開泊船水下拋石施工在海堤水毀修復工程中的應用

陳必文 陸 廣

（濱?？h水利工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇鹽城 224500）

1 概況

黃河北徙后，濱?？h海岸長期處于侵蝕狀態(tài)，六合莊段海岸位于廢黃河口與翻身河口之間，北接翻身河閘港堤，南接淤黃河閘港堤，平面上呈一直線狀，位置突出，是濱?？h海岸的節(jié)點。江蘇省的江海堤防達標工程治理從1997年開始，六合莊段海堤治理被安排在全省首期海堤達標工程項目中。設計方案歷經(jīng)反復，并由河海大學對設計方案進行了物理模型試驗論證和完善，工程采用了國內(nèi)首創(chuàng)的管樁順壩和預制混凝土扭王塊體（亦稱鉤連塊體）壓護結(jié)構(gòu)。六合莊段海堤達標工程完成后歷經(jīng)多年的汛期考驗，基本能抵御設計標準下的風暴潮侵蝕，取得了預期效果。但由于缺乏對侵蝕性海岸動態(tài)變化、動力條件和防護型式的觀測和研究，未能從根本上解決堤前灘面蝕降問題。

濱?？h六合莊段海堤于1999年按照防御50年一遇高潮位加10 級風浪組合的設計標準，實施海堤達標工程建設，護坡工程堤頂及反弧墻頂高程7.0 m，堤頂寬8.0 m，迎水坡M15 灌砌塊石平臺高程2.6 m，寬5.0～6.0 m，平臺以上C20 混凝土護坡比1∶3，平臺以下為拋石護坡上加C25 混凝土扭王塊體壓護，坡比1∶4，坡腳為25.0 m 寬拋石護坦。保灘工程采用高強度管樁順壩方案，管樁順壩兩側(cè)拋石護底，管樁距岸邊60.0 m，管樁頂高程1.0 m，管樁直徑0.6 m，樁長為8.0 m 和10.0 m 兩種，管樁透空間距為0.4 m 和0.8 m，管樁兩側(cè)拋石底寬17.0 m，拋石厚度不少于0.7 m，管樁順壩南北兩端各建一道丁壩封口，頂面及外坡面采用每塊400 kg的扭王體進行護面。

2 工程水毀情況及修復方案

2.1 工程水毀情況

由于六合莊段海岸是江蘇省侵蝕性海岸的典型，其灘面蝕降的速度明顯較別處海岸快，主要水毀情況有：

（1）工程區(qū)的丁壩毀壞嚴重

丁壩的主要作要是消減波浪對海岸的直接沖擊，經(jīng)十幾年的運行，工程區(qū)內(nèi)丁壩表面扭王塊、壩體塊石被淘空、下沉和坍塌。經(jīng)現(xiàn)場實測，壩頭現(xiàn)狀頂高程不足-0.5 m，原設計壩頭頂高程為1.0 m 左右。

（2）灘面刷深嚴重

波浪在由外海向岸邊傳播的過程中，管樁前和堤腳前為波能集中處，受侵蝕最為強烈。原拋石護灘與管樁順壩之間以及管樁順壩前均為裸灘，加之丁壩回流渦旋作用，灘面下切速度很快。經(jīng)現(xiàn)場實測，堤前灘面大部分涮深至高程-3.5 m 左右。經(jīng)過十幾年潮水侵蝕，現(xiàn)狀灘面與1999年實施達標防護時的灘面高程-1.2 m 左右相比，普遍刷深了-2.3 m 左右。

（3）部分堤段扭王塊護坡塌陷

部分塌陷段護坡上扭王塊均不同程度被打磨、缺損，底層塊石被凌亂地打散在扭王塊護坡及平臺上，其下露出達標實施前的漿砌塊石護坡。

2.2 水毀修復方案

根據(jù)海堤侵蝕特點，如僅保主海堤，當灘面被嚴重侵蝕以后，堤腳也將被淘空，主海堤必將又處于危險之中。本著保堤先保灘及輕重緩急的原則，對樁號36+040～36+765 段總長約725 m 范圍內(nèi)的扭王塊護坡與管樁順壩之間的灘面進行拋石加固。修復加固標準為：拋石加固后灘面高程不低于原海堤達標防護工程所要求的-1.5 m，對于裸灘部位，拋石下設一層350 g/m2有紡土工布。

3 開泊船構(gòu)造及施工方案

3.1 開泊船基本構(gòu)造及工作原理

開泊船在澳門填海工程中使用非常廣泛，在濱海縣海堤工程施工中使用尚屬首次。本工程開泊般采用10 t 和15 t 兩種噸位船型，最低吃水深度為1.5 m。動力為柴油機，船身長12 m，船寬6 m，船體四周為氣壓倉，氣壓倉主要作用是承載塊石重量，且在塊石卸掉后船體不下沉、不傾覆，船體中間為實用船倉，長為4 m，寬為2 m，深1.3 m，實用船倉底部有兩塊鐵板卸門，兩側(cè)門寬各1 m，利用油壓拉臂向下打開或向上關閉，操作簡便。

開泊船在塊石裝載時，先將實用船倉底部兩側(cè)門封閉，因門四周縫隙透水，倉內(nèi)會有少部分水，可以用挖掘機直接將海運船中塊石抓放至開泊船船倉內(nèi)，在運至指定施工位置后，按下控制按鈕卸載，鐵板卸門從中間向兩側(cè)打開，塊石在自重的作用下沉入水中，船體受四周氣壓倉浮力作用，自動上浮而不下沉，然后再將底門關閉，從而完成塊石拋填。這與普通船只卸載原理不同，也是開泊船最大的特點。

3.2 開泊船施工方案

工程在開泊船施工裝運塊石前，先將工區(qū)內(nèi)3 個丁壩處頂部塊石（與管樁相交處）挖開，形成缺口，方便開泊船進出樁內(nèi)灘面水域，形成船運循環(huán)通道，在塊石拋填全部結(jié)束后再將丁壩恢復。同時劃分施工段，在護坡平臺和管樁之間每相隔20 m 用彩繩橫向拉緊形成施工段，因管樁帽頂高程只有1.12 m，高潮時不能露出水面，可在相應管樁處用高出管樁2 m以上的鋼管固定在管樁上，在鋼管頂部系彩繩與平臺相接。每個施工段分別用一條開泊船裝運，便于計量。

本工程灘面塊石需拋填至高程-1.5 m，而開泊船最低吃水深度為1.5 m，所以在0.0 m 以上潮位即可施工，六合莊段正常高潮位在1.38 m，每潮水施工作業(yè)時間達4 h，經(jīng)測算，配置6 條開泊船，每天可拋石600 t左右。工程采用2000 t 位的海運船從連云港裝運塊石至施工地段，停泊在離海堤約500 m 處，用挖掘機將海運船中塊石卸裝至開泊船上，每條開泊船從丁壩缺口處運至各自預先用彩繩劃好的施工段進行塊石拋填（見圖1）。管理人員分別對每個工段每條開泊船裝運次數(shù)進行記錄，并根據(jù)斷面圖測算出每段塊石方量，在塊石拋填量接近設計工程量時，立即進行斷面測量，對拋填高程不足灘面位置，再用開泊船精確補填，確保工程質(zhì)量。

圖1 開泊船施工圖

4 開泊船拋石施工的優(yōu)勢

濱?？h樁周拋石傳統(tǒng)施工方案為沿主海堤方向每50～100 m 橫向搭設腳手架及施工平臺，至保灘工程管樁搭設縱向和橫向腳手架及施工平臺，塊石用汽車運至主海堤卸下，然后用獨輪車將塊石推至施工地段，在低潮位用人工整平以達到工程設計標準。采用開泊船拋石施工的主要優(yōu)勢有：

4.1 施工進度快

采用人工推塊石效率為12 t/d，一般搭設兩個主腳手，每個主腳手只能配置20 個人，每天可拋石480 t，加之搭設腳手平臺需4～5 d 時間（受潮汐影響），另外，因受陸路運輸能力限制，不能保證每天都有塊石進場，也會直接影響工程施工進度。開泊船每天潮位在0.0 m 以上即可進行水下拋石施工，而濱?？h平均高潮位為1.38 m，每天最少能施工達5 h 以上，配置6 條開泊船，每天可拋石600 t以上，除受風浪影響外，3～4 d 可拋完一條海船裝運的2000 t 塊石，所以采用開泊船拋石施工進度快，可使工程提前半個月完成，有效地縮短工期。

4.2 安全系數(shù)高

搭設腳手架及平臺進行拋石施工一般適合高程在-1.0 m 以上的灘面項目，考慮受潮汐影響，平臺高程須在3.5 m 以上，否則在施工中易受臺風和寒潮影響致使腳手架及平臺損毀。而灘面高程在-3.5 m，與平臺之間凈高差有7.0 m，腳手搭設難度大，施工平臺穩(wěn)定性差，施工時易晃動，存在工人墜落、施工平臺坍塌等安全隱患，容易出現(xiàn)安全事故。開泊船水下拋石施工只要控制好船只不超載，不撞擊管樁和扭王塊體護坡造成船體氣壓倉損壞即可，安全性好。

4.3 管理模式簡單

按搭設腳手架進行拋石施工方法，至少要組建三個施工隊，包括兩個拋石施工隊和一個腳手施工隊，人員多、組織難度大、管理模式復雜。而采用開泊船水下拋石施工，只需一個施工隊伍，一線施工人員較少，從而減少了施工管理難度。

4.4 施工質(zhì)量可控性強

搭設腳手架在拋石施工中會在縱橫腳手架處形成塊石堆積，腳手底部和腳手架之間出現(xiàn)塊石拋填不到位的情況，而灘面拋石頂高程設計為-1.5 m，最低潮位在-0.8 m 左右，人工無法對拋填后的塊石進行整平，在腳手架拆除后，一旦局部施工段塊石量不足，無法再拋填塊石，易產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。另外，對于人工無法施工的單體重量在120 kg 以上的塊石，還需作破鑿處理，使單體塊石重量得不到保證，而單體塊石重量對灘面拋石穩(wěn)定性影響較大，若塊石較輕則在長期的海潮作用下容易移動，形成水毀，從而影響工程質(zhì)量。

開泊船拋石施工不易出現(xiàn)塊石堆積現(xiàn)象，即使局部有塊石堆積，也無需人工整理，在海浪的作用下高處塊石會向低處移動，使裸灘拋石表層自動整平。即使局部施工區(qū)塊石達不到高程，拋石量不足，也無需搭設腳手架，開泊船可在高潮位直接進行塊石拋填，施工質(zhì)量易控制，且塊石拋填過程全部采用機械施工，對于單體重量在120 kg 以上的塊石，因其體積大、穩(wěn)定性好，無需破碎，從而保證了工程施工質(zhì)量，水毀治理效果更好。

4.5 節(jié)約施工成本

傳統(tǒng)施工方法周期長，租賃鋼腳手費用大，搭設和進退場費用高，人工費增長過快（21 元/m3），搭設腳手架施工綜合單價達47 元/m3左右。本工程在9月初開工，臺風和寒潮多，不確定因素多，施工中鋼腳手損壞大，必然會增加施工成本。經(jīng)統(tǒng)計，從1998年實施海堤達標工程以來，在樁周拋石施工中因臺風或寒潮影響致使腳手架損壞或坍塌的索賠費用占全部索賠費用一半以上。開泊船拋石施工不僅沒有腳手費用，而且減少了塊石陸上轉(zhuǎn)運費用，在臺風和寒潮期間停工即可，拋石單價也僅為35元/m3，大大節(jié)約了施工成本。

5 結(jié)語

實踐證明，開泊船水下拋石施工作為一種新的施工方法，適合在近海深水灘面施工，且已取得了明顯的經(jīng)濟效益，達到了預期的施工技術效果。但也存在三點不足：一是吃水深度過大，在計劃實施的六合莊段二期工程中灘面設計高程為-0.5 m，抬高近1.0 m，增加了施工難度，但可采用開體船，其與開泊船原理唯一不同之處在于船體底部兩塊鐵板卸門向兩側(cè)平開，減少吃水深度達1.0 m，可以在淺水灘面施工；二是由于其他地段管樁順壩是連續(xù)不間斷的，船只無法從樁頂通過，致使施工通道過長，增加成本；三是在靠近管樁拋石時容易與樁相撞，造成船體氣壓倉損壞而下沉，存在安全隱患?？傊?，開泊船水下拋石施工在六合莊段海堤水毀修復工程中的成功應用，對今后海堤水下拋石施工有很好的借鑒作用，也可推廣至內(nèi)河水下拋護塊石或袋裝土施工，應用前景將越來越廣泛。