淺談深水防波堤護(hù)面塊體安裝控制及修復(fù)方法

董江濤 中交二航局第三工程有限公司

1.工程背景

以色列阿什杜德港項(xiàng)目工程位于以色列阿什杜德市，施工地點(diǎn)距離特拉維夫市約60KM。施工現(xiàn)場(chǎng)位于阿什杜德港港口工業(yè)區(qū)內(nèi)。

本項(xiàng)目工程為新建的HADAROM港的碼頭和防波堤施工，LEE防波堤為總長(zhǎng)1479.2m的拋石堤結(jié)構(gòu)，施工水深為0m～-17.5m，由0～1t堤芯石、1-3t護(hù)面塊石、3-6t護(hù)面塊石和兩層混凝土護(hù)面塊體組成，其中防波堤護(hù)面塊體分為4m、7m、16.67m和16m重型混凝土方塊，對(duì)應(yīng)重量分別為10t、17t、40t和45t，安裝總工程數(shù)量為10335塊。防波堤典型結(jié)構(gòu)斷面圖見(jiàn)圖1。

圖1 LEE防波堤結(jié)構(gòu)典型斷面圖

2.重型護(hù)面塊體的布置形式和作用

護(hù)面塊體主要分布在防波堤的迎浪側(cè)和堤頭位置，分為護(hù)坦陣腳壓載部分和坡面防護(hù)部分護(hù)面塊體，根據(jù)LEE防波堤走向的水深變化，護(hù)坦陣腳部分護(hù)面塊體分為4m和7m混凝土方塊，坡面部分護(hù)面塊體分為7m、16.67m和重型16m混凝土方塊，其中重型16m護(hù)面塊體主要集中分布在堤頭部位。護(hù)面塊體主要依靠自身重量和塊體間形成的空隙進(jìn)行消浪作用，以抵抗波浪對(duì)防波堤的沖擊力，達(dá)到保護(hù)防波堤結(jié)構(gòu)的安全性和整體穩(wěn)定性要求。

3.護(hù)面塊體安裝階段的劃分

為保證安裝塊體的穩(wěn)定性，在沿著防波堤的軸線(xiàn)按照平行四邊形的形式劃分安裝階段，每個(gè)階段為20m，階段軸線(xiàn)與防波堤坡面斷面線(xiàn)成30℃～45℃夾角，使安裝階段交界面成臺(tái)階形，防止護(hù)面塊體安裝完成后在強(qiáng)波浪條件下位移，確保護(hù)面塊體間的整體穩(wěn)定性，整個(gè)防波堤安裝階段的劃分除起點(diǎn)和終點(diǎn)階段由三角形方式布置外，其余每個(gè)階段均按平行四邊形的方式進(jìn)行布置（見(jiàn)圖2）。

圖2 重型護(hù)面塊體坡階段劃分圖

圖3 插入型夾具圖

圖4 摩擦型夾具圖

4.重型護(hù)面塊體安裝控制方法

4.1 安裝方式的選擇

根據(jù)規(guī)范要求防波堤護(hù)面塊體安裝采用半隨機(jī)方式安裝，即塊體采用RTK-GPS實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，并由潛水員水下指導(dǎo)安裝，通過(guò)專(zhuān)門(mén)加工的自動(dòng)脫鉤夾具完成安裝。防波堤護(hù)面塊體安裝分為水上浮吊安裝和陸上履帶吊安裝兩種方式。

（1）水上浮吊安裝護(hù)面塊體：護(hù)面塊體在碼頭上通過(guò)履帶吊裝上運(yùn)輸駁船，運(yùn)輸至浮吊船位置，通過(guò)水上浮吊進(jìn)場(chǎng)安裝的方式，由于施工海域波浪條件差，安裝作業(yè)窗口少，導(dǎo)致施工效率較低，主要負(fù)責(zé)陸上吊車(chē)安裝范圍外的護(hù)面塊體安裝。

（2）陸上履帶吊安裝：通過(guò)陸上大噸位履帶吊進(jìn)行安裝。

4.2 防波堤夾具設(shè)計(jì)

防波堤夾具的設(shè)計(jì)主要分為2種方式：一種是插入型夾具，一種是摩擦型夾具。

4.2.1 插入型夾具

根據(jù)護(hù)面塊體的尺寸，進(jìn)行吊裝夾具的設(shè)計(jì)，按照使用要求和護(hù)面塊體安裝的安全性，夾具設(shè)計(jì)采用自脫鉤方式，通過(guò)在預(yù)制護(hù)面塊體側(cè)面設(shè)置的吊裝槽進(jìn)行起吊安裝。夾具通過(guò)吊車(chē)主副鉤配合控制夾具夾緊和松開(kāi)狀態(tài)。副鉤受力的情況下夾具張開(kāi)伸入重型護(hù)面塊體吊裝槽，通過(guò)主鉤受力來(lái)鎖緊夾具夾緊護(hù)面塊體，到達(dá)指定位置后松主鉤提升副鉤，夾具頂部配重的重量下壓迫使夾具張開(kāi)。同時(shí)夾具橫梁到夾鉗的距離要滿(mǎn)足護(hù)面塊體能自由翻轉(zhuǎn)，確保在坡面上安裝的要求。夾具操作方式如圖3所示。

4.2.2 摩擦型夾具

摩擦型夾具設(shè)計(jì)比較小巧，主要采用夾具夾頭和塊體側(cè)面弧形導(dǎo)槽接觸面間的摩擦力來(lái)進(jìn)行起吊安裝，夾頭與護(hù)面塊體接觸面焊接凸點(diǎn)，以增大摩擦力。夾具同樣通過(guò)吊車(chē)主副鉤配合控制夾具夾緊和松開(kāi)狀態(tài)。副鉤受力的情況下夾具張開(kāi)伸入護(hù)面塊體吊側(cè)面戶(hù)型槽，通過(guò)主鉤受力來(lái)鎖緊夾具夾緊護(hù)面塊體，到達(dá)指定位置后松主鉤提升副鉤，夾具頂部配重的重量下壓迫使夾具松開(kāi)。摩擦型夾具能夠快速對(duì)準(zhǔn)護(hù)面塊體側(cè)面弧形導(dǎo)槽，提高卸車(chē)、裝船的效率，同時(shí)也可用于水下拆除護(hù)面塊體的拆除。缺點(diǎn)是水下操作時(shí)，夾具遇水導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低，造成滑落的風(fēng)險(xiǎn)，安全性有待提高（見(jiàn)圖2）。

4.3 安裝方法

4.3.1 陣腳護(hù)坦部分護(hù)面塊體安裝

由于護(hù)坦部分為平面上安裝，安裝方式按照劃分的階段進(jìn)行安裝，可以采用整體分層方式進(jìn)行安裝，即先整體安裝第一層，再安裝第二層的方式；也可以采用上下層同步安裝的方式，即先安裝第一層2排，安裝第二層1排，然后上下層逐排進(jìn)行安裝的方式；

4.3.2 坡面護(hù)面塊體安裝

由于邊坡坡比為1：2，安裝過(guò)程為防止護(hù)面塊體下滑，安裝方式只能按照三角形安裝的方式，即先安裝下層2排護(hù)面塊體，隨即安裝上層1排護(hù)面塊體，盡快對(duì)已經(jīng)安裝的下層護(hù)面塊體進(jìn)行壓載，以減少護(hù)面塊體的下滑速度，保持各相鄰護(hù)面塊體間的間距，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的堆積密度和孔隙率。

4.3.3 堤頭護(hù)面塊體安裝

堤頭護(hù)面塊體采用隨機(jī)方式進(jìn)行安裝，不考慮塊體間的姿態(tài)問(wèn)題，主要滿(mǎn)足規(guī)范要求的堆積密度，安裝過(guò)程中主要由吊車(chē)操作手通過(guò)GPSRTK(實(shí)時(shí)測(cè)量定位系統(tǒng))按照劃分好的網(wǎng)格點(diǎn)位定點(diǎn)隨機(jī)安裝。

4.4 安裝精度控制方法

4.4.1 基床整平精度控制

護(hù)坦部分的護(hù)面塊體為平面安裝，對(duì)塊石基層的平整度要求較高，基床整平精度要求控制在±30cm以?xún)?nèi)，以確保護(hù)面塊體安裝整體的平整度，防止護(hù)面塊體安裝由于相鄰兩塊體間高差大而造成安裝困難或強(qiáng)風(fēng)浪條件影響下造成傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。

4.4.2 安裝方向的控制

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，相鄰兩塊體間方向不能一致，各塊體之間需要通過(guò)扭轉(zhuǎn)一定角度，以便于形成不同的空隙，達(dá)到最佳的消浪效果，控制護(hù)面塊體的安裝姿態(tài)主要有兩種方式，一是通過(guò)潛水員水下觀察和吊車(chē)操作手操作之間的配合進(jìn)行安裝的方式，水下潛水員把護(hù)面塊體的實(shí)時(shí)姿態(tài)通過(guò)對(duì)講機(jī)傳遞到陸地上的潛水指揮車(chē)間，再由指揮車(chē)間人員通過(guò)對(duì)講機(jī)告知吊車(chē)操作手通過(guò)操控吊車(chē)調(diào)整護(hù)面塊體的姿態(tài)，適用于水質(zhì)清澈的部位安裝；二是通過(guò)聲吶水下成像系統(tǒng)觀察的方式，聲吶系統(tǒng)安裝技術(shù)人員通過(guò)操控室的屏幕觀察護(hù)面塊體各個(gè)方位的實(shí)時(shí)姿態(tài)，通過(guò)對(duì)講機(jī)告知吊車(chē)操作手，操作手根據(jù)反饋的信息操控吊車(chē)調(diào)整護(hù)面塊體姿態(tài)，適用于水上浮吊進(jìn)行安裝（見(jiàn)圖5）。

圖5 潛水員和聲吶成像方式安裝重型護(hù)面塊安裝

4.4.3 坡面護(hù)面塊體安裝控制

邊坡部分護(hù)面塊體安裝，按照安裝順序逐排進(jìn)行安裝，相鄰兩排護(hù)面塊體間姿態(tài)不能一致，需要通過(guò)安裝技術(shù)人員指揮，吊車(chē)操作手通過(guò)操控控制吊車(chē)旋轉(zhuǎn)一定的角度來(lái)完成，對(duì)于不符合要求的護(hù)面塊體需重新起吊安裝，直到排與排之間形成點(diǎn)與面相接的方式，形成空隙，達(dá)到最佳消浪的效果，同時(shí)避免波浪力的作用造成護(hù)面塊體下滑移動(dòng)，日積月累姿態(tài)一致形成板體作用增加防波堤破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

4.4.4 重型護(hù)面塊體安裝質(zhì)量驗(yàn)收

重型護(hù)面塊體的驗(yàn)收主要分為3部分，水上部分觀感驗(yàn)收、測(cè)球測(cè)量驗(yàn)收和潛水驗(yàn)收。

（1）觀感驗(yàn)收主要由監(jiān)理人員和施工技術(shù)人員乘坐交通船進(jìn)行水上觀察驗(yàn)收和通過(guò)檢查航拍測(cè)圖，主要從整體上查看護(hù)面塊體安裝姿態(tài)，是否存在局部空隙過(guò)大的部位，是否存在傾覆和破損的護(hù)面塊體（見(jiàn)圖6）。

圖6 重型護(hù)面塊坡面點(diǎn)與面相接的安裝效果

（2）測(cè)量驗(yàn)收主要使用直徑1.9m和2.5m測(cè)球的測(cè)桿，通過(guò)全站儀進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)收，測(cè)球通過(guò)履帶吊頂部安裝RTK-GPS按照測(cè)量網(wǎng)格點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)收，每次測(cè)量前需進(jìn)行測(cè)量點(diǎn)位的校核，檢查RTK-GPS的精度是否符合要求，避免由于衛(wèi)星信號(hào)或設(shè)備故障問(wèn)題導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)偏差過(guò)大導(dǎo)致驗(yàn)收不合格。然后吊車(chē)操作手操控吊車(chē)使測(cè)球到達(dá)測(cè)點(diǎn)位置后緩緩下放測(cè)桿，直至測(cè)球觸底測(cè)桿傾斜后再緩慢提起，等到測(cè)桿垂直時(shí)測(cè)量員開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量讀數(shù)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3次，取平均值。

（3）潛水驗(yàn)收通過(guò)咨工潛水員和潛水安裝人員進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收以每10m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面開(kāi)始前斷面里程需在黑板牌上標(biāo)明，通過(guò)岸上人員舉起，水下潛水員通過(guò)頭頂水下相機(jī)進(jìn)行視頻記錄，潛水員逐個(gè)斷面進(jìn)行護(hù)面塊體的細(xì)致檢查，主要通過(guò)觀察護(hù)面塊體上下層的姿態(tài)，是否容易滑倒或傾覆和空隙較大的通過(guò)測(cè)量水下部分相鄰塊體間的距離，距離超過(guò)1倍塊體尺寸的需進(jìn)行調(diào)整相鄰塊體間距或安裝額外護(hù)面塊體填補(bǔ)空隙。

4.5 護(hù)面塊體安裝修復(fù)

安裝修復(fù)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。

4.5.1 水下部分護(hù)面塊體修復(fù)

主要安裝存在縫隙較大的部位，需要進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)主要有四種方式，一是縫隙較大能夠容納單獨(dú)的塊體，可以采用增加額外的數(shù)量進(jìn)行補(bǔ)充安裝；二是存在較大空隙不能容納單獨(dú)塊體，則需要重新調(diào)整空隙周?chē)鷫K體的方式來(lái)控制安裝間距滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。三是塊體傾覆，需要進(jìn)行水下起吊重新進(jìn)行安裝。四是由于傾覆導(dǎo)致護(hù)面塊體碰撞，破裂，無(wú)法在繼續(xù)使用的，需要通過(guò)潛水員水下用鋼絲繩捆綁吊出，重新更換新的護(hù)面塊體。

4.5.2 水上部分護(hù)面塊體修復(fù)

由于風(fēng)浪和施工期自然沉降的影響，造成坡面護(hù)面塊體不同程度的下滑，致使整排護(hù)面塊體下滑，造成塊體間緊密貼合在一起，由于吊裝孔被阻擋，造成這部分修復(fù)比較困難，主要通過(guò)鋼絲繩逐個(gè)捆綁吊出，再進(jìn)行逐塊的姿態(tài)調(diào)整和安裝恢復(fù)，以保證滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4.5.3 風(fēng)浪過(guò)后護(hù)面塊體修復(fù)

施工期內(nèi)每逢風(fēng)浪大于5m波高的風(fēng)浪過(guò)后，需要對(duì)護(hù)面塊體進(jìn)行全線(xiàn)潛水和坡面的外觀檢查，發(fā)現(xiàn)由于風(fēng)浪作用造成護(hù)面塊體移位、撞擊損壞，護(hù)面塊體側(cè)翻的情況，需要進(jìn)行局部的修復(fù)和更換，護(hù)面塊體位移的通過(guò)調(diào)整周?chē)鲏K體姿態(tài)的方式恢復(fù)，側(cè)翻的護(hù)面塊體需要重新進(jìn)行起吊安裝，破碎的塊體通過(guò)鋼絲繩捆綁吊出，重新安裝更換新的護(hù)面塊體。

5.結(jié)語(yǔ)

防波堤護(hù)面塊體從安裝、驗(yàn)收到修復(fù)完成，期間不可避免涉及到頻繁的返工、增加設(shè)備使用臺(tái)班、增加潛水臺(tái)班數(shù)量、增加額外安裝工程量，造成成本方面損失。護(hù)面塊體安裝前需要通過(guò)施工試驗(yàn)段的方式驗(yàn)證安裝階段、安裝方法及各項(xiàng)驗(yàn)收的可操作性。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，訓(xùn)練和培訓(xùn)安裝操作人員，潛水隊(duì)伍，使其熟悉和理解安裝控制和修復(fù)的要點(diǎn)，有效的減少防波堤護(hù)面塊體安裝過(guò)程中出現(xiàn)的返工頻率，結(jié)合試驗(yàn)段總結(jié)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方面存在的問(wèn)題，積極與咨工進(jìn)行探討，通過(guò)商務(wù)手段爭(zhēng)取額外安裝的工程量計(jì)量，達(dá)到控制成本的目的和滿(mǎn)足業(yè)主和設(shè)計(jì)的要求。