唐橋梁，劉京平

（中國港灣工程有限責(zé)任公司，北京　100027）

寬肩臺(tái)斜坡堤中超大塊石裝運(yùn)與安裝工藝

唐橋梁，劉京平

（中國港灣工程有限責(zé)任公司，北京100027）

文章結(jié)合超大塊石在裝運(yùn)以及安裝兩方面，詳細(xì)介紹了超大塊石在防波堤施工過程中的應(yīng)用及優(yōu)化，體現(xiàn)了其與傳統(tǒng)混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)的差異，展現(xiàn)了超大塊石在防波堤防護(hù)中的優(yōu)越性。通過文章的總結(jié)，進(jìn)一步完善此施工工藝，提高施工效率，節(jié)約成本。

超大塊石；裝運(yùn)；安裝；環(huán)保；經(jīng)濟(jì)

斜坡式防波堤的斷面為梯形，在鄰海側(cè)稍高于設(shè)計(jì)高水位處設(shè)有1個(gè)一定寬度的肩臺(tái)，可以單獨(dú)用塊石或混凝土塊體拋筑而成。寬肩臺(tái)超大塊石斜坡堤設(shè)計(jì)與施工在國內(nèi)應(yīng)用較少，目前尚處于發(fā)展階段。文章結(jié)合超大規(guī)格塊石在斯里蘭卡漢班托塔港二期項(xiàng)目人工島防波堤的應(yīng)用工程實(shí)例，對(duì)超大塊石的裝運(yùn)和安裝工藝進(jìn)行了詳細(xì)的說明。

1　施工重難點(diǎn)

圍堤迎浪段長度為1 600 m，結(jié)構(gòu)形式為拋石寬肩臺(tái)斜坡堤。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和施工計(jì)劃，為了滿足工期要求，需要開采、裝運(yùn)并安裝的超大塊石為759 m3/d；同時(shí)，超大塊石的頂面寬度為15 m，且坡面水平距離也有13.5 m，層厚大、距離遠(yuǎn)，安裝困難。施工難點(diǎn)體現(xiàn)在兩方面：1）石料運(yùn)輸方量大、運(yùn)距遠(yuǎn)、工期緊；2）安裝困難大、技術(shù)要求高。

2　超大塊石施工工藝

2.1裝運(yùn)

1）150 t吊機(jī)裝車

借鑒預(yù)制扭王塊的裝車方法，最初策劃采用150 t吊機(jī)進(jìn)行超大塊石的裝車；考慮到長平板車數(shù)量有限且運(yùn)輸不便，采用礦山車配合運(yùn)輸。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)裝運(yùn)能力達(dá)不到要求。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多次超大塊石運(yùn)輸測(cè)試得到平均裝車速度為11.3 min/車。按每天吊機(jī)工作時(shí)間15 h，經(jīng)計(jì)算實(shí)際吊機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)的超大塊石重量達(dá)1 656 t/d，達(dá)不到實(shí)際需求2 010 t/d。而如果使用多臺(tái)吊機(jī)進(jìn)行施工，一方面成本太高，另一方面受到場(chǎng)地的限制，不切實(shí)際。在經(jīng)過深入探討后，改用大噸位反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行裝車。

2）CAT349反鏟挖掘機(jī)裝車

根據(jù)超大規(guī)格塊石的重量以及反鏟的裝載能力，選用反鏟CAT349進(jìn)行裝車，通過礦山車進(jìn)行運(yùn)輸。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，裝車效率有所提升，但仍然不太理想。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，發(fā)現(xiàn)由于石塊過重且形狀多不規(guī)則，操作手不能很好地將石塊勾起，需要在地上反復(fù)翻轉(zhuǎn)石塊調(diào)整角度和位置后才能最終實(shí)現(xiàn)裝車。因而，改善原有設(shè)備，將反鏟的鏟斗換為抓斗，以抓代鏟。

3）CAT349抓斗挖掘機(jī)裝車

圖1為抓斗挖掘機(jī)進(jìn)行超大規(guī)格塊石裝車的施工圖。

圖1　抓斗裝車圖Fig.1　Loading rocks by a grapple loader

4）超大塊石裝運(yùn)總結(jié)

對(duì)不同裝車方式進(jìn)行對(duì)比統(tǒng)計(jì)，如表1。

表1　 多種裝車方式對(duì)比表Table 1　Comparison of different loading methods

為了方便操作，同時(shí)也是出于對(duì)挖掘機(jī)、車輛的保護(hù)，對(duì)于部分體積特別大的塊石，一般以超過12 t為準(zhǔn)，要用平板車來運(yùn)輸。但考慮到現(xiàn)場(chǎng)的平板車不足，因此采取將小型自卸車的擋板取下的辦法制作縮小版的平板車。

綜合對(duì)比分析，最終選用抓斗挖掘機(jī)+礦山車的組合進(jìn)行大部分的超大規(guī)格塊石裝運(yùn)。挖掘機(jī)拾取能力有限，為保證挖掘機(jī)安全與使用壽命，超大規(guī)格塊石的重量不宜超過12 t，而施工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)出的超大塊石最重高達(dá)25 t，且數(shù)量相當(dāng)可觀；同時(shí)，吊機(jī)裝石的速度是與石料塊數(shù)成遞增關(guān)系，只裝特大塊石時(shí)效率很高，因而對(duì)>12 t特大塊石采用150 t吊機(jī)進(jìn)行裝車。

2.2安裝

1）挖掘機(jī)甩拋

寬肩臺(tái)斜坡堤其肩臺(tái)設(shè)置在設(shè)計(jì)高水位以上，便于反鏟挖掘機(jī)岸上施工。相對(duì)于吊機(jī)拋石，反鏟挖掘機(jī)具有精度高，施工效率高且成本低，受場(chǎng)地限制小等優(yōu)點(diǎn)。本工程中采用80噸級(jí)長臂反鏟CAT390進(jìn)行超大塊石甩拋，塊石相互緊靠，其最大縫隙寬度不大于墊層塊石最小粒徑的2/3，可以防止墊層塊石的松動(dòng)[1]。另一方面，波浪的反射高度與護(hù)面結(jié)構(gòu)的糙滲系數(shù)有關(guān)[2]，因而為了增加消浪效果，在進(jìn)行超大塊石甩拋時(shí)采用隨機(jī)安放的方式，塊石間不必完全閉合，增加孔隙率，以達(dá)到增加護(hù)面糙滲系數(shù)的效果，并且為了保持級(jí)配的連續(xù)性，在安放過程中要有意識(shí)地將不同規(guī)格的塊石按大小由外向內(nèi)安放，以達(dá)到塊石規(guī)格由外向內(nèi)遞減的趨勢(shì)，這是消浪的最佳方式。同時(shí)，施工的順序也是塊石穩(wěn)定的關(guān)鍵，施工時(shí)塊石由下至上、由外向內(nèi)的順序一塊一塊往上壓，從而保證坡腳的穩(wěn)定性。

2）反鏟挖掘機(jī)理坡

由于肩臺(tái)很寬，坡頂與坡腳高差比較大，反鏟挖掘機(jī)無法一次性施工到位。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和機(jī)械性能，超大規(guī)格塊石分為內(nèi)外兩層施工。外層超大塊石施工時(shí)，考慮到完工面的精度和外觀要求，需要進(jìn)行理坡處理。為了增強(qiáng)防波堤的穩(wěn)定性，其中的關(guān)鍵就是保證石料之間的緊密咬合，即“三點(diǎn)支撐”[3]，每一塊塊石與其下方相鄰的3塊塊石均接觸。表面塊石理坡要達(dá)到的效果是整體上是一個(gè)層面，但面層并不是光滑順接而是凹凸不平，有足夠的空隙來破碎海浪，以起到更好的消浪作用，見圖2。

圖2　超大塊石理坡效果Fig.2　Trimmed slope armored with very large rocks

防波堤水下護(hù)面塊石安裝及理坡質(zhì)量的高低很大程度上取決于操作手的技術(shù)水平，為了提高質(zhì)量和效率，反鏟上安裝GCS Flex系統(tǒng)和計(jì)重儀。反鏟GCS Flex系統(tǒng)使用角度傳感器、激光傳感器，測(cè)量動(dòng)臂、吊桿和鏟斗之間關(guān)系，計(jì)算并確定挖掘鏟刀目前位置與目標(biāo)位置，通過安裝在駕駛室內(nèi)的控制屏指導(dǎo)操作員挖掘到期望的深度和坡度。操作手可以隨時(shí)知道鏟斗的確切位置，不必僅憑猜測(cè)進(jìn)行工作。

3）超大塊石安放總結(jié)

超大塊石體積大，占空間大且搬運(yùn)麻煩，為了避免由于二次轉(zhuǎn)運(yùn)而造成的額外費(fèi)用，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的超大塊石需要被卸載在規(guī)劃好的施工區(qū)域附近，以大型長臂反鏟的工作半徑范圍內(nèi)為宜；做好歸堆工作，否則施工不便。同時(shí)要篩分石料，保證現(xiàn)場(chǎng)塊石符合設(shè)計(jì)要求，減少二次轉(zhuǎn)運(yùn)并且節(jié)省空間，方便施工。

樣本分料：在多個(gè)分流指揮區(qū)域放置1 t、3 t、5 t、7 t、10 t等多種石料規(guī)格的樣品。

人工分料：現(xiàn)場(chǎng)安排專人對(duì)石料的長寬比、顏色、裂隙等進(jìn)行逐一檢查，將不符合要求的石料剔除，并做好標(biāo)記以方便操作手在塊石安裝時(shí)進(jìn)行區(qū)分。其中，對(duì)于部分尺寸比例不明顯的塊石，使用卷尺精確測(cè)量。

計(jì)重儀分料：計(jì)重儀安裝在反鏟的車載電腦上，勾起塊石時(shí)可以采集塊石的重量以及反鏟的工作信息。通過采集的數(shù)據(jù)，可以分析出塊石重量和反鏟的工作效能。

上述3種方法的綜合實(shí)施，達(dá)到對(duì)石料質(zhì)量的準(zhǔn)確控制。超大塊石的安裝效率統(tǒng)計(jì)見表2。

表2　超大塊石的安裝效率統(tǒng)計(jì)表Table 2 Installation efficiency of very large rocks

3　超大塊石優(yōu)越性

與傳統(tǒng)防波堤的預(yù)制混凝土塊體防護(hù)相比，超大塊石的使用在綠色環(huán)保方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。由于傳統(tǒng)的混凝土預(yù)制塊與海水中的化學(xué)成分易形成溶蝕反應(yīng)、堿-骨料反應(yīng)[4]，塊體護(hù)面易受損，壽命較短。此外，混凝土制品在生態(tài)修復(fù)方面與塊石防護(hù)相比也存在劣勢(shì)。

在施工結(jié)束1個(gè)月后，用于防護(hù)的塊石表面已經(jīng)生長出苔蘚，而扭王塊則沒有明顯變化。

另一方面，塊石防護(hù)的造價(jià)也遠(yuǎn)低于混凝土預(yù)制塊。安裝5～10 t大塊石成本為260元/m3，若用12 t扭王字塊進(jìn)行護(hù)面，混凝土標(biāo)號(hào)C35，預(yù)制每塊約3 100元，陸上安裝每塊約790元，水下安裝每塊約1 630元，平均造價(jià)4 310元[5]。由于塊石護(hù)面比預(yù)制塊體護(hù)面要厚，結(jié)合設(shè)計(jì)斷面，利用塊石護(hù)面每延米造價(jià)32 500元，利用12 t扭王塊造價(jià)99 130元，每延米節(jié)約成本66 630元，效益非常可觀。

4　結(jié)語

良好的經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)保效益，在石料充足區(qū)域，超大塊石在外海深水防波堤防護(hù)中的應(yīng)用將會(huì)得到越來越多的推廣，提高超大塊石生產(chǎn)、裝運(yùn)以及安裝等方面的能力，不斷優(yōu)化施工工藝，改善施工設(shè)備，引進(jìn)新型現(xiàn)代化、智能化儀器，有著廣闊前景。

[1]JTS 154-1—2011，防波堤設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S]. JTS 154-1—2011,Code of design and construction of breakwaters [S].

[2]JTS 145-2—2013，海港水文規(guī)范[S]. JTS 145-2—2013,Code of hydrology for sea harbour[S].

[3]CIRIA,CUR,CETMEF.The rock manual:the use of rock in hydraulic engineering[M].2nd ed.London:CIRIA,2007.

[4]杜洪彥，邱富榮，林昌健.混凝土的腐蝕機(jī)理與新型防護(hù)方法[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2001，13（3）：156-161. DU Hong-yan,QIU Fu-rong,LIN Chang-jian.Corrosion mechanism of concrete and new protection methods[J].Corrosion Science and Protection Technology,2001,13(3):156-161.

[5]李宏欽，李延.大塊石護(hù)面結(jié)構(gòu)防波堤在沿海防護(hù)工程中的應(yīng)用[J].中國水運(yùn)，2013，13（4）：166-168，171. LI Hong-qin,LI Yan.Construction of breakwaters armored with large rocks for coastal protection works[J].China Water Transport, 2013,13(4):166-168,171.

Transportation and placement of very large rock blocks on wide-berme slope breakwater

TANG Qiao-liang,LIU Jing-ping
（China Harbor Engineering Company Ltd.,Beijing 100027,China）

The article introduces the application and optimization of very large rocks in the process of breakwater's construction in combination of the handling and transportation and installation of the rocks,reflecting its differences with the traditional concrete prefabricated structures,showing the superiority of very large rocks in breakwater's protection.Through the summary of the article,the construction technology may be further improved with the enhancement of construction efficiency and cutting of the construction cost.

very large rock;handling and transportation;installation;environmental protection;economy

U656.2

B

2095-7874（2016）09-0050-03

10.7640/zggwjs201609012

2016-04-29

唐橋梁（1973— ），男，北京市人，碩士，高級(jí)工程師，港口航道與海岸工程專業(yè)。E-mail：liujingping1991@163.com