防波堤預(yù)制塊體安裝工藝

李天明 中交廣州航道局有限公司

1.工程概況

阿爾及利亞奧蘭港外海防波堤位于Falcon海岬和Aiguille之間的港灣深處。阿爾及利亞海岸潮汐的幅度相對(duì)較弱，在20cm范圍內(nèi)。根據(jù)大氣壓強(qiáng)的變化，可觀察到海平面的季節(jié)性變化，11月到12月變化最大，可達(dá)到40cm，平均潮位+0.40m Zh。奧蘭港外海海況惡劣，每年5月至11月浪高在1～2m，風(fēng)速在20節(jié)以下，施工作業(yè)天數(shù)約20天/月；每年11月至次年4月，為地中海季風(fēng)期，浪高常在3m以上，風(fēng)速常在20節(jié)以上，施工作業(yè)天數(shù)約10天/月。

奧蘭港外海防波堤工程由第1段、第3段和堤頭組成?？傞L(zhǎng)1540m，其中，第1段為P0～P104，長(zhǎng)1040m；第3段為P232～P272，長(zhǎng)500m。本工程為在原有防波堤基礎(chǔ)上加固，主要施工內(nèi)容包括：0～500kg護(hù)腳石、1～3t防護(hù)石、3～6t防護(hù)石、1～3t調(diào)整層的拋填；40t、50t、55t、62t四方形實(shí)心塊體的安裝、孔洞修復(fù)以及防浪墻加高等。石料進(jìn)料拋填共120萬(wàn)噸，其中0～500kg護(hù)腳石共45萬(wàn)噸、1～3t塊石50萬(wàn)噸、3～6t塊石25萬(wàn)噸；預(yù)制四方形實(shí)心塊體共14萬(wàn)方，總塊數(shù)為6782塊，其中40t為2015塊、50t為2407塊、55t為1305塊、62t為1055塊。

2.吊裝工藝選擇

（1）增加吊環(huán)鋼筋，從而增加工程成本。預(yù)制塊體的吊環(huán)采用HPB300熱軋光圓鋼筋制作，根據(jù)規(guī)范要求吊環(huán)錨入混凝土的深度≥30d，吊環(huán)內(nèi)直徑應(yīng)≥3d且≥60mm，在塊體的自重標(biāo)準(zhǔn)值作用下，每個(gè)吊環(huán)按2個(gè)截面計(jì)算，每個(gè)塊體上設(shè)置4個(gè)吊環(huán)。按62t計(jì)算單根吊環(huán)鋼筋長(zhǎng)度為2.4m，直徑為28mm，則需要鋼筋總量為315t，當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)劁摻顑r(jià)格為66000第納爾/t（匯率為1：12.5），則需增加吊環(huán)鋼筋采購(gòu)成本為166（萬(wàn)元）。

（2）預(yù)制塊體時(shí)需要加工和預(yù)埋吊鉤，增加吊環(huán)加工工序和預(yù)制難度，降低預(yù)制效率。

（3）吊環(huán)工作原理為利用鋼筋與混凝土的錨固力進(jìn)行吊裝，因此需要在混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度后才能進(jìn)行轉(zhuǎn)堆、運(yùn)輸和吊裝作業(yè)。而施工場(chǎng)地有限、預(yù)制塊體數(shù)量多，受混凝土齡期影響預(yù)制周期長(zhǎng)，預(yù)制和安裝效率低，工期壓力大。

（4）鋼筋在腐蝕過(guò)程中會(huì)將混凝土脹裂，降低塊體強(qiáng)度和使用壽命。

（5）奧蘭港外海海況惡劣，安裝過(guò)程中在波浪力的作用下塊體來(lái)回上下晃動(dòng)，吊環(huán)容易突然斷裂從而發(fā)生嚴(yán)重安全事故。

（6）預(yù)埋吊環(huán)通過(guò)鋼絲繩和自動(dòng)脫鉤裝置的配套進(jìn)行吊裝，自動(dòng)脫鉤裝置在波浪力等外力的作用下可靠性較低，可能出現(xiàn)突然脫鉤或無(wú)法脫鉤的情況。無(wú)法脫鉤時(shí)需要潛水員配合脫鉤，尤其在夜間安裝時(shí)安全問(wèn)題特別突出，安裝工作效率低。

因此，項(xiàng)目部通過(guò)計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，確定采用特制夾具和配套鋼絲繩作為四方形實(shí)心塊體的安裝吊具。

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3.四方形實(shí)心塊體夾具的設(shè)計(jì)

3.1 夾具工作原理

起重機(jī)械通過(guò)主鉤鋼絲繩向上提升的拉力作用在夾具主鋼梁上，主鋼梁下中心轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的夾桿在實(shí)心塊體重力的作用下往中間夾緊，夾桿末端的夾板夾住實(shí)心塊體兩側(cè)，通過(guò)夾板與塊體間的摩檫力將塊體吊起。當(dāng)塊體安裝到指定位置后松開(kāi)主鉤鋼絲繩，同時(shí)提升副鉤鋼絲繩，將夾桿與塊體脫鉤分離，卸下塊體完成安裝。

3.2 夾具適用要求

（1）夾具吊裝主要原理為夾板與塊體之間的摩檫力與塊體重力達(dá)到平衡，而摩檫力受夾角的影響，夾角越小則摩檫力越小，塊體則可能發(fā)生下滑。因此為減少夾具加工數(shù)量，減少夾具制作成本，要求62t夾具可滿足62t和55t實(shí)心塊體吊裝，50t夾具可滿足50t和40t實(shí)心塊體吊裝，而不發(fā)生實(shí)心塊體下滑事故。

（2）夾具設(shè)計(jì)滿足在水平面上脫鉤分離和斜坡面上脫鉤分離的要求。

4.塊體安裝工藝

4.1 安裝船機(jī)性能

本工程護(hù)面塊體采用以下三種安裝方法：一是用500t固定式朳桿起重船進(jìn)行水上安裝；二是用橫雞躉進(jìn)行水上安裝；三是用150t履帶式吊機(jī)在堤頂安裝。

（1）500t起重船安裝優(yōu)缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：①500t起重船最大安裝跨徑可達(dá)32m，適合安裝堤頂及堤頭距離較遠(yuǎn)部分；②500t起重船船體較為寬大，抗風(fēng)浪能力較強(qiáng)，錨鏈達(dá)3t重，船舶定位后安裝較為平穩(wěn)，作業(yè)安全性較高。

缺點(diǎn)：①500t起重船本身不具有裝載能力，需要平板駁配合運(yùn)輸塊體進(jìn)行安裝，因此船機(jī)費(fèi)用較大；②500t起重船朳桿為固定式，安裝時(shí)需要移動(dòng)船身進(jìn)行定位，安裝效率較低；③500t起重船船體較大，拋錨定位占用時(shí)間長(zhǎng)；④500t起重船朳桿為固定式，安裝時(shí)需要移動(dòng)船身進(jìn)行定位，無(wú)法利用GPS進(jìn)行塊體定位，安裝水下塊體時(shí)需潛水員配合，安裝效率低且不適合夜間作業(yè)，因此500t起重船更適合安裝露水后的護(hù)面塊體。

（2）橫雞躉安裝優(yōu)缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：①橫雞躉本身具備較大的裝載能力，因此不用平板駁配合，提高安裝效率同時(shí)節(jié)約船機(jī)費(fèi)用；②橫雞躉朳桿可以自由旋轉(zhuǎn)，可在朳桿頂部安裝GPS，通過(guò)GPS定位塊體位置，簡(jiǎn)單、方便且精準(zhǔn)，晚上安裝作業(yè)也不受影響，大大提高安裝效率；③橫雞躉船型較小，拋錨定位簡(jiǎn)單，節(jié)約船舶移位定位時(shí)間。

缺點(diǎn)：橫雞躉為窄形船體，定位時(shí)船體長(zhǎng)度方向常與波浪方向平行，同時(shí)橫雞躉定位錨較小，僅為1t重，因此橫雞躉船舶穩(wěn)定性較差、抗風(fēng)浪能力較弱。

（3）150t履帶吊安裝優(yōu)缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：堤頂?shù)鯔C(jī)安裝由于脫離了海浪的影響，施工效率明顯加快，可24h連續(xù)作業(yè)。

缺點(diǎn)：150t可安裝跨徑為12m，安裝范圍較小，同時(shí)本工程為原有防波堤基礎(chǔ)上的加固，原有擋浪墻影響吊機(jī)站位和移位，吊機(jī)僅可在堤頭部位進(jìn)行安裝，吊機(jī)安裝作業(yè)面較少。

4.2 塊體安裝密度

根據(jù)合同要求，塊體安裝為相互錯(cuò)開(kāi)，定點(diǎn)隨機(jī)擺放，塊體鋪設(shè)層密度均勻，理論體積底部面積為50m2的鋪設(shè)層的密度為（混凝土的體積/總體積）：兩層鋪設(shè)：0.53(-0.02/+0.04)，一層鋪設(shè)：0.60(-0.02/+0.04)。因此，可計(jì)算出塊體安裝間距為：0.5～0.8m，滿足安裝密度要求（假設(shè)塊體縱向和橫向間距相等）。

4.3 塊體安裝順序

塊體在斜坡面上的安裝順序應(yīng)緊隨墊層石拋理驗(yàn)收之后，由坡腳向坡頂（即由下向上）進(jìn)行，盡可能減少墊層石的暴露時(shí)間，防止風(fēng)浪破壞已完成的墊層石。護(hù)面塊體安放沿堤身方向采取階梯形縱向流水分段，分段的長(zhǎng)度為30m。

4.4 塊體安裝測(cè)量定位

在履帶吊或橫雞躉朳桿頂部安裝GPS定位儀器，確保與吊裝的主鉤鋼絲繩在同一垂線上，即GPS平面位置為朳桿所吊塊體的平面位置，GPS平面坐標(biāo)通過(guò)傳輸線傳送至操作室電腦，通過(guò)電腦直接顯示出所吊塊體在安裝平面圖上的具體位置，操作手根據(jù)電腦屏幕顯示轉(zhuǎn)動(dòng)?xùn)[桿，當(dāng)塊體穩(wěn)定且電腦顯示所吊塊體與安裝圖位置重合時(shí)即可脫鉤卸下塊體，并及時(shí)在定位軟件上記錄已安裝位置，每安裝一塊則標(biāo)記一塊，防止漏安或重安。同時(shí)塊體安裝施工使用安裝記錄專用表，表格詳細(xì)記錄每一塊塊體的安裝位置、數(shù)量和編號(hào)，安裝時(shí)逐塊做好安裝記錄。

護(hù)面塊體安裝后由業(yè)主、監(jiān)理組織對(duì)水下塊體進(jìn)行檢查，采用潛水員水下錄像的方式進(jìn)行。經(jīng)查，所有安裝的塊體無(wú)過(guò)大隆起、重疊或漏放，相鄰塊體間姿勢(shì)較好。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采用夾具的方式安裝四方形實(shí)心塊體，具有技術(shù)可靠、施工設(shè)備簡(jiǎn)單、操作技術(shù)易于掌握、加快施工速度、節(jié)約工程成本等優(yōu)點(diǎn)，可在類似護(hù)面塊體安裝中廣泛應(yīng)用。