臺山某護岸工程施工方案優(yōu)化

王勇

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510330）

臺山某護岸工程位于廣東省臺山市，是某大型項目的海工配套工程，護岸主要作用是圍海造地，形成廠區(qū)用地，并為主廠區(qū)及過境道路提供安全防護。護岸為順岸拋石斜坡堤結(jié)構(gòu)，長1 551 m，工程主要包括爆填開山石、挖泥、拋理各類規(guī)格石形成堤身斷面、預(yù)制和安裝扭王塊、現(xiàn)澆擋浪墻等，原護岸結(jié)構(gòu)典型斷面圖見圖1。

圖1 原護岸結(jié)構(gòu)典型斷面圖

1 優(yōu)化前施工方案

按原設(shè)計方案，護岸擬采用陸上推填→堤心爆填→兩側(cè)平臺爆夯→側(cè)槽挖泥（臨時航道及堤頭清淤）→拋填反壓平臺開山石→拋填100～150 kg基礎(chǔ)塊石→拋理800～1 200 kg護底塊石（回填內(nèi)側(cè)+3.5 m以下開山石）→拋理墊層石→安裝扭王字塊→上部結(jié)構(gòu)施工的施工方法。該施工方法廣泛應(yīng)用于順岸式護岸工程，如在陽江核電護岸工程、寧德核電護岸工程均成熟應(yīng)用。

2 提出優(yōu)化方案的原因

通過詳細的現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)，護岸位于寬闊的淺灘上，護岸軸線往外2 km仍為淺灘，銅鼓航道在3.0 km以外，施工區(qū)域淤泥層厚約10 m，泥面標高約-1.0 m，在施工水位時水深僅2 m，如進行挖泥、拋石施工，需在護岸與銅鼓航道之間、沿側(cè)槽外側(cè)開挖臨時航道才能滿足抓斗船、泥駁及拋石船的吃水要求，臨時航道挖泥約27萬m3，臨時航道平面布置見圖2。

按原設(shè)計方案，側(cè)槽挖泥、臨時航道挖泥及堤頭清淤共103.7萬m3，采用抓斗船配自航泥駁的施工方法，所有挖泥均外卸，距現(xiàn)場約30 km；拋填反壓平臺開山石及拋填100～150 kg基礎(chǔ)塊石共46.8萬m3，采用開體駁粗拋、平板船細拋的施工方法。

圖2 臨時航道平面布置圖

由于本工程是議標工程，在議標階段，業(yè)主結(jié)合自身需要，從節(jié)約投資、確保開工方面考慮，提出4點改進建議：1）護岸工程位于淺灘上，挖泥的工程量較大、費用較高，僅挖泥費用就需近2 000萬元，希望能降低挖泥費用；2）水上施工需增加臨時航道挖泥，增加工程造價，施工需跨越臺風季節(jié)，臨時航道容易淤積，維護疏浚風險大，潛在費用高；3）海上卸泥地點申請手續(xù)繁瑣、時間長，可能會影響開工；4）業(yè)主希望利用挖出的淤泥造陸，以減少場平工程土方平衡的借方。因此，業(yè)主希望集成施工單位、設(shè)計單位的優(yōu)勢來優(yōu)化方案，達到節(jié)約投資、按期開工的目的。

3 優(yōu)化方案

結(jié)合淺灘區(qū)域不利于水上施工的實際情況，提出取消側(cè)槽挖泥、反壓平臺開山石，將堤身爆填擴寬至側(cè)槽坡腳、再回挖形成設(shè)計斷面的思路，即堤身全斷面爆填方案，護岸優(yōu)化后典型斷面見圖3。在經(jīng)有關(guān)專家對擴寬爆破擠淤斷面的可行性論證后，結(jié)合物模試驗結(jié)果，認為堤身采用全斷面爆填方案是可行的，但需在施工工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計上解決兩個問題：1）堤頭淤泥包清理；2）堤身結(jié)構(gòu)需設(shè)計進行局部適應(yīng)性修改。

圖3 護岸優(yōu)化后典型斷面圖

3.1 堤頭淤泥包清理

1）堤頭淤泥包形成原理：堤身爆破擠淤時，起爆瞬間淤泥向四周擠出并向上拋擲形成空腔，拋石體在爆炸負壓與強烈振動下滑入空腔，形成定向滑移及泥、石置換，塌落石料滑入空腔后，形成“石舌”，淤泥被置換擠出，經(jīng)多次推填爆破后，在堤頭及堤身內(nèi)外側(cè)形成隆起的淤泥包。多次爆填后淤泥包隆起范圍可達60～80 m，向堤頭和兩側(cè)擴散；剖面上呈拋物線狀，一般最高點離堤頭約8～10 m位置，隆起高度視土質(zhì)、拋填塊石厚度、淤泥層厚度、爆填次數(shù)及消散邊界條件等的不同而異，本工程淤泥質(zhì)土隆起的淤泥包可達3 m。

2）清淤的必要性：由于護岸地處淺灘，淤泥包不易被潮流、波浪沖走；護岸順岸布置形式，且堤身較寬，使淤泥包不易往兩側(cè)消散。在淺灘區(qū)，淤泥包隆起后很容易露出水面，如淤泥包不斷隆起累積，高于原泥面超過2 m后（即淤泥包達+1.0 m），在低潮時將露出水面，露出水面的淤泥包經(jīng)日曬風吹，表面風干成層，形成表層龜裂狀的塑狀土層，增加了淤泥的強度，也使淤泥包更難消散，不利于爆填作業(yè)；如堤頭淤泥包隆起達3 m時（即淤泥包達+2.0 m），爆破后淤泥會在石舌上方大量堆積，繼續(xù)拋填擠淤時存在泥石夾層隱患；在下一循環(huán)爆破前，隆起的淤泥在堤頭呈包圍狀，相當于增加了淤泥層的厚度，弱化了爆破擠淤效果。爆破擠淤及淤泥包示意圖見圖4。因此，為確保爆破擠淤質(zhì)量，需在爆填過程中及時清除堤頭淤泥包。根據(jù)經(jīng)驗及土質(zhì)計算，堤頭清淤量約36萬m3。

圖4 爆破擠淤及淤泥包示意圖

3）清淤船機選擇：針對淺灘，不能滿足抓斗式挖泥船吃水的情況，我們提出使用吃水較淺的絞吸船清淤方法。絞吸船的優(yōu)勢在于：①絞吸船吃水淺，不需開挖航道即可滿足施工要求，避免了航道維護疏浚風險；②節(jié)省了開挖航道及辦理卸泥許可證的費用，還為按時開工贏得時間。經(jīng)計算，吹填能力為250 m3/h的絞吸船能滿足施工強度要求；平均吃水約1.5 m，適合現(xiàn)場原泥面約-1.0 m、施工水位約2 m水深的淺灘海域施工。

施工時絞吸船趁高水位進入堤頭隆起的淤泥包前沿，由外往內(nèi)、先堤頭后兩側(cè)地清除隆起的淤泥包，清除至原泥面標高即可。絞吸船清除淤泥包示意圖見圖5。

圖5 絞吸船清除淤泥包示意圖

4）棄泥點選擇：響應(yīng)業(yè)主要求，為減小業(yè)主場平工程中的借方，將清淤的淤泥吹填到護岸后方，護岸后方原為村民的養(yǎng)殖漁塘，面積約100萬m2，能儲備土方約300萬m3，滿足吹填棄泥的要求。

3.2 堤身結(jié)構(gòu)局部進行適應(yīng)性修改

堤身優(yōu)化為全斷面爆填施工工藝后，施工方法及工序上產(chǎn)生了較大變化，在不改變結(jié)構(gòu)安全性及斷面輪廓的條件下，經(jīng)設(shè)計計算后對護岸斷面局部進行了修改，對局部施工工序作了調(diào)整。

斷面結(jié)構(gòu)上：取消側(cè)槽挖泥、拋填反壓平臺開山石、100～150 kg基礎(chǔ)塊石及兩側(cè)平臺爆夯。爆破擠淤寬度由44 m擴寬至69 m后，爆破擠淤標高由+3.5 m調(diào)整為+5.0 m，以滿足拋石體破壞地基極限平衡產(chǎn)生自沉的要求；原設(shè)計斷面的100～150 kg基礎(chǔ)塊石由爆填的0～500 kg堤心石替代；原斷面的兩側(cè)平臺在全斷面爆填時屬于堤心的一部分，平臺位置經(jīng)堤身多次爆破振動及側(cè)爆振動而密實，外側(cè)平臺通過回挖形成。簡化了+5.0 m以下的斷面結(jié)構(gòu)，也減少了規(guī)格石種類，實現(xiàn)了陸上施工形成堤身斷面。

4 施工方案優(yōu)化前、后的工序?qū)Ρ?/h2>

按原設(shè)計斷面，+3.5 m以下的施工工序如圖6。施工方案優(yōu)化后，+5.0 m以下的施工工序如圖7。

可見，施工方案優(yōu)化為全斷面爆填后，壓縮了3道施工工序，僅剩堤頭清淤為水上施工作業(yè)，堤身施工均由陸上完成。

圖6 +3.5 m以下的施工工序

圖7 +5.0 m以下的施工工序

5 施工方案優(yōu)化前、后工程量對比

護岸施工方案優(yōu)化后，除挖泥清淤工程量大幅減少外，護岸實體結(jié)構(gòu)的工程量并未發(fā)生變化（回挖的38.7萬m3石料循環(huán)利用），但由于施工方案的改變，原拋填反壓平臺開山石、水上拋填基礎(chǔ)塊石轉(zhuǎn)移到陸上施工。具體工程量變化見表1。

6 施工方案優(yōu)化前、后主要船機設(shè)備對比

護岸施工方案優(yōu)化后，在工期不變的情況下，由抓斗挖泥船改為吃水較淺的絞吸船，取消了泥駁、拖輪、定位方駁、平板船、開體駁共12艘船舶。由于石料為業(yè)主甲供料，雖然陸上拋填石料增加了約71萬m3（回挖石料循環(huán)利用），但對業(yè)主來說只是71萬m3石料卸料點的改變，即卸料點由原來在護岸旁的臨時碼頭改為堤頭，并未增加業(yè)主的供料設(shè)備及難度。通過船機設(shè)備配置總量比較，取消了12艘大小船機及1座卸石料臨時碼頭，增加了1臺推土機、2臺挖掘機及6輛載重汽車，具體船機設(shè)備變化見表2。可見，優(yōu)化后減少大量船機投入，陸上施工設(shè)備的調(diào)遷比船舶調(diào)遷更方便、便宜，節(jié)省了一筆可觀的船機費用。

表1 優(yōu)化前后水上、陸上施工工程量對比表

減少水上施工船舶后，解決了挖泥、水上拋填塊石同時施工時避讓航道的問題，也大大減少了爆破擠淤起爆時對作業(yè)船機的影響（要求水上船舶距離爆破點不少于250 m的安全距離），同時也減輕了船舶的防臺壓力。

表2 優(yōu)化前、后主要船機設(shè)備對比表

7 施工方案優(yōu)化后的質(zhì)量情況

護岸施工方案優(yōu)化后的質(zhì)量控制重點是爆破擠淤施工，爆破擠淤施工的主要檢測手段為體積平衡法、探地雷達法及鉆孔檢測法，3種方法互相校核檢驗，為全面、動態(tài)控制爆填質(zhì)量提供了較好的依據(jù)。檢測頻率如下：體積平衡法按每50～60 m進行一次計算校核；探地雷達法分橫、縱剖面分別檢測，橫斷面檢測間距10 m，縱剖面檢測線布設(shè)3道，分別位于軸線、前后坡腳平臺外邊線位置，測點間距均為0.25 m；鉆孔檢測橫斷面間距為100 m，每斷面鉆3個孔，分別在軸線、堤身前后趾位置（或在探地雷達法檢測有疑義的位置），鉆孔深入設(shè)計持力層不小于2 m。

根據(jù)第三方檢測資料分析，體積平衡法計算的平均拋填比達0.97，最小計算段位的拋填比為0.95，滿足規(guī)范大于0.9的要求；探地雷達法檢測的堤心石落底標高基本與設(shè)計相符，實際底寬普遍大于設(shè)計底寬，堤心底部斷面輪廊線基本平順，未發(fā)現(xiàn)底部高差突變情況；鉆孔探摸共檢測48個孔，其中26個孔位的堤心石深入到設(shè)計持力層，最大超深達3.1 m，15個孔位的泥石混合層厚度在0～0.5 m之間，7個孔位的泥石混合層厚度在0.6～0.8 m之間，滿足設(shè)計泥石混合層厚度小于1 m的要求。通過體積平衡法、探地雷達法及鉆孔檢測法相互驗證檢測證明，護岸施工方案優(yōu)化后的施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

對護岸整體結(jié)構(gòu)來說，優(yōu)化后有個不可忽視的優(yōu)點，就是原設(shè)計斷面的堤心石與反壓平臺開山石分兩道工序施工；施工方案優(yōu)化后，一次性爆填成型，使結(jié)構(gòu)整體性更好、塊石間更密實。

8 施工方案優(yōu)化后的優(yōu)點及改進建議

本方案優(yōu)化過程中，充分考慮自然條件及業(yè)主需求，化不利條件為優(yōu)勢，成功的從傳統(tǒng)“陸上+水上”施工方法優(yōu)化為以陸上為主的施工方法，主要優(yōu)點如下：

①不需側(cè)槽挖泥、開挖臨時航道、水上拋石作業(yè)，減少了遠距離海上卸泥的成本和風險，大大降低了工程投資；

②把水上施工的拋填反壓平臺開山石、基礎(chǔ)塊石工程量轉(zhuǎn)移到陸上施工后，施工受自然條件的影響更小，進度更有保障，單價更低，節(jié)約了投資；

③縮減了海上施工船舶投入，降低了現(xiàn)場的管理難度；

④不需申請海上卸泥地點，實現(xiàn)了按期開工，也實現(xiàn)了業(yè)主吹淤造陸的需求；

⑤優(yōu)化后斷面結(jié)構(gòu)更加簡潔、整體性更好，同時減少了規(guī)格石種類，減少了施工工序。

改進建議為：護岸優(yōu)化為全斷面爆填后，擴寬了爆破擠淤范圍，也增加了合攏段施工難度，合攏段是護岸重要的結(jié)構(gòu)段。建議合攏段選在淤泥層較薄、土層單一位置，施工長度取40～60 m；合攏施工前將堤頭和兩側(cè)淤泥包清除至原泥面，先在軸線或偏岸側(cè)位置拋填一道窄堤，再由窄堤往兩側(cè)爆填至設(shè)計堤寬，拋填時適當提高爆前堤頭標高，盡量使用大粒徑石料，以確保合攏段施工質(zhì)量。

9 結(jié)語

目前，護岸工程已按合同要求完成施工。施工方案優(yōu)化后，為業(yè)主節(jié)省了大量的投資，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益，并在寧德核電西護岸工程中成功推廣應(yīng)用。對于類似淺灘區(qū)域的護岸或防波堤工程，值得借鑒與參考。

[1]李忠.建設(shè)防波堤中有關(guān)應(yīng)用爆破擠淤的質(zhì)量監(jiān)理[J].水運工程，2000（11）：52-56.

[2]JTJ/T258-98，爆炸法處理水下地基和基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程[S].