張孚專

(洞頭縣水利水電工程質(zhì)量監(jiān)督站,浙江 洞頭 325700)

近年來(lái),洞頭縣在圍墾工程中大量采用混凝土預(yù)制異型塊,在提高海堤安全性、減小風(fēng)浪爬高、減少越浪量、保證工程質(zhì)量上取得了比較明顯的效果。本文以楊文東堤工程為例進(jìn)行介紹。

1 工程概況

楊文東堤工程位于浙江省洞頭縣洞頭島東北,涂面高程在-3.9～-4.1 m之間,區(qū)域最高高潮位4.47 m,多年平均高潮位2.23 m;最低低潮位-3.52 m,多年平均低潮位-1.88 m;工程50 a一遇設(shè)計(jì)高潮位為4.9 7m,設(shè)計(jì)低潮位為-3.62 m。東圍堤主要受外海傳入波浪影響,盛行混合浪,其累年平均波高為1.0 m,最大波高為10.0 m,臺(tái)風(fēng)影響時(shí)N～SSE向均有6 m以上的巨浪出現(xiàn)?？梢钥闯鰲钗膰繓|圍堤波浪和塘前水深均較大,消浪要求高。

根據(jù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告,楊文東堤為Ⅲ等堤防工程,主體建筑物為3級(jí),按50 a一遇高潮位加50 a一遇風(fēng)浪爬高(允許越浪)和安全加高或按控制允許越浪量進(jìn)行設(shè)計(jì)。圍堤堤身結(jié)構(gòu)方面,基礎(chǔ)采用爆破擠淤法進(jìn)行轉(zhuǎn)換,臨海側(cè)為外側(cè)厚150單塊重500 kg大塊石鎮(zhèn)壓層、C25鋼筋混凝土鎮(zhèn)墩結(jié)合2.8 t混凝土扭工塊規(guī)則排放組成消浪平臺(tái)、底部300 mm厚塊石理砌,外加 C20混凝土灌砌石重力墻擋墻。

2 混凝土預(yù)制異型塊設(shè)計(jì)

楊文東堤外海結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是混凝土預(yù)制異型塊應(yīng)用。異型塊的運(yùn)用,進(jìn)一步優(yōu)化和加強(qiáng)了外海防護(hù)、有效降低了波浪作用,從而確保鎮(zhèn)壓層穩(wěn)定和堤身安全。下面結(jié)合楊文東堤介紹混凝土預(yù)制異型塊應(yīng)用設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。

2.1 形式比選

異型塊包括扭工塊、扭王塊、四腳塊等形式,選擇合適的異型塊形式可以降低施工難度和合理控制工程投資。選擇時(shí)除結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)和施工條件外,必要時(shí)可通過(guò)數(shù)模物模試驗(yàn)驗(yàn)算驗(yàn)證。如楊文東堤,設(shè)計(jì)單位依據(jù)相關(guān)試驗(yàn)資料確定了扭工塊結(jié)構(gòu)形式;在狀元南片工程,工程設(shè)計(jì)單位根據(jù)試驗(yàn)掌握了全面細(xì)致的科學(xué)數(shù)據(jù),該工程不同堤段選擇不同結(jié)構(gòu)形式扭工塊和四腳塊就是具體體現(xiàn)。

2.2 重量確定

異型塊重量確定關(guān)系投資優(yōu)化。因?yàn)楫愋蛪K單位投資較大,在各自工程所占比重也較大,如楊文東堤扭工塊設(shè)計(jì)量為2 364塊,費(fèi)用約占建筑工程投資的12%;而狀元南片的異型塊數(shù)量更大,其中扭工塊設(shè)計(jì)量為20 370塊,四腳塊設(shè)計(jì)量為12 560塊,費(fèi)用約占建筑工程投資的10%,因此科學(xué)確定異型塊重量至關(guān)重要。為更切合工程實(shí)際,除規(guī)范規(guī)定的常規(guī)數(shù)理計(jì)算外,必要時(shí)還要借助物模數(shù)模試驗(yàn),風(fēng)浪驗(yàn)算,為工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。狀元南片就以數(shù)模驗(yàn)算為依據(jù)分別采用了1.0,2.2,1.8 t等,不同重量的扭工塊和四腳塊,比原擬定設(shè)計(jì)規(guī)模大為減小。

2.3 位置形式選擇

合理的異型塊安放位置和形式有利于其功能充分發(fā)揮。根據(jù)港工規(guī)范,異型塊安放方式分不規(guī)則安放和規(guī)則安放2種,其中不規(guī)則安放按每立方米塊數(shù)進(jìn)行控制,規(guī)則安放則是將預(yù)制塊安放在設(shè)計(jì)邊坡上。不規(guī)則安放對(duì)于保護(hù)港工水工建筑物深水區(qū)邊坡非常適應(yīng),施工方便,效果也較理想,因此港工中采用較多的是不規(guī)則安放,如洞頭中心漁港防波堤、東沙避風(fēng)港防波堤。而在圍墾工程中,混凝土預(yù)制異型塊主要做為消浪結(jié)構(gòu),結(jié)合潮位等條件和結(jié)構(gòu)高程設(shè)計(jì),其主要安放在潮間帶消浪平臺(tái)并采用規(guī)則安放。如楊文東堤和狀元南片工程扭工塊均是規(guī)則安放在臨海側(cè)潮間帶消浪平臺(tái),通過(guò)塊體間相互咬合確保整體穩(wěn)定和消浪效果(見(jiàn)圖1)。

圖1 混凝土扭工塊擺放立面與平面圖

2.4 外端保護(hù)優(yōu)化

最外端預(yù)制塊保護(hù)是需要重視的節(jié)點(diǎn),該點(diǎn)是預(yù)制塊與其他結(jié)構(gòu)的銜接處,如保護(hù)不到位將直接關(guān)系最外側(cè)預(yù)制塊單體安全并影響預(yù)制塊整體穩(wěn)定。在工程中,可設(shè)鎮(zhèn)墩保護(hù)。在鎮(zhèn)墩設(shè)置中,要合理確定鎮(zhèn)墩底高程,保證在外部結(jié)構(gòu)有位移或滑動(dòng)的情況下保持鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定安全,同時(shí)還要選擇合適的鎮(zhèn)墩與預(yù)制塊連接方式。如在楊文東堤和狀元南片,鎮(zhèn)墩底高程低于外海大塊石理砌高程,確保了大塊石發(fā)生移動(dòng)時(shí)的證鎮(zhèn)墩安全;在鎮(zhèn)墩與預(yù)制塊連接方式上,上述兩工程原設(shè)計(jì)采用的是固定端設(shè)計(jì)方案,在施工中發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題,一方面由于最外側(cè)預(yù)制塊預(yù)埋在鎮(zhèn)墩中形成固定支撐,在沉降變形和塊體咬合共同作用下這個(gè)固定支撐極易發(fā)生斷裂。另一方面由于鎮(zhèn)墩設(shè)有鋼筋,預(yù)制塊預(yù)埋其中對(duì)立模和鋼筋綁扎影響極大,澆筑質(zhì)量難以保障,從試澆倉(cāng)位情況看,施工效果很差且施工緩慢。在改成自由端方案后,大大加快了工程施工進(jìn)展,施工質(zhì)量也有了保障,后期運(yùn)行效果也非常明顯,已運(yùn)行3 a的楊文東堤預(yù)制塊未發(fā)生斷裂和移動(dòng)現(xiàn)象(見(jiàn)圖2)。

圖2 混凝土扭工塊安放外端固定端與自由端形式圖

3 混凝土預(yù)制異型塊施工

混凝土預(yù)制異型塊質(zhì)量主要是外觀、澆筑和安裝方面。下面結(jié)合楊文東堤情況介紹異型塊施工中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。

3.1 外觀方面

水工標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)異型塊尚沒(méi)有明確標(biāo)準(zhǔn),這里主要結(jié)合港工規(guī)范闡述。港工規(guī)范對(duì)混凝土工程的一般表面缺陷限值指標(biāo)包括砂斑、砂線、麻面、蜂窩空洞等方面,對(duì)扭工塊、四腳塊等混凝土異型塊評(píng)定還包括各部位尺寸、表面錯(cuò)牙、塊體重量允許偏差等標(biāo)準(zhǔn)。在一般表面缺陷指標(biāo)中,蜂窩、空洞在實(shí)際施工中出現(xiàn)的頻率很低,實(shí)際施工中對(duì)構(gòu)件外觀質(zhì)量較為常見(jiàn),影響較大是砂斑、砂線、麻面(包括氣泡)問(wèn)題,如在楊文東堤先行澆筑的300塊扭工塊中,因這些問(wèn)題外觀評(píng)定不合格的有11個(gè),需要修復(fù)缺陷的有31個(gè),占澆筑量的15%,直接影響工程施工。而異型塊特定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)主要體現(xiàn)在外觀尺寸控制,達(dá)到評(píng)定要求的關(guān)鍵是模板。混凝土預(yù)制異型塊一般應(yīng)采用由專業(yè)廠家制作鋼模板或拼裝式混合模板,確保模板尺寸規(guī)格、鋼板和焊接質(zhì)量以及構(gòu)件的耐用性,為工程大量正常順利的澆筑施工提供保障。同時(shí)實(shí)際施工時(shí)還要定期對(duì)模板進(jìn)行檢測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)使用不當(dāng)或其他原因造成的模板變形和破壞。

3.2 澆筑方面

構(gòu)件質(zhì)量關(guān)鍵環(huán)節(jié)是澆筑。楊文東堤300塊先行澆筑異型塊出現(xiàn)的外觀問(wèn)題主要就在澆筑環(huán)節(jié)上。在分析研究后,楊文東堤對(duì)施工方案中模板立模方式、分層澆筑厚度等進(jìn)行了優(yōu)化,取得了良好效果:一是調(diào)整模板立模方式。不少工程采用傾斜式立模方式,分立柱和上部橫梁2個(gè)進(jìn)料和振搗口,但這種立模方式難以保證橫梁和立柱連接處及立柱等幾個(gè)關(guān)鍵部位澆筑質(zhì)量,外觀質(zhì)量也不理想,經(jīng)過(guò)分析比較,楊文東圍堤采用了豎向整體立模方式,從上部統(tǒng)一進(jìn)料和振搗,確保構(gòu)件整體強(qiáng)度 (見(jiàn)圖3)。二是控制分層澆筑厚度,通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn),楊文東堤最終采取的澆筑工序是底部橫梁加料20 cm澆筑并振搗,再加料至超出底部橫梁約10 cm后,重新對(duì)底部橫梁加強(qiáng)振搗 (因?yàn)榈撞繖M梁頂部是麻面氣泡密集處);接著立柱按30 cm厚逐層加料振搗直至澆到超出上部橫梁約20 cm,間歇約40 min后對(duì)立柱和上部橫梁連接處進(jìn)行振搗以減少該處收縮縫,再蓋入頂模并分2層加料振搗至整個(gè)構(gòu)件澆筑完畢,約過(guò)40 min后拆除頂模,對(duì)上部橫梁頂部出露面進(jìn)行二次抹光。根據(jù)這個(gè)工序施工后,楊文東堤預(yù)制塊原先頻繁出現(xiàn)的砂斑、砂線基本沒(méi)有,麻面 (氣泡)規(guī)模得到合理控制,澆筑質(zhì)量明顯提升。

圖3 混凝土扭工塊模板立模方式圖

3.3 安放方面

在異型塊安放中,遵循的共同原則是自下而上安放。其中規(guī)則安放中,扭工塊安放應(yīng)將一橫梁直接置于底部平臺(tái)并在坡面下方,立柱壓在相鄰塊橫梁上,做到相互咬合,提高整體性;四腳塊安放應(yīng)將四腳直接置于坡面使得塊體穩(wěn)固,不允許用片石等支墊,塊體與坡肩連接處三角縫應(yīng)用混凝土等填塞。不規(guī)則安放中,主要是防止漏放和過(guò)大隆起,其中扭工塊可按設(shè)計(jì)塊數(shù)的95%計(jì)算網(wǎng)點(diǎn)位置進(jìn)行安放,完成后再檢查補(bǔ)漏;扭王塊應(yīng)使塊體的一半桿件與底部平臺(tái)接觸,同時(shí)相鄰塊體擺向不相同。此外,還有一個(gè)問(wèn)題值得關(guān)注,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取鋼筋等加強(qiáng)措施,港工規(guī)范中規(guī)定塊體重量大于20 t的扭工塊應(yīng)考慮配置鋼筋或其他加強(qiáng)措施,但在楊文東堤吊裝中多次出現(xiàn)橫梁與立柱連接處斷裂現(xiàn)象,在及時(shí)增設(shè)插筋后構(gòu)件損壞率明顯降低。

3.4 評(píng)定方面

結(jié)合水利標(biāo)準(zhǔn)和港工規(guī)范要求合理確定混凝土預(yù)制塊評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),有助于更好的確保工程質(zhì)量。水工評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中,要求麻面累計(jì)面積不超過(guò)0.5%;而港工評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中,要求位于水位變動(dòng)區(qū)的構(gòu)件砂斑面積小于所在面積5%、砂線長(zhǎng)度每10 m2累積長(zhǎng)度不大于300 cm,麻面小于所在面積0.5%(小型構(gòu)件一側(cè)表面面積小于10 m2,檢查時(shí)按構(gòu)件全側(cè)表面面積計(jì)算)?？梢钥闯?水工標(biāo)準(zhǔn)對(duì)砂線、砂斑等缺陷沒(méi)有專門的檢測(cè)指標(biāo)和要求,對(duì)麻面累計(jì)面積百分比計(jì)算基數(shù)上沒(méi)有針對(duì)性規(guī)定,而港工標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此則有相對(duì)明確的要求。為合理控制塊體質(zhì)量,楊文東堤預(yù)制塊以水工標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)進(jìn)行評(píng)定,即以港工表面面積計(jì)算規(guī)則為依據(jù)計(jì)算麻面、砂線、砂斑缺陷率,缺陷率以水工指標(biāo)為主。上述評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)構(gòu)件質(zhì)量有了總體控制,但實(shí)際評(píng)定中,由于工程異型塊屬表面面積小于10 m2的小型構(gòu)件,缺陷計(jì)算時(shí)按構(gòu)件全側(cè)表面進(jìn)行計(jì)算,此項(xiàng)缺陷率均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,但在針對(duì)橫梁上部麻面 (氣泡)集中這個(gè)局部問(wèn)題卻缺乏針對(duì)性要求。為此在楊文東堤預(yù)制塊評(píng)定中增加了局部面積缺陷率評(píng)定,要求麻面(氣泡)不超過(guò)局部面積的0.55%,從而形成了點(diǎn)面各自指標(biāo)控制的綜合評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),有效保障了楊文東堤預(yù)制塊局部效果和整體質(zhì)量。

4 結(jié) 語(yǔ)

楊文東堤工程建成已3 a,混凝土預(yù)制異型塊經(jīng)歷多次臺(tái)汛考驗(yàn),塊體未發(fā)生斷裂或折斷現(xiàn)象,個(gè)體也未出現(xiàn)明顯位移,整體效果非常明顯。這說(shuō)明楊文東堤異型塊護(hù)面方案是因地制宜、成效顯著的,達(dá)到了合理、實(shí)用的目的。異型塊消浪效果好、適應(yīng)變形能力強(qiáng)、施工工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量易控制、施工受潮汐影響小等優(yōu)點(diǎn)優(yōu)勢(shì)在該工程得到了充分體現(xiàn)。因此已在港工中大量應(yīng)用的混凝土預(yù)制異型塊在圍墾工程中也可有較好的應(yīng)用前景。要成功應(yīng)用混凝土預(yù)制塊,應(yīng)在前期實(shí)施設(shè)計(jì)論證和實(shí)際施工優(yōu)化,做深做細(xì)相關(guān)工作,把握好塊體結(jié)構(gòu)、塊體澆筑、安放形式、鎮(zhèn)墩連接等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。