寬肩臺斜坡堤中超大塊石裝運與安裝工藝

唐橋梁，劉京平

（中國港灣工程有限責任公司，北京　100027）

寬肩臺斜坡堤中超大塊石裝運與安裝工藝

唐橋梁，劉京平

（中國港灣工程有限責任公司，北京100027）

文章結(jié)合超大塊石在裝運以及安裝兩方面，詳細介紹了超大塊石在防波堤施工過程中的應用及優(yōu)化，體現(xiàn)了其與傳統(tǒng)混凝土預制結(jié)構(gòu)的差異，展現(xiàn)了超大塊石在防波堤防護中的優(yōu)越性。通過文章的總結(jié)，進一步完善此施工工藝，提高施工效率，節(jié)約成本。

超大塊石；裝運；安裝；環(huán)保；經(jīng)濟

斜坡式防波堤的斷面為梯形，在鄰海側(cè)稍高于設計高水位處設有1個一定寬度的肩臺，可以單獨用塊石或混凝土塊體拋筑而成。寬肩臺超大塊石斜坡堤設計與施工在國內(nèi)應用較少，目前尚處于發(fā)展階段。文章結(jié)合超大規(guī)格塊石在斯里蘭卡漢班托塔港二期項目人工島防波堤的應用工程實例，對超大塊石的裝運和安裝工藝進行了詳細的說明。

1　施工重難點

圍堤迎浪段長度為1 600 m，結(jié)構(gòu)形式為拋石寬肩臺斜坡堤。根據(jù)現(xiàn)場實際情況和施工計劃，為了滿足工期要求，需要開采、裝運并安裝的超大塊石為759 m3/d；同時，超大塊石的頂面寬度為15 m，且坡面水平距離也有13.5 m，層厚大、距離遠，安裝困難。施工難點體現(xiàn)在兩方面：1）石料運輸方量大、運距遠、工期緊；2）安裝困難大、技術要求高。

2　超大塊石施工工藝

2.1裝運

1）150 t吊機裝車

借鑒預制扭王塊的裝車方法，最初策劃采用150 t吊機進行超大塊石的裝車；考慮到長平板車數(shù)量有限且運輸不便，采用礦山車配合運輸。

經(jīng)過現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)裝運能力達不到要求。在現(xiàn)場進行多次超大塊石運輸測試得到平均裝車速度為11.3 min/車。按每天吊機工作時間15 h，經(jīng)計算實際吊機轉(zhuǎn)運的超大塊石重量達1 656 t/d，達不到實際需求2 010 t/d。而如果使用多臺吊機進行施工，一方面成本太高，另一方面受到場地的限制，不切實際。在經(jīng)過深入探討后，改用大噸位反鏟挖掘機進行裝車。

2）CAT349反鏟挖掘機裝車

根據(jù)超大規(guī)格塊石的重量以及反鏟的裝載能力，選用反鏟CAT349進行裝車，通過礦山車進行運輸。經(jīng)過實際測試，裝車效率有所提升，但仍然不太理想。經(jīng)現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)由于石塊過重且形狀多不規(guī)則，操作手不能很好地將石塊勾起，需要在地上反復翻轉(zhuǎn)石塊調(diào)整角度和位置后才能最終實現(xiàn)裝車。因而，改善原有設備，將反鏟的鏟斗換為抓斗，以抓代鏟。

3）CAT349抓斗挖掘機裝車

圖1為抓斗挖掘機進行超大規(guī)格塊石裝車的施工圖。

圖1　抓斗裝車圖Fig.1　Loading rocks by a grapple loader

4）超大塊石裝運總結(jié)

對不同裝車方式進行對比統(tǒng)計，如表1。

表1　 多種裝車方式對比表Table 1　Comparison of different loading methods

為了方便操作，同時也是出于對挖掘機、車輛的保護，對于部分體積特別大的塊石，一般以超過12 t為準，要用平板車來運輸。但考慮到現(xiàn)場的平板車不足，因此采取將小型自卸車的擋板取下的辦法制作縮小版的平板車。

綜合對比分析，最終選用抓斗挖掘機+礦山車的組合進行大部分的超大規(guī)格塊石裝運。挖掘機拾取能力有限，為保證挖掘機安全與使用壽命，超大規(guī)格塊石的重量不宜超過12 t，而施工現(xiàn)場生產(chǎn)出的超大塊石最重高達25 t，且數(shù)量相當可觀；同時，吊機裝石的速度是與石料塊數(shù)成遞增關系，只裝特大塊石時效率很高，因而對>12 t特大塊石采用150 t吊機進行裝車。

2.2安裝

1）挖掘機甩拋

寬肩臺斜坡堤其肩臺設置在設計高水位以上，便于反鏟挖掘機岸上施工。相對于吊機拋石，反鏟挖掘機具有精度高，施工效率高且成本低，受場地限制小等優(yōu)點。本工程中采用80噸級長臂反鏟CAT390進行超大塊石甩拋，塊石相互緊靠，其最大縫隙寬度不大于墊層塊石最小粒徑的2/3，可以防止墊層塊石的松動[1]。另一方面，波浪的反射高度與護面結(jié)構(gòu)的糙滲系數(shù)有關[2]，因而為了增加消浪效果，在進行超大塊石甩拋時采用隨機安放的方式，塊石間不必完全閉合，增加孔隙率，以達到增加護面糙滲系數(shù)的效果，并且為了保持級配的連續(xù)性，在安放過程中要有意識地將不同規(guī)格的塊石按大小由外向內(nèi)安放，以達到塊石規(guī)格由外向內(nèi)遞減的趨勢，這是消浪的最佳方式。同時，施工的順序也是塊石穩(wěn)定的關鍵，施工時塊石由下至上、由外向內(nèi)的順序一塊一塊往上壓，從而保證坡腳的穩(wěn)定性。

2）反鏟挖掘機理坡

由于肩臺很寬，坡頂與坡腳高差比較大，反鏟挖掘機無法一次性施工到位。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和機械性能，超大規(guī)格塊石分為內(nèi)外兩層施工。外層超大塊石施工時，考慮到完工面的精度和外觀要求，需要進行理坡處理。為了增強防波堤的穩(wěn)定性，其中的關鍵就是保證石料之間的緊密咬合，即“三點支撐”[3]，每一塊塊石與其下方相鄰的3塊塊石均接觸。表面塊石理坡要達到的效果是整體上是一個層面，但面層并不是光滑順接而是凹凸不平，有足夠的空隙來破碎海浪，以起到更好的消浪作用，見圖2。

圖2　超大塊石理坡效果Fig.2　Trimmed slope armored with very large rocks

防波堤水下護面塊石安裝及理坡質(zhì)量的高低很大程度上取決于操作手的技術水平，為了提高質(zhì)量和效率，反鏟上安裝GCS Flex系統(tǒng)和計重儀。反鏟GCS Flex系統(tǒng)使用角度傳感器、激光傳感器，測量動臂、吊桿和鏟斗之間關系，計算并確定挖掘鏟刀目前位置與目標位置，通過安裝在駕駛室內(nèi)的控制屏指導操作員挖掘到期望的深度和坡度。操作手可以隨時知道鏟斗的確切位置，不必僅憑猜測進行工作。

3）超大塊石安放總結(jié)

超大塊石體積大，占空間大且搬運麻煩，為了避免由于二次轉(zhuǎn)運而造成的額外費用，運到現(xiàn)場的超大塊石需要被卸載在規(guī)劃好的施工區(qū)域附近，以大型長臂反鏟的工作半徑范圍內(nèi)為宜；做好歸堆工作，否則施工不便。同時要篩分石料，保證現(xiàn)場塊石符合設計要求，減少二次轉(zhuǎn)運并且節(jié)省空間，方便施工。

樣本分料：在多個分流指揮區(qū)域放置1 t、3 t、5 t、7 t、10 t等多種石料規(guī)格的樣品。

人工分料：現(xiàn)場安排專人對石料的長寬比、顏色、裂隙等進行逐一檢查，將不符合要求的石料剔除，并做好標記以方便操作手在塊石安裝時進行區(qū)分。其中，對于部分尺寸比例不明顯的塊石，使用卷尺精確測量。

計重儀分料：計重儀安裝在反鏟的車載電腦上，勾起塊石時可以采集塊石的重量以及反鏟的工作信息。通過采集的數(shù)據(jù)，可以分析出塊石重量和反鏟的工作效能。

上述3種方法的綜合實施，達到對石料質(zhì)量的準確控制。超大塊石的安裝效率統(tǒng)計見表2。

表2　超大塊石的安裝效率統(tǒng)計表Table 2 Installation efficiency of very large rocks

3　超大塊石優(yōu)越性

與傳統(tǒng)防波堤的預制混凝土塊體防護相比，超大塊石的使用在綠色環(huán)保方面有著明顯的優(yōu)勢。由于傳統(tǒng)的混凝土預制塊與海水中的化學成分易形成溶蝕反應、堿-骨料反應[4]，塊體護面易受損，壽命較短。此外，混凝土制品在生態(tài)修復方面與塊石防護相比也存在劣勢。

在施工結(jié)束1個月后，用于防護的塊石表面已經(jīng)生長出苔蘚，而扭王塊則沒有明顯變化。

另一方面，塊石防護的造價也遠低于混凝土預制塊。安裝5～10 t大塊石成本為260元/m3，若用12 t扭王字塊進行護面，混凝土標號C35，預制每塊約3 100元，陸上安裝每塊約790元，水下安裝每塊約1 630元，平均造價4 310元[5]。由于塊石護面比預制塊體護面要厚，結(jié)合設計斷面，利用塊石護面每延米造價32 500元，利用12 t扭王塊造價99 130元，每延米節(jié)約成本66 630元，效益非?？捎^。

4　結(jié)語

良好的經(jīng)濟效益以及環(huán)保效益，在石料充足區(qū)域，超大塊石在外海深水防波堤防護中的應用將會得到越來越多的推廣，提高超大塊石生產(chǎn)、裝運以及安裝等方面的能力，不斷優(yōu)化施工工藝，改善施工設備，引進新型現(xiàn)代化、智能化儀器，有著廣闊前景。

[1]JTS 154-1—2011，防波堤設計與施工規(guī)范[S]. JTS 154-1—2011,Code of design and construction of breakwaters [S].

[2]JTS 145-2—2013，海港水文規(guī)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]杜洪彥，邱富榮，林昌健.混凝土的腐蝕機理與新型防護方法[J].腐蝕科學與防護技術，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]李宏欽，李延.大塊石護面結(jié)構(gòu)防波堤在沿海防護工程中的應用[J].中國水運，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

唐橋梁（1973— ），男，北京市人，碩士，高級工程師，港口航道與海岸工程專業(yè)。E-mail：liujingping1991@163.com