外海無掩護(hù)水域開體駁定點(diǎn)分層拋石工藝研究

趙攀 中交一航局第五工程有限公司

鄧海軍 中交四航局第三工程有限公司

1.工程概述

阿比讓港位于布里耶瀉湖沿岸，通過寬250m、水深13.5～15m的弗里迪運(yùn)河與幾內(nèi)亞灣連通，可通航萬噸級海輪。擬改造的防波堤即位于弗里迪運(yùn)河的口門處，包括老防波堤的拆除和新防波堤的修建。河口寬度從200m擴(kuò)大到250m，西防波堤堤頭需要退后約77m，向海測延長約25m。新建西防波堤的總長度約600m。

依托工程主要在運(yùn)河口門處，外接大西洋，雖處在赤道無風(fēng)帶，但受梯度力影響，口門處涌浪較大且波較長，極端天氣情況下波高超過2.0m。運(yùn)河的水流特別是位于湖口的水流流速很大。弗里迪運(yùn)河通過水流最大速度：漲潮干燥季節(jié)為2.3m/s，洪水季節(jié)為2.1m/s；退潮干燥季節(jié)為2.7m/s，洪水季節(jié)為3.0m/s。

防波堤工程主體結(jié)構(gòu)主要為三層規(guī)格石，包含部分堤心石，靠近口門區(qū)域由于海況較差，船舶長時(shí)間停靠和定位作業(yè)存在很大困難和風(fēng)險(xiǎn)，普通的駁船挖掘機(jī)拋填塊石工藝無法滿足施工質(zhì)量要求，主要采用開體駁拋石的施工工藝。

2.工程特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

2.1 特點(diǎn)和難點(diǎn)

由于阿比讓港為西非第一大港，施工期間港口正常營運(yùn)，運(yùn)河船舶進(jìn)出較多，施工船舶需在航道鄰近水域作業(yè)，運(yùn)營船舶對施工干擾大，協(xié)調(diào)難度大。口門處水域開闊/無掩護(hù)，涌浪較大導(dǎo)致有效工作時(shí)間減少，安全風(fēng)險(xiǎn)大。新堤堤頭施工難度大，口門外側(cè)新防波堤塊石拋填處于外海無掩護(hù)區(qū)域，施工期間堤身結(jié)構(gòu)易被外海波浪破壞。此外，水上交叉作業(yè)多，拋石船組與開挖船組安全距離有限，船舶靠離存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 應(yīng)對方案

用浮鼓作為警戒標(biāo)識將航道與施工水域嚴(yán)格區(qū)分；船舶通航協(xié)調(diào)小組加強(qiáng)現(xiàn)場調(diào)度與港務(wù)局的聯(lián)系，并根據(jù)港務(wù)局進(jìn)出港船舶安排，合理調(diào)配施工船。通過采取開體駁拋石施工工藝減少船舶在口門處的停留時(shí)間，降低安全風(fēng)險(xiǎn)；固定專人收聽和發(fā)布天氣預(yù)報(bào)，合理安排作業(yè)時(shí)間；根據(jù)極端天氣情況及時(shí)做好防范措施，確保施工船舶的安全。

選擇在11月～3月涌浪較小的時(shí)間施工該區(qū)域。新建防波堤分段進(jìn)行，水上拋石按50m分段、陸上拋石按30m分段，前段塊石拋填及塊體安裝完成后進(jìn)行下一段施工。在現(xiàn)場備足石料，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)坡面防護(hù)，以保證堤身結(jié)構(gòu)安全。合理布置船舶帶纜點(diǎn)并設(shè)置明顯標(biāo)識；合理安排工序，提前做好項(xiàng)目實(shí)施策劃，合理安排各船舶作業(yè)，保證交叉作業(yè)時(shí)的最小安全距離。

3.開體駁定點(diǎn)分層拋石工藝

防波堤主體主要為各規(guī)格塊石，分三層進(jìn)行拋填，堤頭區(qū)域由于海況較差，為增加堤身穩(wěn)定性，在原來三層塊石的基礎(chǔ)上增加大量堤心石。防波堤堤頭區(qū)域均采用開體駁拋填的施工工藝。

為滿足防波堤拋石施工，在阿比讓Sikensi地區(qū)開發(fā)了一處采石場，采用鉆孔爆破、挖掘機(jī)挑料篩分方法開采規(guī)格石和堤心石，石場距離防波堤現(xiàn)場96km，首先采用自卸車運(yùn)輸至距離現(xiàn)場10km的石料出運(yùn)碼頭，后裝船運(yùn)輸至防波堤現(xiàn)場暫時(shí)存放。為滿足水上塊石拋填的質(zhì)量要求，每層塊石拋填需要進(jìn)行開體駁粗拋及自航駁精確補(bǔ)拋兩道工序。

3.1 開體駁粗拋

3.1.1 石料裝船

石料裝船采用自航駁倒料的方式。首先自航駁停靠西防波堤上料碼頭，挖掘機(jī)在料場挑料裝車，自卸車運(yùn)輸至船上。然后開體駁停靠自航駁一側(cè)，通過纜繩使兩條船緊靠在一起，自航駁上挖掘機(jī)將石料倒至開體駁內(nèi)，裝船時(shí)保證船體平衡穩(wěn)定性，石料裝填量較大時(shí)必須兩側(cè)裝料。

由于每船石料裝填方量和裝填方式不一致，在開體駁倒料之前對司操手進(jìn)行簡單交底，說明石料規(guī)格、裝填方量、每船石料裝填位置和長度，例如有時(shí)因受塊石拋填區(qū)域海況和水流影響，開體駁停靠定位駁時(shí)存在船頭朝向的差別，需將石料裝在開體駁的船頭或船尾一側(cè)。

3.1.2 開體駁進(jìn)場拋石

開體駁拋石需由定位方駁輔助定位，拋石之前拋石工和測量人員提前到達(dá)定位方駁上，使用GPS將定位方駁移至預(yù)定拋石區(qū)域附近等待。開體駁裝料完成后根據(jù)潮水情況駛?cè)腩A(yù)定拋石區(qū)域，停靠定位方駁，此時(shí)測量人員轉(zhuǎn)至開體駁一側(cè)，按照提前準(zhǔn)備好的拋石順序表中的拋石位置指揮船組人員通過收放纜繩將開體駁移至預(yù)定拋石位置，開駁拋填。

開體駁石料倉長30m、寬8m，開口寬度2.5m。施工過程中2個(gè)開體駁輪流裝料進(jìn)場拋石，裝料地點(diǎn)距離施工現(xiàn)場約1km，考慮平均每駁裝料250m3（施工中實(shí)際裝料方量根據(jù)拋填面積和厚度確定），從裝船開始至拋石結(jié)束返回裝料地點(diǎn)共用時(shí)約4h，每個(gè)臺班按照12h考慮，由于當(dāng)?shù)爻毕珵榘肴粘保總€(gè)臺班正常有效工作時(shí)長為6h（現(xiàn)場涌浪較小、滿足施工條件的情況下），考慮在有效施工時(shí)段之前可以提前備料，實(shí)際施工平均效率為每個(gè)臺班4駁，約1000m3。

開體駁應(yīng)平行于堤身軸線定位，船舶定位過程中拋石工和測量人員應(yīng)與船組人員保持順暢溝通，配合默契。船組根據(jù)水流情況及風(fēng)向確定拋石船船頭船尾朝向，一般為逆流方向停靠，即船頭朝向與水流流向相反，減少定位誤差。

定位方駁移船過程中，若遇到水流流速較大或涌浪較大的情況導(dǎo)致移動(dòng)困難，開體駁可活車助力。靠近預(yù)定拋石位置時(shí)應(yīng)放緩絞船速度，測量人員進(jìn)入測量狀態(tài)，到達(dá)拋石位置后定位方駁迅速將錨纜固定，此時(shí)開體駁應(yīng)控制在30～90s內(nèi)拋下塊石，使拋下的石碓厚度比較均勻。實(shí)際拋填前通過試拋測出拋填后實(shí)際斷面情況，以調(diào)整拋填位置和拋填量，繪制拋填船位圖。

3.1.3 拋石完畢返航

開體駁拋填完成后解纜返回上料碼頭繼續(xù)裝填石料，依據(jù)拋石順序表準(zhǔn)備進(jìn)行下一個(gè)船位塊石拋填。

根據(jù)拋填區(qū)域及拋填厚度的大小，每拋填一定駁數(shù)需進(jìn)行一次水深測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算拋填前后兩次標(biāo)高差值，并與設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行比較分析，以便決定下次拋填位置和拋填量，這樣反復(fù)拋填至設(shè)計(jì)線附近為止。實(shí)際拋填時(shí)一般將最終拋填標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高的差值控制在負(fù)偏差，以便后續(xù)自航駁精確補(bǔ)拋，提高塊石拋填質(zhì)量。

3.2 自航駁精拋

采用開體駁進(jìn)行塊石定點(diǎn)拋填一般很難一次性達(dá)到設(shè)計(jì)斷面要求，加上口門處海況較差，只能盡量控制大部分拋填標(biāo)高接近設(shè)計(jì)值，還需要進(jìn)行小量的精確補(bǔ)拋。塊石精確補(bǔ)拋還需要自航駁配反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行拋填施工。

施工前，技術(shù)員根據(jù)開體駁拋填的最終斷面圖結(jié)合設(shè)計(jì)斷面圖計(jì)算剩余補(bǔ)拋的塊石量，合理安排石料裝船，避免因石料裝載過少或過多造成成本浪費(fèi)。

水上塊石精確拋填采用駁船挖掘機(jī)工藝。測量人員利用GPS指揮拋石船平行于防波堤軸線方向進(jìn)行駐位，拋石船首先駐位于坡腳線內(nèi)側(cè)并預(yù)留拋石位置，挖掘機(jī)將拋石船上石料拋填于坡腳線位置，達(dá)到設(shè)計(jì)斷面后沿垂直于防波堤軸線方向向陸域側(cè)移船繼續(xù)拋填。塊石拋填時(shí)拋石工按水位打水砣測水深，控制拋石高度。在完成一個(gè)船位拋填后平行于堤軸線方向移至下一船位繼續(xù)進(jìn)行拋填作業(yè)。拋填完成后采用水砣或測深儀測量已完成區(qū)域的水深，檢測拋填效果，將水深文件與設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行比較后計(jì)算出該區(qū)域的偏差，對偏差較大區(qū)域由拋石船組進(jìn)行二次補(bǔ)拋。循環(huán)以上施工步驟若干次，直到該區(qū)段成型斷面滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4.結(jié)語

塊石拋填是防波堤的重點(diǎn)施工內(nèi)容，水上塊石拋填更是此項(xiàng)目的難點(diǎn)所在，保障其施工質(zhì)量非常關(guān)鍵。科特迪瓦阿比讓港口擴(kuò)建項(xiàng)目防波堤工程處于運(yùn)河口門處，外接大西洋，屬于無掩護(hù)水域施工，施工條件非常復(fù)雜，因此對塊石拋填施工質(zhì)量控制有更高的要求。項(xiàng)目采用開體駁定點(diǎn)分層拋石工藝，堤心石及其他各層規(guī)格塊石一次成型率達(dá)到100%，驗(yàn)收一次通過率100%，并且經(jīng)幾次大浪襲擊后仍然穩(wěn)固，證明質(zhì)量可靠。可為其它所有防波堤水上塊石拋填施工提供理論和實(shí)踐依據(jù)。