宽肩台斜坡堤中超大块石装运与安装工艺

唐桥梁，刘京平

（中国港湾工程有限责任公司，北京　100027）

宽肩台斜坡堤中超大块石装运与安装工艺

唐桥梁，刘京平

（中国港湾工程有限责任公司，北京100027）

文章结合超大块石在装运以及安装两方面，详细介绍了超大块石在防波堤施工过程中的应用及优化，体现了其与传统混凝土预制结构的差异，展现了超大块石在防波堤防护中的优越性。通过文章的总结，进一步完善此施工工艺，提高施工效率，节约成本。

超大块石；装运；安装；环保；经济

斜坡式防波堤的断面为梯形，在邻海侧稍高于设计高水位处设有1个一定宽度的肩台，可以单独用块石或混凝土块体抛筑而成。宽肩台超大块石斜坡堤设计与施工在国内应用较少，目前尚处于发展阶段。文章结合超大规格块石在斯里兰卡汉班托塔港二期项目人工岛防波堤的应用工程实例，对超大块石的装运和安装工艺进行了详细的说明。

1　施工重难点

围堤迎浪段长度为1 600 m，结构形式为抛石宽肩台斜坡堤。根据现场实际情况和施工计划，为了满足工期要求，需要开采、装运并安装的超大块石为759 m3/d；同时，超大块石的顶面宽度为15 m，且坡面水平距离也有13.5 m，层厚大、距离远，安装困难。施工难点体现在两方面：1）石料运输方量大、运距远、工期紧；2）安装困难大、技术要求高。

2　超大块石施工工艺

2.1装运

1）150 t吊机装车

借鉴预制扭王块的装车方法，最初策划采用150 t吊机进行超大块石的装车；考虑到长平板车数量有限且运输不便，采用矿山车配合运输。

经过现场测试发现装运能力达不到要求。在现场进行多次超大块石运输测试得到平均装车速度为11.3 min/车。按每天吊机工作时间15 h，经计算实际吊机转运的超大块石重量达1 656 t/d，达不到实际需求2 010 t/d。而如果使用多台吊机进行施工，一方面成本太高，另一方面受到场地的限制，不切实际。在经过深入探讨后，改用大吨位反铲挖掘机进行装车。

2）CAT349反铲挖掘机装车

根据超大规格块石的重量以及反铲的装载能力，选用反铲CAT349进行装车，通过矿山车进行运输。经过实际测试，装车效率有所提升，但仍然不太理想。经现场观察，发现由于石块过重且形状多不规则，操作手不能很好地将石块勾起，需要在地上反复翻转石块调整角度和位置后才能最终实现装车。因而，改善原有设备，将反铲的铲斗换为抓斗，以抓代铲。

3）CAT349抓斗挖掘机装车

图1为抓斗挖掘机进行超大规格块石装车的施工图。

图1　抓斗装车图Fig.1　Loading rocks by a grapple loader

4）超大块石装运总结

对不同装车方式进行对比统计，如表1。

表1　 多种装车方式对比表Table 1　Comparison of different loading methods

为了方便操作，同时也是出于对挖掘机、车辆的保护，对于部分体积特别大的块石，一般以超过12 t为准，要用平板车来运输。但考虑到现场的平板车不足，因此采取将小型自卸车的挡板取下的办法制作缩小版的平板车。

综合对比分析，最终选用抓斗挖掘机+矿山车的组合进行大部分的超大规格块石装运。挖掘机拾取能力有限，为保证挖掘机安全与使用寿命，超大规格块石的重量不宜超过12 t，而施工现场生产出的超大块石最重高达25 t，且数量相当可观；同时，吊机装石的速度是与石料块数成递增关系，只装特大块石时效率很高，因而对>12 t特大块石采用150 t吊机进行装车。

2.2安装

1）挖掘机甩抛

宽肩台斜坡堤其肩台设置在设计高水位以上，便于反铲挖掘机岸上施工。相对于吊机抛石，反铲挖掘机具有精度高，施工效率高且成本低，受场地限制小等优点。本工程中采用80吨级长臂反铲CAT390进行超大块石甩抛，块石相互紧靠，其最大缝隙宽度不大于垫层块石最小粒径的2/3，可以防止垫层块石的松动[1]。另一方面，波浪的反射高度与护面结构的糙渗系数有关[2]，因而为了增加消浪效果，在进行超大块石甩抛时采用随机安放的方式，块石间不必完全闭合，增加孔隙率，以达到增加护面糙渗系数的效果，并且为了保持级配的连续性，在安放过程中要有意识地将不同规格的块石按大小由外向内安放，以达到块石规格由外向内递减的趋势，这是消浪的最佳方式。同时，施工的顺序也是块石稳定的关键，施工时块石由下至上、由外向内的顺序一块一块往上压，从而保证坡脚的稳定性。

2）反铲挖掘机理坡

由于肩台很宽，坡顶与坡脚高差比较大，反铲挖掘机无法一次性施工到位。根据结构特点和机械性能，超大规格块石分为内外两层施工。外层超大块石施工时，考虑到完工面的精度和外观要求，需要进行理坡处理。为了增强防波堤的稳定性，其中的关键就是保证石料之间的紧密咬合，即“三点支撑”[3]，每一块块石与其下方相邻的3块块石均接触。表面块石理坡要达到的效果是整体上是一个层面，但面层并不是光滑顺接而是凹凸不平，有足够的空隙来破碎海浪，以起到更好的消浪作用，见图2。

图2　超大块石理坡效果Fig.2　Trimmed slope armored with very large rocks

防波堤水下护面块石安装及理坡质量的高低很大程度上取决于操作手的技术水平，为了提高质量和效率，反铲上安装GCS Flex系统和计重仪。反铲GCS Flex系统使用角度传感器、激光传感器，测量动臂、吊杆和铲斗之间关系，计算并确定挖掘铲刀目前位置与目标位置，通过安装在驾驶室内的控制屏指导操作员挖掘到期望的深度和坡度。操作手可以随时知道铲斗的确切位置，不必仅凭猜测进行工作。

3）超大块石安放总结

超大块石体积大，占空间大且搬运麻烦，为了避免由于二次转运而造成的额外费用，运到现场的超大块石需要被卸载在规划好的施工区域附近，以大型长臂反铲的工作半径范围内为宜；做好归堆工作，否则施工不便。同时要筛分石料，保证现场块石符合设计要求，减少二次转运并且节省空间，方便施工。

样本分料：在多个分流指挥区域放置1 t、3 t、5 t、7 t、10 t等多种石料规格的样品。

人工分料：现场安排专人对石料的长宽比、颜色、裂隙等进行逐一检查，将不符合要求的石料剔除，并做好标记以方便操作手在块石安装时进行区分。其中，对于部分尺寸比例不明显的块石，使用卷尺精确测量。

计重仪分料：计重仪安装在反铲的车载电脑上，勾起块石时可以采集块石的重量以及反铲的工作信息。通过采集的数据，可以分析出块石重量和反铲的工作效能。

上述3种方法的综合实施，达到对石料质量的准确控制。超大块石的安装效率统计见表2。

表2　超大块石的安装效率统计表Table 2 Installation efficiency of very large rocks

3　超大块石优越性

与传统防波堤的预制混凝土块体防护相比，超大块石的使用在绿色环保方面有着明显的优势。由于传统的混凝土预制块与海水中的化学成分易形成溶蚀反应、碱-骨料反应[4]，块体护面易受损，寿命较短。此外，混凝土制品在生态修复方面与块石防护相比也存在劣势。

在施工结束1个月后，用于防护的块石表面已经生长出苔藓，而扭王块则没有明显变化。

另一方面，块石防护的造价也远低于混凝土预制块。安装5～10 t大块石成本为260元/m3，若用12 t扭王字块进行护面，混凝土标号C35，预制每块约3 100元，陆上安装每块约790元，水下安装每块约1 630元，平均造价4 310元[5]。由于块石护面比预制块体护面要厚，结合设计断面，利用块石护面每延米造价32 500元，利用12 t扭王块造价99 130元，每延米节约成本66 630元，效益非常可观。

4　结语

良好的经济效益以及环保效益，在石料充足区域，超大块石在外海深水防波堤防护中的应用将会得到越来越多的推广，提高超大块石生产、装运以及安装等方面的能力，不断优化施工工艺，改善施工设备，引进新型现代化、智能化仪器，有着广阔前景。

[1]JTS 154-1—2011，防波堤设计与施工规范[S]. JTS 154-1—2011,Code of design and construction of breakwaters [S].

[2]JTS 145-2—2013，海港水文规范[S]. JTS 145-2—2013,Code of hydrology for sea harbour[S].

[3]CIRIA,CUR,CETMEF.The rock manual:the use of rock in hydraulic engineering[M].2nd ed.London:CIRIA,2007.

[4]杜洪彦，邱富荣，林昌健.混凝土的腐蚀机理与新型防护方法[J].腐蚀科学与防护技术，2001，13（3）：156-161. DU Hong-yan,QIU Fu-rong,LIN Chang-jian.Corrosion mechanism of concrete and new protection methods[J].Corrosion Science and Protection Technology,2001,13(3):156-161.

[5]李宏钦，李延.大块石护面结构防波堤在沿海防护工程中的应用[J].中国水运，2013，13（4）：166-168，171. LI Hong-qin,LI Yan.Construction of breakwaters armored with large rocks for coastal protection works[J].China Water Transport, 2013,13(4):166-168,171.

Transportation and placement of very large rock blocks on wide-berme slope breakwater

TANG Qiao-liang,LIU Jing-ping
（China Harbor Engineering Company Ltd.,Beijing 100027,China）

The article introduces the application and optimization of very large rocks in the process of breakwater's construction in combination of the handling and transportation and installation of the rocks,reflecting its differences with the traditional concrete prefabricated structures,showing the superiority of very large rocks in breakwater's protection.Through the summary of the article,the construction technology may be further improved with the enhancement of construction efficiency and cutting of the construction cost.

very large rock;handling and transportation;installation;environmental protection;economy

U656.2

B

2095-7874（2016）09-0050-03

10.7640/zggwjs201609012

2016-04-29

唐桥梁（1973— ），男，北京市人，硕士，高级工程师，港口航道与海岸工程专业。E-mail：liujingping1991@163.com