淮河入海水道二期工程中河道護坡鋪砌工藝的優(yōu)化

周旭東，岳彬彬，陸美凝

（1.江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225200；2.江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮安 223005；3.江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 淮安 223100）

水利工程是我國基礎的民生工程，河道護坡有別于其他工程，長期處于水環(huán)境中，長期受到水力沖刷，從而就會形成岸坡被淘刷，情況嚴重的會導致整體失穩(wěn)坍塌的地質(zhì)問題。護坡預制聯(lián)鎖塊被廣泛應用于河道護坡防護中，傳統(tǒng)工藝采用人工鋪砌，但由于預制塊單體較重，人工搬運效率低，且工人在鋪放有土工布和碎石墊層的斜坡上抬放100 kg 左右的預制件容易發(fā)生滑腳傷害危險［1］，所以急需利用機械作業(yè)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工搬運。

1 工程概況

淮河入海水道二期2022 年度工程（鹽城市境內(nèi)），河道工程施工3 標施工范圍樁號為120+300～126+500 段，本標段北堤加固5.505 km，南堤加固6.2 km。設計南堤堤防等級為1 級，北堤為2 級。南、北堤堤防迎水坡堤坡，采用混凝土預制塊硬質(zhì)防護，南堤灘地▽4.0 m～河底▽-3.0 m 河坡采用實心混凝土預制聯(lián)鎖塊護坡，▽4.0 m 平臺～▽8.0 平臺堤坡護砌采用空心；北堤灘地▽2.5 m～河底▽-3.0 m 河坡采用實心混凝土預制聯(lián)鎖塊護坡，▽2.5 m 平臺～▽8.0 平臺堤坡護砌采用空心混凝土預制聯(lián)鎖塊。

2 施工材料及鋪砌工藝選擇

2.1 材料要求

河坡聯(lián)鎖混凝土預制塊防護采用實心預制混凝土聯(lián)鎖塊，材料選用C25F50混凝土［2］。護坡堤防施工長度6.2 km，預計需要鋪筑44.64萬塊。實心預制混凝土聯(lián)鎖塊設計見圖1。

圖1 實心預制混凝土聯(lián)鎖塊設計（單位：mm）

2.2 材料生產(chǎn)

護坡預制塊生產(chǎn)根據(jù)場地因素分為工地現(xiàn)場預制和工廠化預制兩種方案實施。本工程受施工場地限制，預制塊需求量巨大、質(zhì)量要求高，且工期緊急，本項目優(yōu)先選擇工廠化預制方案。根據(jù)混凝土預制塊成型工藝不同，可分為半干硬性混凝土機壓成型、普通混凝土模具澆筑成型兩種［3］。

（1）半干硬性混凝土機壓成型主要體現(xiàn)在機械化程度高，人工少，成型周期短，生產(chǎn)效率高。壓制出模后，利用高強度塑板做托板，沒有附帶模板，可立即分多層（一般可14層）碼放進入養(yǎng)護階段，故節(jié)省堆放場地。

外觀質(zhì)量方面：生產(chǎn)全程機械自控，材料分布均勻，面層通過二次壓振，整塊是高壓成型，養(yǎng)護流程標準化，早期強度增長較快且均勻，幾乎不會產(chǎn)生裂縫，產(chǎn)品合格率極高；外型尺寸精準，利用高強合金模具、高壓成型，干性混凝土出模，出品尺寸誤差在1 mm 以內(nèi)，平整度0.1 mm 以內(nèi)。脫模后立即進入濕潤養(yǎng)護狀態(tài)，混凝土正常水化反應，壓制、脫模、養(yǎng)護全流程機械數(shù)控標準化，不受人為因素影響。

經(jīng)濟性方面：前期設備與廠房場地投資較大，但是由于功效較快，長期生產(chǎn)成本攤銷小，經(jīng)濟可行。

（2）普通混凝土模具澆筑成型具有用工多，成型脫模周期長，效率較低的特點。普通濕性混凝土入模后初始強度一般48 h 之內(nèi)的前期強度在同等養(yǎng)護條件下無法滿足脫模轉運要求，還因為有模具需要倒模拆模，不能立即疊放，占用場地很大。如果疊放則碰撞損壞掉角無法避免。在外觀質(zhì)量方面塑模濕潤混凝土澆筑構件因為有混凝土漿液外包，成品塊體上表面光潔度較好。但因人工操作一般不作混凝土頂面收光，毛面很容易產(chǎn)生裂縫，上下翻轉脫模后毛面朝下難以發(fā)現(xiàn)，但起運使用時往往才能發(fā)覺，生產(chǎn)過程中人為因素多會降低產(chǎn)品合格率。

外觀質(zhì)量方面：塑料模具強度低易老化變形壽命短。一般塑料模具變形導致，以及濕性混凝土較大的收縮率，可造成成品混凝土澆筑構件外型尺寸誤差達5 mm；由于表面刮平多采用人工，厚度誤差甚至可達20 mm 以上，厚度誤差大小取決于布料找平工人的技術和責任心，受人的因素影響較大。

經(jīng)濟性方面：前期設備投資較小，場地投資因面積需要而較大，但長期運行、大量生產(chǎn)，模具損耗較大，人工費較高，攤銷成本較大。

根據(jù)以上比較，預制聯(lián)鎖塊生產(chǎn)采用機壓成型工藝比塑模成型工藝在外觀尺寸、內(nèi)在質(zhì)量、經(jīng)濟性等方面具有一定優(yōu)勢，特別是全程機械化拌和、注料、壓制、養(yǎng)護，關鍵工序由數(shù)控伺服系統(tǒng)自動控制，基本消除了塑模工藝常見的人工操作中人為惰性與疲勞產(chǎn)生的誤差缺陷，質(zhì)量穩(wěn)定可控；且在工程量大時比塑模工藝經(jīng)濟，所以淮河入海水道二期工程護坡聯(lián)鎖塊生產(chǎn)采用工廠化機壓工藝。

2.3 鋪砌工藝選擇

河道護坡砌塊常規(guī)采用人力抬運鋪砌、小型履帶式挖掘機與人工相配合等鋪砌方式［4］，比較適合小型塊體和河坡較緩環(huán)境。本工程設計的河坡坡比1∶3，實心聯(lián)鎖塊單塊重量接近100 kg，體積600 mm×540 mm×150 mm，體積較大；聯(lián)鎖塊下設計有土工布和瓜子片墊層。堤防等級為I 級，質(zhì)量要求高。本項目受度汛要求，工期緊，施工強度大，需采取更高效及實用施工工藝才能滿足質(zhì)量和進度需求。

人力抬運鋪砌是指用汽車吊將打包過的數(shù)層疊放砌塊吊放在河坡上，然后工人打開包裝挨個抬運下放在碎石墊層經(jīng)找平好的坡面位置上，按照次序將互鎖塊鋪砌。根據(jù)施工經(jīng)驗，3～4人1組，熟練工每日可完成120～150 m2，鋪砌互鎖塊時需要人工隨時調(diào)整墊層碎石的厚度以保障砌塊的平整度，而工人在坡面上來回抬運互鎖塊造成碎石墊層蹉動和土工布損壞；聯(lián)鎖塊鋪砌質(zhì)量受人的因素影響較大，聯(lián)鎖塊經(jīng)常發(fā)生損壞，鋪砌質(zhì)量依賴于工人的技術水平和責任心，人工耗費較高，鋪砌成本較高。因坡面有土工布和墊層碎石易滑，工人抬放100 kg 左右的塊體時，容易失去穩(wěn)定，存在安全風險。

小型履帶式挖掘機與人工相配合方式是指用小型履帶式挖掘機在河坡上行走，將砌塊吊裝到位，人工安放。1臺挖掘機配合3～4人，每臺班可完成180 m2，挖機吊裝只是解決起重聯(lián)鎖塊問題，塊體鋪砌安裝由工人挨個抬起安放，吊機走動與工人走動也會容易破壞坡面墊層土工布，且聯(lián)鎖塊鋪砌的平整度由于墊層碎石經(jīng)常受擾動而得不到保障。本工藝適合在坡長較小河坡鋪砌比較經(jīng)濟。挖機吊在河坡上吊裝作業(yè)時，如河坡較陡或者行走不當較容易失穩(wěn)，安全性不太可控，同時塊體較重需要人力二次搬運，工人勞動強度很大，持續(xù)施工容易疲勞、分心，健康安全隱患較大［5］。

吊車配合人工鋪砌方式是指大型汽吊在坡頂固定好后，將專用夾具放置到砌塊碼堆，由工人將并排的4 塊連鎖塊夾具挨個放置穩(wěn)定，汽吊拎起夾具，利用重力摩擦力的作用力與反作用力，一次性將4 塊互鎖塊吊放在坡面上位置上方數(shù)十公分高處，3～4 名工人借助軟式吊帶的可擺動性調(diào)整好互鎖塊的長寬鎖扣方向，放下砌塊，用撬棍稍微調(diào)整一下，即可鋪砌到位。1臺吊機配合5～6人，每臺班可完成280 m2。機械化程度高，在大型工程和大批量聯(lián)鎖塊安裝時，經(jīng)濟效益明顯。吊機在河坡頂部平臺作業(yè)，一個作業(yè)區(qū)內(nèi)只是吊臂移動，大型吊機起重4 塊總重不到500 kg 的聯(lián)鎖塊沒有安全之虞，工人無需吃重，且站立在已經(jīng)鋪砌好的護坡砌塊上即可作業(yè)，十分安全可靠。在吊裝過程中設置好警戒線，安全性可控。

3 措施成效分析

通過對方案整體優(yōu)化，本工程采用25 t 吊車配合大型預制塊專用起吊裝置進行轉運，1次吊裝4塊混凝土預制聯(lián)鎖塊。專用起吊裝置由吊索、鋼梁橫擔、吊帶、夾具組成。夾具根據(jù)標準預制聯(lián)鎖塊的尺寸特制，由高強鉸鏈與鋼板、角鋼焊接，夾具內(nèi)口有增強摩擦力的微型焊點。正常狀況下每次轉運4 塊聯(lián)鎖塊需要時間100 s，在吊機空中轉向吊運時間段內(nèi)，坡面上3～4 名專業(yè)工人可以及時用專用工具將4 塊前置的塊體安置到位、陰陽互鎖，效率高。每班組配備10 人，吊機操作手1 人，起吊夾具工2 人，安放砌塊4人，護坡基面土工布整理及瓜子片墊層整平3 人；每班組配25 t 吊機1 臺，正常作業(yè)時吊放4塊用時100 s，1h可以安裝144塊左右，1臺班可以安裝約280 m2。

機械吊裝施工在鋪砌質(zhì)量、鋪砌效率、墊層厚度控制較傳統(tǒng)的人工搬運鋪砌都有顯著提高，可以幫助施工單位提高效率，減小成本，保證工程質(zhì)量安全，保證按時間節(jié)點完工。主要有以下幾點表現(xiàn)：

（1）效率高：充分利用機械作業(yè)，比傳統(tǒng)人力抬放鋪砌工藝抬放安裝效率高出數(shù)倍。

（2）安全性好：由于都是機械起重吊運連鎖塊，大大減輕了工人體力勞動強度；傳統(tǒng)人力抬放鋪砌工藝工人在1∶3 坡度、鋪放有土工布和碎石墊層的坡面上抬放100 kg 左右的預制件容易發(fā)生滑腳傷害危險，且高強度施工工人容易疲勞，而本工藝對工人體力要求不高，坡面安裝人員僅僅就是對吊索下的聯(lián)鎖塊進行方向調(diào)整和擺放到坡后的靠緊調(diào)整，十分省力，大大降低了事故傷害風險。

（3）施工質(zhì)量好：傳統(tǒng)人力抬放鋪砌工藝工人會腳踩坡面已經(jīng)找平的碎石墊層，造成墊層不平整，且來回不斷的運動往往會導致石子磨損下層土工布形成破壞性損壞，而本工藝坡面護砌安裝工人全部站在已經(jīng)安放的連鎖塊上，不需要踩到碎石墊層，保持了已經(jīng)鋪砌好的瓜子片土工布墊層不受擾動，從而保持了砌塊下墊層的平整度和厚度均勻完好，也保障了坡面方格內(nèi)整體砌塊的表面平整度和砌縫的順直美觀。預制塊全部由吊機成排起重、人力輔助安放，由于重力作用和設置好的間隔距離聯(lián)排聯(lián)鎖塊在空中狀態(tài)穩(wěn)定塊體不會碰撞損壞，極大提高了預制塊護坡的外觀質(zhì)量。