防波堤预制块体安装工艺

李天明 中交广州航道局有限公司

1.工程概况

阿尔及利亚奥兰港外海防波堤位于Falcon海岬和Aiguille之间的港湾深处。阿尔及利亚海岸潮汐的幅度相对较弱，在20cm范围内。根据大气压强的变化，可观察到海平面的季节性变化，11月到12月变化最大，可达到40cm，平均潮位+0.40m Zh。奥兰港外海海况恶劣，每年5月至11月浪高在1～2m，风速在20节以下，施工作业天数约20天/月；每年11月至次年4月，为地中海季风期，浪高常在3m以上，风速常在20节以上，施工作业天数约10天/月。

奥兰港外海防波堤工程由第1段、第3段和堤头组成。总长1540m，其中，第1段为P0～P104，长1040m；第3段为P232～P272，长500m。本工程为在原有防波堤基础上加固，主要施工内容包括：0～500kg护脚石、1～3t防护石、3～6t防护石、1～3t调整层的抛填；40t、50t、55t、62t四方形实心块体的安装、孔洞修复以及防浪墙加高等。石料进料抛填共120万吨，其中0～500kg护脚石共45万吨、1～3t块石50万吨、3～6t块石25万吨；预制四方形实心块体共14万方，总块数为6782块，其中40t为2015块、50t为2407块、55t为1305块、62t为1055块。

2.吊装工艺选择

（1）增加吊环钢筋，从而增加工程成本。预制块体的吊环采用HPB300热轧光圆钢筋制作，根据规范要求吊环锚入混凝土的深度≥30d，吊环内直径应≥3d且≥60mm，在块体的自重标准值作用下，每个吊环按2个截面计算，每个块体上设置4个吊环。按62t计算单根吊环钢筋长度为2.4m，直径为28mm，则需要钢筋总量为315t，当时当地钢筋价格为66000第纳尔/t（汇率为1：12.5），则需增加吊环钢筋采购成本为166（万元）。

（2）预制块体时需要加工和预埋吊钩，增加吊环加工工序和预制难度，降低预制效率。

（3）吊环工作原理为利用钢筋与混凝土的锚固力进行吊装，因此需要在混凝土达到一定的强度后才能进行转堆、运输和吊装作业。而施工场地有限、预制块体数量多，受混凝土龄期影响预制周期长，预制和安装效率低，工期压力大。

（4）钢筋在腐蚀过程中会将混凝土胀裂，降低块体强度和使用寿命。

（5）奥兰港外海海况恶劣，安装过程中在波浪力的作用下块体来回上下晃动，吊环容易突然断裂从而发生严重安全事故。

（6）预埋吊环通过钢丝绳和自动脱钩装置的配套进行吊装，自动脱钩装置在波浪力等外力的作用下可靠性较低，可能出现突然脱钩或无法脱钩的情况。无法脱钩时需要潜水员配合脱钩，尤其在夜间安装时安全问题特别突出，安装工作效率低。

因此，项目部通过计算和现场验证，确定采用特制夹具和配套钢丝绳作为四方形实心块体的安装吊具。

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3.四方形实心块体夹具的设计

3.1 夹具工作原理

起重机械通过主钩钢丝绳向上提升的拉力作用在夹具主钢梁上，主钢梁下中心转轴两侧的夹杆在实心块体重力的作用下往中间夹紧，夹杆末端的夹板夹住实心块体两侧，通过夹板与块体间的摩檫力将块体吊起。当块体安装到指定位置后松开主钩钢丝绳，同时提升副钩钢丝绳，将夹杆与块体脱钩分离，卸下块体完成安装。

3.2 夹具适用要求

（1）夹具吊装主要原理为夹板与块体之间的摩檫力与块体重力达到平衡，而摩檫力受夹角的影响，夹角越小则摩檫力越小，块体则可能发生下滑。因此为减少夹具加工数量，减少夹具制作成本，要求62t夹具可满足62t和55t实心块体吊装，50t夹具可满足50t和40t实心块体吊装，而不发生实心块体下滑事故。

（2）夹具设计满足在水平面上脱钩分离和斜坡面上脱钩分离的要求。

4.块体安装工艺

4.1 安装船机性能

本工程护面块体采用以下三种安装方法：一是用500t固定式朳杆起重船进行水上安装；二是用横鸡趸进行水上安装；三是用150t履带式吊机在堤顶安装。

（1）500t起重船安装优缺点。

优点：①500t起重船最大安装跨径可达32m，适合安装堤顶及堤头距离较远部分；②500t起重船船体较为宽大，抗风浪能力较强，锚链达3t重，船舶定位后安装较为平稳，作业安全性较高。

缺点：①500t起重船本身不具有装载能力，需要平板驳配合运输块体进行安装，因此船机费用较大；②500t起重船朳杆为固定式，安装时需要移动船身进行定位，安装效率较低；③500t起重船船体较大，抛锚定位占用时间长；④500t起重船朳杆为固定式，安装时需要移动船身进行定位，无法利用GPS进行块体定位，安装水下块体时需潜水员配合，安装效率低且不适合夜间作业，因此500t起重船更适合安装露水后的护面块体。

（2）横鸡趸安装优缺点。

优点：①横鸡趸本身具备较大的装载能力，因此不用平板驳配合，提高安装效率同时节约船机费用；②横鸡趸朳杆可以自由旋转，可在朳杆顶部安装GPS，通过GPS定位块体位置，简单、方便且精准，晚上安装作业也不受影响，大大提高安装效率；③横鸡趸船型较小，抛锚定位简单，节约船舶移位定位时间。

缺点：横鸡趸为窄形船体，定位时船体长度方向常与波浪方向平行，同时横鸡趸定位锚较小，仅为1t重，因此横鸡趸船舶稳定性较差、抗风浪能力较弱。

（3）150t履带吊安装优缺点。

优点：堤顶吊机安装由于脱离了海浪的影响，施工效率明显加快，可24h连续作业。

缺点：150t可安装跨径为12m，安装范围较小，同时本工程为原有防波堤基础上的加固，原有挡浪墙影响吊机站位和移位，吊机仅可在堤头部位进行安装，吊机安装作业面较少。

4.2 块体安装密度

根据合同要求，块体安装为相互错开，定点随机摆放，块体铺设层密度均匀，理论体积底部面积为50m2的铺设层的密度为（混凝土的体积/总体积）：两层铺设：0.53(-0.02/+0.04)，一层铺设：0.60(-0.02/+0.04)。因此，可计算出块体安装间距为：0.5～0.8m，满足安装密度要求（假设块体纵向和横向间距相等）。

4.3 块体安装顺序

块体在斜坡面上的安装顺序应紧随垫层石抛理验收之后，由坡脚向坡顶（即由下向上）进行，尽可能减少垫层石的暴露时间，防止风浪破坏已完成的垫层石。护面块体安放沿堤身方向采取阶梯形纵向流水分段，分段的长度为30m。

4.4 块体安装测量定位

在履带吊或横鸡趸朳杆顶部安装GPS定位仪器，确保与吊装的主钩钢丝绳在同一垂线上，即GPS平面位置为朳杆所吊块体的平面位置，GPS平面坐标通过传输线传送至操作室电脑，通过电脑直接显示出所吊块体在安装平面图上的具体位置，操作手根据电脑屏幕显示转动朳杆，当块体稳定且电脑显示所吊块体与安装图位置重合时即可脱钩卸下块体，并及时在定位软件上记录已安装位置，每安装一块则标记一块，防止漏安或重安。同时块体安装施工使用安装记录专用表，表格详细记录每一块块体的安装位置、数量和编号，安装时逐块做好安装记录。

护面块体安装后由业主、监理组织对水下块体进行检查，采用潜水员水下录像的方式进行。经查，所有安装的块体无过大隆起、重叠或漏放，相邻块体间姿势较好。

5.结语

综上所述，采用夹具的方式安装四方形实心块体，具有技术可靠、施工设备简单、操作技术易于掌握、加快施工速度、节约工程成本等优点，可在类似护面块体安装中广泛应用。