

2.1 施工思路

1）根據工程特點，將平面分成3個施工段。第一段為北側內護岸端部銜接處與外護岸K0+000～K0+909，第二段為外護岸K0+909～K1+851，第三段外護岸K1+851～K2+571與南側內護岸口門處銜接段，3個施工段同時施工。

2）為減小臺風對施工的影響，護岸堤身分兩個階段施工。第一階段(跨越臺風期)施工-6 m 高程以下的堤心，第二階段(非臺風期)施工-6 m 高程以上的全部護岸構筑物。在第一階段施工的同時，應充分為第二階段的施工備料，必須在非臺風期把第二階段施工完成。

3）外護岸施工時，倒濾結構采用流水作業，立即回填一定范圍砂料，以保護反濾層土工布同時可作為施工機械通道。

2.2 施工流程

具體施工流程見圖2。

圖2 護岸（拋）填施工工藝流程

2.3 堤心石拋填施工

堤心石浸透后的單軸飽和極限抗壓強度不低于30 MPa 并應有良好級配，其中質量＜10 kg 的石料不能超過總量的10%。施工時盡量將質量＞100 kg塊石推填在表面。塊石的重度≮26.5 kN/m3，不成片狀、無嚴重風化和裂紋。拋石料由石場用自卸車運至出運碼頭，然后裝船運至施工現場進行拋填。

拋填施工按照：石料裝船出運→拋石船定位→機械拋石→點水測量→挖掘機海堤頂面平整至設計標高→斷面驗收的流程進行。

2.3.1 工程測量

1）平面采用全站儀傳統極坐標方法進行測量放樣，沿護岸軸線方向在回填前放出堤心和護腳塊石頂面兩側導標，堤心石頂部標高用水準儀放樣測量。

2）船上配備GPS 儀器和電子羅經，利用GPS 實時采集船舶的平面坐標數據，電子羅經實時采集船舶的方位角數據。將GPS 坐標數據與電子羅經數據同時傳輸入電腦，通過HYPACK 定位軟件處理，實時顯示船的平面位置。施工過程中，隨時掌握施工船的位置，控制施工范圍和移船距離。

3）施工前，通過水準儀在岸邊穩定處設立施工水尺，水尺使用標準的水位刻度尺制作，每10 cm一個刻度，每月對水尺進行一次校核。施工中通過水尺讀取水位數據。

4）拋填前進行測量掃海，以提供可靠的數據和圖形，計算該區域的拋填量；驗收時采用掃海儀器進行測量并采用測深水砣復核，綜合計算水下泥面、拋石的高程。

2.3.2 試拋

正式拋石前選取30 m左右的一段進行試拋，完成后進行測量，繪制基床斷面情況，掌握水深、水流、風浪對拋石施工的影響，找到塊石落點與拋石定點的位置關系。測量所拋石料在海底成堆情況，根據石堆的高度，確定拋石的分層厚度；根據石堆的寬度確定運輸船橫移的寬度；根據石堆的長度，確定運輸船縱移的長度，從而對拋石船進行準確定位，確保拋石的準確性，指導后期正式拋石施工。

2.3.3 石料出運及裝船

石料在石場通過自卸汽車運到出運碼頭裝駁船，自卸汽車將石料卸到船甲板，由裝載機在甲板整理石料。在裝石過程中，根據擬拋填區域的測量斷面圖控制裝石總方量、規格。見圖3。

圖3 水上拋填施工工藝流程

2.3.4 駁船定位及拋石

堤心石拋填全部采用水上拋填方式。在第二階段堤身推進過程中注意根據設計位置預埋越浪、雨水排水箱涵。

水上拋填使用3 000～7 000 t 甲板駁船配合挖掘機、鏟車。甲板駁船停靠在出運碼頭裝石后運至施工現場，利用全球衛星定位系統指揮甲板駁船精確定位。堤心石主體拋填過程中，選擇平行于護岸軸線方向定位方式進行拋填；采用從斷面中間開始向兩側對稱，由底部向上逐層加高的方式進行拋填，分層高度約2～3 m一層，分層加載可保證護岸堤身均勻沉降穩定。待塊石露出水面一定高度后，在護岸邊沿線豎立彩旗形成對標。甲板駁船平行于護岸軸線靠在護岸兩側，通過挖掘機進行拋填；或垂直于護岸通過駁船翹板與護岸連接，用鏟車將石料推至護岸上，利用鏟車在堤面上進行推填。當護岸頂面至設計標高時，采用挖掘機、鏟車進行整平。

堤心石主體斷面成型控制分為厚度控制和邊坡控制。在拋填過程中隨時進行厚度檢查和掃海測量，使其拋填輪廓線達到設計斷面線要求；用水砣進行水深測量控制，隨時掌握拋石面變化情況并要密切注意水流方向及速度，順流拋石，預留提前量并注意潮汐變化，及時調整船位。見圖4。

圖4 堤心石拋填

拋石過程中，相鄰兩段同層面搭接的斷面或隔日再拋石的斷面位置應有記錄，在該斷面位置附近連續拋石時，應加強測量，避免重疊拋高，對拋填區域進行普檢測量，把握拋填施工動態。拋石后堤身頂寬應不小于設計要求寬度，為保證各層拋石的均勻性，拋填過程中應勤測水深。

2.3.5 拋石后掃海測量

使用RTK-GPS 與數字化自動測深系統組合的水下高程測量船，進行拋前測量和拋后效果測量，繪制2.0 m×2.0 m測點地形圖及相關斷面資料和三維顯示成果，實時提供施工使用。見圖5。

圖5 RTK-GPS自動測深系統組形成拋石斷面

2.3.6 施工要點

1）應分層拋填，每層控制厚度在2～3 m。控制邊坡拋填質量，堤身斷面外坡坡比為1∶1.5，內坡坡比1∶1。

2）斷面不同時有10 m過渡，保證拋石量達到設計斷面方量。

3）拋石過程中應經常用水砣測量拋填高度，避免拋高。

2.4 塊石棱體施工

2.4.1 施工思路與流程

碎石墊層拋填后進行護底塊石拋填，每段堤心拋填完成后，及時理坡并覆蓋墊層塊石。堤心石拋石的暴露長度宜控制在30～50 m，臺風季節控制在30 m以內。

施工應按照：石料裝船出運→定位船定位→運輸船拋填→長臂挖掘機平整、理坡→挖掘機堤頂補拋→斷面驗收的順序進行。

2.4.2 拋石施工方法

護底塊石、墊層石、護腳塊石棱體全部采用水上拋填方式。石料由石場用自卸車運至出運碼頭，然后裝船運至施工現場，采用3 000～7 000 t方駁船配挖掘機、鏟車拋填。方駁船根據GPS 定位系統行駛至平行于護岸軸線方向，首先駐位于坡腳線外并預留拋石位置，挖掘機將石料拋填于坡腳線位置，達到設計斷面后，沿由坡腳向坡肩垂直于防波堤軸線方向移船，繼續進行拋填。在完成一個船位拋填后，全球衛星定位系統幫助方駁船平行于護岸軸線方向移至下一船位繼續作業。

拋填施工中用水砣進行水深測量控制，隨時掌握拋石面變化情況，密切注意水流方向及速度，順流拋石，預留提前量并注意潮汐變化，及時調整船位。

拋石過程中，相鄰兩段同層面搭接的斷面或隔日再拋石的斷面位置應有記錄，在該斷面位置附近連續拋石時，應加強測量，避免重疊拋高，應對拋填區域進行普檢測量，把握拋填施工動態。

墊層厚度不小于設計要求厚度，為保證各層拋石的均勻性，拋填過程中應經常測水深。

2.4.3 墊層理坡施工

墊層塊石拋填完畢后，采用長臂挖掘機對堤體的邊坡進行修理。對長臂挖掘機無法達到的水下部分，擬采用甲板駁船加挖掘機配合理坡，盡量趁低潮時進行水上理坡。理坡與墊層石拋填并行施工，當墊層石回填出一定的工作面后，理坡要及時跟進。施工前先進行測量放樣，在墊層塊石的坡肩放設坡肩桿以控制頂面寬度，同時作為挖掘機理坡的指導線，在測量人員的配合下在坡面上按1∶1.5 坡度設立坡比架，每15 m 安放，兩架之間放設掛杠。理坡前在堤頂部預備一定量的石料；理坡時，對坡度不夠的部分使用挖掘機補填，對坡面上多余的石料部分使用挖掘機挖除。通過掛杠的上下移動確定坡面的平整情況，挖掘機在指揮人員的指揮下進行理坡，當完成一個工作段后，將坡比架移到下一個斷面，繼續作業。

嚴格按坡比架控制墊層石的坡度，此項施工是工程施工中的難點，也是施工的關鍵。石頭塊體和重量大，人工不能搬動，需機械配合。施工水位以下由潛水人員配合長臂挖掘機進行拋理和擺放。

3 結語

本文結合實際工程，對大型護岸結構工程的施工方法進行研究，對堤心石、墊層石、護底塊石、護腳塊石棱體等結構的施工方法進行總結，對包括材料運輸、測量放樣、石料拋填、掃海檢測、理坡等多個工藝進行詳細闡述，同時對施工過程中的控制要點進行歸納，可對后續類似施工提供借鑒和參考。