开泊船水下抛石施工在海堤水毁修复工程中的应用

陈必文 陆 广

（滨海县水利工程质量监督站，江苏盐城 224500）

1 概况

黄河北徙后，滨海县海岸长期处于侵蚀状态，六合庄段海岸位于废黄河口与翻身河口之间，北接翻身河闸港堤，南接淤黄河闸港堤，平面上呈一直线状，位置突出，是滨海县海岸的节点。江苏省的江海堤防达标工程治理从1997年开始，六合庄段海堤治理被安排在全省首期海堤达标工程项目中。设计方案历经反复，并由河海大学对设计方案进行了物理模型试验论证和完善，工程采用了国内首创的管桩顺坝和预制混凝土扭王块体（亦称钩连块体）压护结构。六合庄段海堤达标工程完成后历经多年的汛期考验，基本能抵御设计标准下的风暴潮侵蚀，取得了预期效果。但由于缺乏对侵蚀性海岸动态变化、动力条件和防护型式的观测和研究，未能从根本上解决堤前滩面蚀降问题。

滨海县六合庄段海堤于1999年按照防御50年一遇高潮位加10 级风浪组合的设计标准，实施海堤达标工程建设，护坡工程堤顶及反弧墙顶高程7.0 m，堤顶宽8.0 m，迎水坡M15 灌砌块石平台高程2.6 m，宽5.0～6.0 m，平台以上C20 混凝土护坡比1∶3，平台以下为抛石护坡上加C25 混凝土扭王块体压护，坡比1∶4，坡脚为25.0 m 宽抛石护坦。保滩工程采用高强度管桩顺坝方案，管桩顺坝两侧抛石护底，管桩距岸边60.0 m，管桩顶高程1.0 m，管桩直径0.6 m，桩长为8.0 m 和10.0 m 两种，管桩透空间距为0.4 m 和0.8 m，管桩两侧抛石底宽17.0 m，抛石厚度不少于0.7 m，管桩顺坝南北两端各建一道丁坝封口，顶面及外坡面采用每块400 kg的扭王体进行护面。

2 工程水毁情况及修复方案

2.1 工程水毁情况

由于六合庄段海岸是江苏省侵蚀性海岸的典型，其滩面蚀降的速度明显较别处海岸快，主要水毁情况有：

（1）工程区的丁坝毁坏严重

丁坝的主要作要是消减波浪对海岸的直接冲击，经十几年的运行，工程区内丁坝表面扭王块、坝体块石被淘空、下沉和坍塌。经现场实测，坝头现状顶高程不足-0.5 m，原设计坝头顶高程为1.0 m 左右。

（2）滩面刷深严重

波浪在由外海向岸边传播的过程中，管桩前和堤脚前为波能集中处，受侵蚀最为强烈。原抛石护滩与管桩顺坝之间以及管桩顺坝前均为裸滩，加之丁坝回流涡旋作用，滩面下切速度很快。经现场实测，堤前滩面大部分涮深至高程-3.5 m 左右。经过十几年潮水侵蚀，现状滩面与1999年实施达标防护时的滩面高程-1.2 m 左右相比，普遍刷深了-2.3 m 左右。

（3）部分堤段扭王块护坡塌陷

部分塌陷段护坡上扭王块均不同程度被打磨、缺损，底层块石被凌乱地打散在扭王块护坡及平台上，其下露出达标实施前的浆砌块石护坡。

2.2 水毁修复方案

根据海堤侵蚀特点，如仅保主海堤，当滩面被严重侵蚀以后，堤脚也将被淘空，主海堤必将又处于危险之中。本着保堤先保滩及轻重缓急的原则，对桩号36+040～36+765 段总长约725 m 范围内的扭王块护坡与管桩顺坝之间的滩面进行抛石加固。修复加固标准为：抛石加固后滩面高程不低于原海堤达标防护工程所要求的-1.5 m，对于裸滩部位，抛石下设一层350 g/m2有纺土工布。

3 开泊船构造及施工方案

3.1 开泊船基本构造及工作原理

开泊船在澳门填海工程中使用非常广泛，在滨海县海堤工程施工中使用尚属首次。本工程开泊般采用10 t 和15 t 两种吨位船型，最低吃水深度为1.5 m。动力为柴油机，船身长12 m，船宽6 m，船体四周为气压仓，气压仓主要作用是承载块石重量，且在块石卸掉后船体不下沉、不倾覆，船体中间为实用船仓，长为4 m，宽为2 m，深1.3 m，实用船仓底部有两块铁板卸门，两侧门宽各1 m，利用油压拉臂向下打开或向上关闭，操作简便。

开泊船在块石装载时，先将实用船仓底部两侧门封闭，因门四周缝隙透水，仓内会有少部分水，可以用挖掘机直接将海运船中块石抓放至开泊船船仓内，在运至指定施工位置后，按下控制按钮卸载，铁板卸门从中间向两侧打开，块石在自重的作用下沉入水中，船体受四周气压仓浮力作用，自动上浮而不下沉，然后再将底门关闭，从而完成块石抛填。这与普通船只卸载原理不同，也是开泊船最大的特点。

3.2 开泊船施工方案

工程在开泊船施工装运块石前，先将工区内3 个丁坝处顶部块石（与管桩相交处）挖开，形成缺口，方便开泊船进出桩内滩面水域，形成船运循环通道，在块石抛填全部结束后再将丁坝恢复。同时划分施工段，在护坡平台和管桩之间每相隔20 m 用彩绳横向拉紧形成施工段，因管桩帽顶高程只有1.12 m，高潮时不能露出水面，可在相应管桩处用高出管桩2 m以上的钢管固定在管桩上，在钢管顶部系彩绳与平台相接。每个施工段分别用一条开泊船装运，便于计量。

本工程滩面块石需抛填至高程-1.5 m，而开泊船最低吃水深度为1.5 m，所以在0.0 m 以上潮位即可施工，六合庄段正常高潮位在1.38 m，每潮水施工作业时间达4 h，经测算，配置6 条开泊船，每天可抛石600 t左右。工程采用2000 t 位的海运船从连云港装运块石至施工地段，停泊在离海堤约500 m 处，用挖掘机将海运船中块石卸装至开泊船上，每条开泊船从丁坝缺口处运至各自预先用彩绳划好的施工段进行块石抛填（见图1）。管理人员分别对每个工段每条开泊船装运次数进行记录，并根据断面图测算出每段块石方量，在块石抛填量接近设计工程量时，立即进行断面测量，对抛填高程不足滩面位置，再用开泊船精确补填，确保工程质量。

图1 开泊船施工图

4 开泊船抛石施工的优势

滨海县桩周抛石传统施工方案为沿主海堤方向每50～100 m 横向搭设脚手架及施工平台，至保滩工程管桩搭设纵向和横向脚手架及施工平台，块石用汽车运至主海堤卸下，然后用独轮车将块石推至施工地段，在低潮位用人工整平以达到工程设计标准。采用开泊船抛石施工的主要优势有：

4.1 施工进度快

采用人工推块石效率为12 t/d，一般搭设两个主脚手，每个主脚手只能配置20 个人，每天可抛石480 t，加之搭设脚手平台需4～5 d 时间（受潮汐影响），另外，因受陆路运输能力限制，不能保证每天都有块石进场，也会直接影响工程施工进度。开泊船每天潮位在0.0 m 以上即可进行水下抛石施工，而滨海县平均高潮位为1.38 m，每天最少能施工达5 h 以上，配置6 条开泊船，每天可抛石600 t以上，除受风浪影响外，3～4 d 可抛完一条海船装运的2000 t 块石，所以采用开泊船抛石施工进度快，可使工程提前半个月完成，有效地缩短工期。

4.2 安全系数高

搭设脚手架及平台进行抛石施工一般适合高程在-1.0 m 以上的滩面项目，考虑受潮汐影响，平台高程须在3.5 m 以上，否则在施工中易受台风和寒潮影响致使脚手架及平台损毁。而滩面高程在-3.5 m，与平台之间净高差有7.0 m，脚手搭设难度大，施工平台稳定性差，施工时易晃动，存在工人坠落、施工平台坍塌等安全隐患，容易出现安全事故。开泊船水下抛石施工只要控制好船只不超载，不撞击管桩和扭王块体护坡造成船体气压仓损坏即可，安全性好。

4.3 管理模式简单

按搭设脚手架进行抛石施工方法，至少要组建三个施工队，包括两个抛石施工队和一个脚手施工队，人员多、组织难度大、管理模式复杂。而采用开泊船水下抛石施工，只需一个施工队伍，一线施工人员较少，从而减少了施工管理难度。

4.4 施工质量可控性强

搭设脚手架在抛石施工中会在纵横脚手架处形成块石堆积，脚手底部和脚手架之间出现块石抛填不到位的情况，而滩面抛石顶高程设计为-1.5 m，最低潮位在-0.8 m 左右，人工无法对抛填后的块石进行整平，在脚手架拆除后，一旦局部施工段块石量不足，无法再抛填块石，易产生质量缺陷。另外，对于人工无法施工的单体重量在120 kg 以上的块石，还需作破凿处理，使单体块石重量得不到保证，而单体块石重量对滩面抛石稳定性影响较大，若块石较轻则在长期的海潮作用下容易移动，形成水毁，从而影响工程质量。

开泊船抛石施工不易出现块石堆积现象，即使局部有块石堆积，也无需人工整理，在海浪的作用下高处块石会向低处移动，使裸滩抛石表层自动整平。即使局部施工区块石达不到高程，抛石量不足，也无需搭设脚手架，开泊船可在高潮位直接进行块石抛填，施工质量易控制，且块石抛填过程全部采用机械施工，对于单体重量在120 kg 以上的块石，因其体积大、稳定性好，无需破碎，从而保证了工程施工质量，水毁治理效果更好。

4.5 节约施工成本

传统施工方法周期长，租赁钢脚手费用大，搭设和进退场费用高，人工费增长过快（21 元/m3），搭设脚手架施工综合单价达47 元/m3左右。本工程在9月初开工，台风和寒潮多，不确定因素多，施工中钢脚手损坏大，必然会增加施工成本。经统计，从1998年实施海堤达标工程以来，在桩周抛石施工中因台风或寒潮影响致使脚手架损坏或坍塌的索赔费用占全部索赔费用一半以上。开泊船抛石施工不仅没有脚手费用，而且减少了块石陆上转运费用，在台风和寒潮期间停工即可，抛石单价也仅为35元/m3，大大节约了施工成本。

5 结语

实践证明，开泊船水下抛石施工作为一种新的施工方法，适合在近海深水滩面施工，且已取得了明显的经济效益，达到了预期的施工技术效果。但也存在三点不足：一是吃水深度过大，在计划实施的六合庄段二期工程中滩面设计高程为-0.5 m，抬高近1.0 m，增加了施工难度，但可采用开体船，其与开泊船原理唯一不同之处在于船体底部两块铁板卸门向两侧平开，减少吃水深度达1.0 m，可以在浅水滩面施工；二是由于其他地段管桩顺坝是连续不间断的，船只无法从桩顶通过，致使施工通道过长，增加成本；三是在靠近管桩抛石时容易与桩相撞，造成船体气压仓损坏而下沉，存在安全隐患。总之，开泊船水下抛石施工在六合庄段海堤水毁修复工程中的成功应用，对今后海堤水下抛石施工有很好的借鉴作用，也可推广至内河水下抛护块石或袋装土施工，应用前景将越来越广泛。