影响低堤身抛石斜坡防波堤质量的关键性因素及控制措施

陈 凌

(中交四航局第三工程有限公司， 广东 湛江524009)

目前， 在低堤身越浪式抛石斜防波堤施工流程中， 以及在从水下施工变为水上施工、 水上施工变为陆上施工方法上， 抛石理坡、 护面块体安装及堤身稳定等质量问题难以控制[1-3]。 某防波堤工程总抛石量为190 万m3， 防波堤总长度2 028.6 m，堤顶高程为6.0 m， 为抛石斜坡堤形式， 堤身坡度为1∶1.5， 堤头段和转弯段外侧扩大为1∶2， 采用10、 15、 20 t 共3 种规格扭王字块护面， 采取定位水抛与陆上推填相结合的方式抛石施工， 抛石原泥面高程-15 ～-8 m 不等。 本文论述在低堤身越浪式抛石斜防波堤施工流程中如何控制影响质量的关键性因素。

1 质量难点的关键性因素分析

某工程所在海域海况恶劣， 冬季的寒潮、 夏季的西南季风和台风对在建防波堤的结构安全构成巨大威胁。 特别是寒潮所带来的北偏西方向波浪对防波堤造成巨大破坏， 致使已完成的27 m 堤身在高程-1.0 m 以上部分均被摧毁， 不但造成巨大经济、 工期损失， 且难以对堆高部分恢复原断面质量。 因此， 在海况恶劣条件下确保施工过程中堤身结构安全是整体工程质量的关键。

由于工程为越浪式防波堤， 堤顶高程低、 宽度小， 堤心石和扭王字块安装在内的多个分部分项工程施工方式均为水上作业， 约80%护面扭王字块位于设计低水位以下， 若要把驳船水上安装扭王字块改为在陆上进行安装， 须配置150 t 履带吊机方能满足吊装距离要求， 且主要的质量要求是单位面积内安装块数， 即安装密度是否达到设计密度要求， 见表1。 本工程10 t 扭王字块安装设计密度为25 块∕(100 m2) ， 15 t 扭王字块安装设计密度为19 块∕(100 m2)， 20 t 扭王字块安装设计密度为16 块∕(100 m2)。 水下扭王字块安装的定位则是关键性问题。

表1 防波堤扭王字块安装参数

针对防波堤在施工过程中及施工后受波浪力直接作用的特点， 确保各抛石到位和稳定是防波堤体系稳定的基础， 因此， 防波堤堤身在施工过程中的稳定性和确保防波堤护面体系在施工完成后的稳定性是防波堤施工的关键保证。

要全面了解防波堤的沉降、 水平位移情况，须设置临时观测点及永久观测点， 并常对其变形进行分析， 得出变形的规律及变化， 有效监控防波堤在施工、 完工期间的安全性、 适用性、 耐久性， 避免因沉降、 位移原因造成质量事故。

2 关键性因素的控制措施

2.1 硬化临时道路，采用堤顶应力消散措施

防波堤基本淹没在海水中， 其堤顶正好处于浪溅区， 受到涨落潮和波浪的破坏很大。 如果按照常规施工方法， 每次退潮后都须动用机械对临时堤顶道路进行清理、 修复， 质量验收无法完成，相当耗费时间和成本。 因此采取了适当降低堤顶施工高度、 对临时通道进行硬化处理、 根据波浪特征计算设置一定间距的消浪泄能孔、 在硬化路面两边沿设置加强钢丝网等措施(图1)， 保障了施工堤顶临时道路经受住风浪和潮水的冲击不破坏， 极大改善施工安全条件， 确保在恶劣施工条件下堤身结构的质量与安全。

图1 采用堤顶应力消散措施控制堤身质量

2.2 使用RTK 系统控制水下扭王字块安装的定位

为达到水下扭王字块安装的定位准确性， 应用中海达RTK 系统实现防波堤扭王字块安装的实时定位显示(图2)， 可显示移动块与放样点的相对位置并提供操作作业[4]。

图2 扭王字块定点安装显示

2.2.1 安装网格设计

为使扭王字块安装密度达到设计要求， 安装前根据扭王字块规格和防波堤外形尺寸确定每个扭王字块的定点安装坐标， 采用定点随机安装，安装网格采用梅花形布置。

网格间距的计算公式为[5]:

式中:N为每100 m2面积内扭王字块安装个数；B为相邻块体行间距(m)，B=1.15H；L为前后相邻排的间距(m)，L≈0.57B；H为扭王字块设计高度(m)。

经计算， 对10 t 扭王字块，N=25 块，B取2.773 m，L取1.442 m； 对15 t 扭王字块，N=19 块，B取3.181 m，L取1.654 m； 对20 t 扭王字块，N=16 块，B取3.467 m，L取1.803 m。

计算确定扭王字块定点安装间距B、L后， 在已有防波堤总平面布置图上完成扭王字块安装网格图(图3)。

图3 扭王字块安装网格

2.2.2 安装点坐标

根据扭王字块安装网格图， 对扭王字块安装点按顺序进行快速编号。 编号完成后， 选择扭王字块安装点编号， 完成扭王字块安装定点坐标的数据提取(图4)。

图4 定点坐标数据提取操作界面

2.2.3 RTK 系统安装连接

根据控制点， 建立RTK 基准站， 经由电台发送实时差分信号。 在起重机上安装RTK 移动站， 使扭王字块安装时RTK 移动站与扭王字块质心平面坐标重合。 本工程将移动站悬挂于吊钩下方。

2.2.4 扭王字块安装

扭王字块安装时， 起重指挥人员手持平板电脑， 选择放样点， 根据平板电脑显示相对位置和引导信息， 指挥起重机吊运扭王字块向放样点靠近。 根据提示微调扭王字块移至与放样点平面距离小于0.2 m 即可缓慢下放扭王字块， 完成扭王字块安装。 安装作业完成后， 导出扭王字块实际安装点平面坐标， 计算与设计放样点偏差， 并将实际安装点展开到安装网格CAD 图中对比检查有无漏放、 重叠。

2.3 应用无人机航拍协助防波堤护面块体安装密度的控制措施

防波堤工程平面布置范围大， 扭王字块安装施工区域也相对较大， 安装密度、 勾连咬合质量检查困难。 因此， 采取无人机航拍协助控制防波堤护面块体安装密度。 即提前在安装好的扭王字块顶上喷涂上明显的4 个点， 并测好4 点的坐标， 算出面积， 然后降低无人机飞行高度， 定点抓拍该范围， 计算扭王字块的安装密度并监测相互间的咬合情况(图5)。 起到了积极的协助和支持作用， 值得类似海上工程施工管理借鉴和推广。

图5 无人机航拍协助扭王字块安装质量控制

2.4 加密布设沉降位移观测杆措施

要全面了解防波堤的沉降、 水平位移情况，须设置临时观测点及永久观测点， 并对其变形进行分析， 得出变形的规律及变化， 有效监控防波堤在施工、 完工期间的安全性、 适用性、 耐久性，避免因沉降、 位移原因造成质量事故。

3 施工过程的质量控制

1)堤心石卸料时， 自卸汽车应尽可能靠近堤头以利于石料向前滚落， 减少卸在堤顶面的石料数量。 卸料完成后， 再用挖掘机和装载机向前推填。

2)堤心石陆抛过程中， 超抛堤心石， 控制堤顶高程3.0 m、 堤顶宽度不小于8.0 m， 采用RTK系统测量控制。

3)块石垫层水抛作业紧跟堤心石陆抛作业施工， 采用装载机上平板船抛填、 RTK 系统平面定位， 人工打水砣控制高程。 水抛时， 船身垂直于防波堤堤轴线， 装载机铲起石料后从两侧船舷抛下， 抛填达到高程后移船抛填下一断面， 每次移船距离2～3 m。

4)心石推填至日最低潮位低于1.0 m 时(一般持续5～6 d)， 停止堤心石陆抛， 换填超抛部分堤心石为块石垫层， 开始垫层块石理坡作业， 控制顶高程3.0 m。 理坡作业在潮位最低时进行， 在堤顶间隔15 m 设置木质理坡架， 作为坡面高程参照。 水下部分坡面， 采用长臂挖机配合人工打水控制高程。

5)理坡完成后， 堤顶铺二片石整平， 控制堤顶高程为2.9 m。

6)底块石水抛采用反铲挖掘机或装载机船上抛填、 RTK 系统平面定位、 人工打水坨控制高程。水抛时， 船身垂直于防波堤堤轴线， 装载机或挖掘机装石料后从两侧船舷抛下， 抛填达到高程后移船抛填下一断面， 每次移船距离装载机抛为2～3 m、 挖掘机抛为4～5 m(图6)。

图6 护底块石水抛施工

4 结语

1)堤身抛石、 理坡将水下施工变为水上施工、水上施工变为陆上施工， 将水下控制转为水上控制， 有效地确保施工的连续性和可控制性。

2)护面块体的安装以技术创新保质量， 以质量保进度， 使得各工序操作衔接并进。

3)定期施工过程及工后沉降监控确保堤身的稳定。

4)采用新设备检验各工序在施工过程的符合性， 在类似海况的工程施工中有一定的借鉴意义。