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（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

1 工程概況

青島港董家口港區(qū)東防波堤Ⅰ標(biāo)段工程（SE-3段），結(jié)構(gòu)形式分為60 m長(zhǎng)直立式及920.5 m長(zhǎng)斜坡式兩段。直立堤部分采用重力式沉箱結(jié)構(gòu)，安裝沉箱兩個(gè)，上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆混凝土擋浪墻；斜坡堤部分港池外側(cè)采用10 t扭王字塊護(hù)面，港池內(nèi)側(cè)為柵欄板護(hù)面，上部結(jié)構(gòu)采用灌漿石及現(xiàn)澆混凝土擋浪墻，見(jiàn)圖1和圖2。

施工水域原泥面在-12～-13 m之間，疏浚至淤泥質(zhì)土層底部（粉質(zhì)黏土上部），平均浚后基槽底標(biāo)高為-18 m。直立堤部分即采用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行基槽挖泥、基床分層拋夯、整平及沉箱安裝施工；斜坡堤部分，1∶1.5邊坡，堤身底寬達(dá)76 m。拋石總方量為122.7萬(wàn)m3。由于東防波堤陸上推進(jìn)施工段尚未完成，本段全部采用水上施工工藝。

本工程為該地區(qū)首個(gè)全部采用水上施工的深水防波堤，無(wú)成熟的施工經(jīng)驗(yàn)。施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)掩護(hù)，海上有效作業(yè)天數(shù)少，每年6—9月份海上每月有效作業(yè)天數(shù)為15 d，其它月份約為20 d。南風(fēng)季節(jié)時(shí)涌浪對(duì)船舶施工作業(yè)造成很大影響，設(shè)備利用率較低。為了能夠如期完成工程，確保施工期的堤身安全，項(xiàng)目部在確定施工方案時(shí)充分考慮自然條件，參考類似工程經(jīng)驗(yàn)多次討論后，最終制定了以開(kāi)底駁和開(kāi)體駁大范圍主拋、甲板駁補(bǔ)拋以及通過(guò)翹板堆填的方案，形成了類似陸推的水上施工工藝。

圖1 董家口港區(qū)東、西防波堤總平面圖

圖2 斜坡堤斷面圖

2 施工工藝

2.1 工藝概述

由于拋石方量較大，且需經(jīng)歷2010年臺(tái)風(fēng)季節(jié)，為避免堤身受臺(tái)風(fēng)破壞，必須在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前完成階段性拋填，并形成護(hù)面塊體有效防護(hù)，日平均拋填4700 m3，最大強(qiáng)度拋石量為7200 m3。

根據(jù)堤身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及拋石船舶參數(shù)，拋石采取平面上分區(qū)、立面上分層、縱向斷面階梯流水的全斷面施工方法，并按照“堤心石縮斷面突起、防護(hù)層全斷面跟進(jìn)”的原則組織施工，施工船舶參數(shù)見(jiàn)表1。

斜坡堤堤身拋石在立面上分為3層，具體堤身拋石分層及船機(jī)配置見(jiàn)表2。

第四層開(kāi)始拋填時(shí)，直立堤現(xiàn)澆混凝土擋浪墻已完成底層施工，標(biāo)高+5.7 m，反鏟自直立堤側(cè)于堤頂向東推進(jìn)拋理，而后翹板駁垂直于堤身駐位，船頭卸料拋填。

表1 船舶參數(shù)

表2 堤身拋石分層及船機(jī)配置

2.2 工藝流程

工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 施工工藝流程

2.3 施工方法

2.3.1 測(cè)量控制

本工程全部采用外海水上施工，因此對(duì)于平面位置及高程的控制尤為關(guān)鍵。采用抗風(fēng)浪能力強(qiáng)的方駁作為定位方駁，順軸線駐位，實(shí)際施工中使用中海達(dá)的RTK-GPS及海洋測(cè)量軟件進(jìn)行控制，達(dá)到了較好的效果。

首先使用CAD繪制堤身拋填邊坡線，軸線方向按照20 m間距標(biāo)記里程，根據(jù)邊坡坡度1∶1.5，各標(biāo)高坡肩線按照高差2 m進(jìn)行劃分，即形成每2 m的分層，計(jì)算標(biāo)明各標(biāo)高坡肩的平面位置，作圖完成后另存為dxf格式作為計(jì)劃線導(dǎo)入海洋測(cè)量軟件，同時(shí)將船型參數(shù)導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)定位船平面位置動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)控制，見(jiàn)圖4。

圖4 方駁定位測(cè)量軟件船位顯示圖

對(duì)出水后堤身進(jìn)行拋理時(shí)，則采用常規(guī)放線方法施放坡肩標(biāo)，以控制平面位置。

2.3.2 開(kāi)底駁及開(kāi)體駁拋填施工

利用已繪制好的拋填邊坡平面圖，將施工區(qū)域分成若干網(wǎng)格。從中部開(kāi)始，在定位方駁兩側(cè)靠船對(duì)稱拋填，斷面全部拋填完成后移至下一個(gè)船位繼續(xù)施工。為精確控制拋填質(zhì)量，拋填前進(jìn)行典型施工，通過(guò)試拋測(cè)出拋填后實(shí)際斷面情況，并掌握該地區(qū)海流等因素對(duì)拋填的影響，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整。該類型船舶屬一次性投料，因此，需根據(jù)船舶類型、水深、海流等因素，確定一次拋填成型高度及范圍極為重要，從而施工過(guò)程中能夠有效控制拋填高度及平面位置，避免拋高拋偏。

500 m3開(kāi)體駁艙口為23.2 m×8.0 m，最大開(kāi)啟角度為15°×2，根據(jù)型深可計(jì)算出一般開(kāi)啟底寬在2.0～2.2 m，開(kāi)啟動(dòng)力為液壓，開(kāi)啟速度較慢，根據(jù)其他工程經(jīng)驗(yàn)，石料在水下擴(kuò)散角度為14°～15°。根據(jù)不同的水深，可分別計(jì)算出有效拋填范圍。同理，100 m3開(kāi)底駁艙口為16.0 m×4.2 m，單扇底擋板寬1.5 m，開(kāi)啟動(dòng)力為石料自重產(chǎn)生的壓力，因此開(kāi)啟底寬與艙口底寬一致，取2.0 m，亦可計(jì)算其有效拋填范圍。

設(shè)施工即時(shí)水深為h，可計(jì)算出石料落底后的擴(kuò)散范圍長(zhǎng)a×寬b，并繪出a、b-h曲線圖，如圖5所示。

圖5 石料落底擴(kuò)散范圍關(guān)系圖

按照卸料后形成規(guī)則棱臺(tái)的模型計(jì)算，分別按照500 m3開(kāi)體駁及100 m3開(kāi)底駁可計(jì)算出在不同水深h情況下，卸料后一船可成型的厚度t，并繪制h-t關(guān)系曲線。首先根據(jù)上列a、b-h曲線求得擴(kuò)散底面尺寸，然后擬定t，仍按照15°擴(kuò)散角求出棱臺(tái)頂面尺寸，以求得棱臺(tái)體積，反復(fù)試算t，使棱臺(tái)體積為500 m3或100 m3，以確定h-t曲線。水深h及成型厚度t數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 成型厚度數(shù)據(jù)表

2.3.3 甲板駁-3 m標(biāo)高以下拋填施工

開(kāi)底駁及開(kāi)體駁用于初期大范圍主體拋填，護(hù)底塊石、護(hù)面塊石、墊層石及堤心石欠缺部分主要采用甲板駁配反鏟進(jìn)行施工，機(jī)動(dòng)靈活，定位準(zhǔn)確，拋填精度高。

定位方駁順堤軸線方向駐位，甲板駁靠定位方駁內(nèi)側(cè)，根據(jù)甲板駁型寬、與定位方駁間的距離可計(jì)算出定位方駁GPS定位邊線，即定位方駁靠甲板駁一側(cè)船舷偏位=擬拋等高線偏位+甲板駁型寬+船間距離。反鏟移至船舷一側(cè)，挖取石料向外側(cè)拋填，拋填過(guò)程中需勤測(cè)水深，以提高拋填精度，隨石料拋填逐漸向堤身中心移船。亦可單獨(dú)使用GPS對(duì)甲板駁船舷進(jìn)行定位。

2.3.4 堤頂拋填施工方法

2010年12月17日完成直立堤現(xiàn)澆混凝土擋浪墻底層施工，面積為16.2 m×30 m，標(biāo)高+5.7 m，且前沿已澆筑一段擋浪墻，寬2.7 m，標(biāo)高為+9.1 m，形成工作平臺(tái)，可用于高潮停放機(jī)械設(shè)備。設(shè)計(jì)堤心石標(biāo)高為+3.5 m，需乘潮作業(yè)，為增加工作時(shí)間，堤頂拋填按照+4.0 m控制，堤身水上部分主體施工基本完成后，多余石料可用于后沿墊層石拋理。

高潮時(shí)，甲板駁運(yùn)載兩臺(tái)挖掘機(jī)通過(guò)船頭翹板自行開(kāi)至擋浪墻底層平臺(tái)，自西向東進(jìn)行堤身水上部分的拋理施工。

首先設(shè)立好前后沿坡肩標(biāo)。喂料時(shí)，1700 m3甲板駁自防波堤北側(cè)垂直于軸線駐位，船頭翹板長(zhǎng)10 m，寬4 m，滿載吃水3.5 m。船上裝載機(jī)通過(guò)翹板進(jìn)行拋石卸料，卸料最遠(yuǎn)可達(dá)堤身中央，并可全潮位拋填，根據(jù)坡肩標(biāo)將卸料控制在堤身頂寬以內(nèi)。因自后沿拋填，后沿按照“縮段面原則”預(yù)留1.5 m寬度，以免石料隆起不利于后續(xù)相對(duì)較高精度的柵欄板墊層石理坡。待拋填一定數(shù)量后，堤上挖掘機(jī)平整臨時(shí)道路，并倒運(yùn)部分石料到堤身南側(cè)，形成30 m流水步距后，第二臺(tái)反鏟隨后進(jìn)行理坡成型，形成類似于陸上推進(jìn)施工工藝，逐步推進(jìn)立標(biāo)、理坡，前后標(biāo)距不小于前標(biāo)距所控制拋填位置距離的1/4。堤心石補(bǔ)坡、300～500 kg塊石墊層等均采用本工藝施工，達(dá)到安裝條件后安裝外坡扭王字塊。

潮水漲至+3.5 m時(shí)，挖掘機(jī)等機(jī)械可開(kāi)至直立堤+5.7 m平臺(tái)上存放，待下一低潮繼續(xù)返回堤頭施工。為減少機(jī)械行走時(shí)間，在920.5 m的長(zhǎng)堤上，每200 m處使用大塊石加高、設(shè)立平臺(tái)并使用扭王字塊有效防護(hù)，標(biāo)高為+5.5 m，可用于小汛潮且無(wú)較大風(fēng)浪時(shí)停放。

堤身拋理與護(hù)面塊體安裝施工相協(xié)調(diào)，隨拋隨護(hù)，以減少施工期風(fēng)浪沖刷造成損失，施工期間堤心暴露長(zhǎng)度不超過(guò)50 m，臺(tái)風(fēng)影響時(shí)暴露長(zhǎng)度不超過(guò)30 m。

3 拋填質(zhì)量控制

堤身拋填+0.0 m以上共計(jì)6.5萬(wàn)m3，僅占總量的5%，前期95%的工程量均為水下隱蔽工程，因此除拋填石料的規(guī)格和質(zhì)量控制外，石料拋填平面位置是否準(zhǔn)確，堤身斷面輪廓線是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求且不得超拋浪費(fèi)石料，是質(zhì)量控制的重中之重。

石料拋填過(guò)程中，使用測(cè)深系統(tǒng)定期對(duì)擬定區(qū)域進(jìn)行掃海測(cè)量，將水深圖與上述的堤身拋填邊坡線進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)Excel繪制實(shí)測(cè)堤身斷面輪廓線，從而直觀形象的反映不同時(shí)期的累積拋填輪廓，以掌握和控制拋填施工效果。需要注意的是，掃海需在無(wú)風(fēng)浪情況下進(jìn)行，以盡量減小船體晃動(dòng)造成的誤差。

首先用CAD繪制掃海平面測(cè)量圖，以設(shè)計(jì)前后沿坡腳各向外5 m為范圍，按照橫向3 m間距，縱向5 m間距劃分測(cè)量軌跡線。測(cè)量人員導(dǎo)入測(cè)深儀后指揮測(cè)量小艇沿軌跡線行駛。

根據(jù)水深測(cè)量圖，將堤身拋填各邊坡線原坐標(biāo)粘貼到同一CAD文件中，即可找到對(duì)應(yīng)邊坡線上的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。將理論數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)到excel中，自動(dòng)生成堤身輪廓線，便可直觀的檢查拋填情況，找出不足之處，見(jiàn)表4及圖6。

表4和圖6中的設(shè)計(jì)值（或理論值）與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相差較大，這只是過(guò)程拋、測(cè)結(jié)果，對(duì)下步施工的指導(dǎo)有著重要的意義。

表4 斷面測(cè)點(diǎn)理論值與實(shí)測(cè)值數(shù)據(jù)表

圖6 K0+300 m拋填斷面輪廓圖

4 成本分析

使用Excel統(tǒng)計(jì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的完成斷面輪廓圖，可用其進(jìn)行累計(jì)拋填工程量、剩余工程量、超拋工程量等計(jì)算。以斷面測(cè)點(diǎn)為分割點(diǎn)間距將斷面劃分為多個(gè)矩形框，矩形框的高度=所屬測(cè)點(diǎn)高程平均值－設(shè)計(jì)底高程，其面積和即為斷面面積。

利用已統(tǒng)計(jì)好的數(shù)據(jù)使用Excel編輯公式進(jìn)行計(jì)算，可大大減少計(jì)算工作量，按照相鄰斷面取平均的方法計(jì)算累計(jì)拋填量，再將采購(gòu)石料數(shù)量與之對(duì)比，可進(jìn)行及時(shí)成本分析。

5 結(jié)語(yǔ)

該工程于2010年6月開(kāi)工，采用此施工工藝，用10個(gè)月時(shí)間拋填122.7萬(wàn)m3石料，并按期完成了扭王字塊的安裝，對(duì)堤身形成有效防護(hù)。施工過(guò)程中堤身亦多次受到南風(fēng)風(fēng)浪破壞，但通過(guò)預(yù)縮斷面、嚴(yán)格控制流水步距，做到護(hù)面塊體及時(shí)安裝，石料坍塌滑移仍在堤身范圍內(nèi)，后期通過(guò)補(bǔ)坡完成斷面輪廓。通過(guò)開(kāi)底駁與開(kāi)體駁拋填數(shù)據(jù)計(jì)算、充分利用甲板駁機(jī)動(dòng)靈活特點(diǎn)、定期進(jìn)行掃海測(cè)深與斷面圖繪制，有效地控制了石料拋填質(zhì)量及成本。實(shí)踐證明該工藝在董家口地區(qū)進(jìn)行海上作業(yè)是成功的，作為首個(gè)全部采用水上施工的防波堤，為港區(qū)內(nèi)其他防波堤建設(shè)提供了可借鑒經(jīng)驗(yàn)。

[1]JTJ 203—2001，水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范[S].

[2]JTS 257—2008，水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]JTS 298—98，防波堤設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].