深水防波堤拋填工藝

任寧，樊湘偉

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

1 工程概況

青島港董家口港區東防波堤Ⅰ標段工程（SE-3段），結構形式分為60 m長直立式及920.5 m長斜坡式兩段。直立堤部分采用重力式沉箱結構，安裝沉箱兩個，上部結構為現澆混凝土擋浪墻；斜坡堤部分港池外側采用10 t扭王字塊護面，港池內側為柵欄板護面，上部結構采用灌漿石及現澆混凝土擋浪墻，見圖1和圖2。

施工水域原泥面在-12～-13 m之間，疏浚至淤泥質土層底部（粉質黏土上部），平均浚后基槽底標高為-18 m。直立堤部分即采用傳統工藝進行基槽挖泥、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76 m。拋石總方量為122.7萬m3。由于東防波堤陸上推進施工段尚未完成，本段全部采用水上施工工藝。

本工程為該地區首個全部采用水上施工的深水防波堤，無成熟的施工經驗。施工現場無掩護，海上有效作業天數少，每年6—9月份海上每月有效作業天數為15 d，其它月份約為20 d。南風季節時涌浪對船舶施工作業造成很大影響，設備利用率較低。為了能夠如期完成工程，確保施工期的堤身安全，項目部在確定施工方案時充分考慮自然條件，參考類似工程經驗多次討論后，最終制定了以開底駁和開體駁大范圍主拋、甲板駁補拋以及通過翹板堆填的方案，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，且需經歷2010年臺風季節，為避免堤身受臺風破壞，必須在臺風來臨前完成階段性拋填，并形成護面塊體有效防護，日平均拋填4700 m3，最大強度拋石量為7200 m3。

根據堤身結構特點及拋石船舶參數，拋石采取平面上分區、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、防護層全斷面跟進”的原則組織施工，施工船舶參數見表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配置見表2。

第四層開始拋填時，直立堤現澆混凝土擋浪墻已完成底層施工，標高+5.7 m，反鏟自直立堤側于堤頂向東推進拋理，而后翹板駁垂直于堤身駐位，船頭卸料拋填。

表1 船舶參數

表2 堤身拋石分層及船機配置

2.2 工藝流程

工藝流程見圖3。

圖3 施工工藝流程

2.3 施工方法

2.3.1 測量控制

本工程全部采用外海水上施工，因此對于平面位置及高程的控制尤為關鍵。采用抗風浪能力強的方駁作為定位方駁，順軸線駐位，實際施工中使用中海達的RTK-GPS及海洋測量軟件進行控制，達到了較好的效果。

首先使用CAD繪制堤身拋填邊坡線，軸線方向按照20 m間距標記里程，根據邊坡坡度1∶1.5，各標高坡肩線按照高差2 m進行劃分，即形成每2 m的分層，計算標明各標高坡肩的平面位置，作圖完成后另存為dxf格式作為計劃線導入海洋測量軟件，同時將船型參數導入，實現定位船平面位置動態實時控制，見圖4。

圖4 方駁定位測量軟件船位顯示圖

對出水后堤身進行拋理時，則采用常規放線方法施放坡肩標，以控制平面位置。

2.3.2 開底駁及開體駁拋填施工

利用已繪制好的拋填邊坡平面圖，將施工區域分成若干網格。從中部開始，在定位方駁兩側靠船對稱拋填，斷面全部拋填完成后移至下一個船位繼續施工。為精確控制拋填質量，拋填前進行典型施工，通過試拋測出拋填后實際斷面情況，并掌握該地區海流等因素對拋填的影響，對網格進行驗證和調整。該類型船舶屬一次性投料，因此，需根據船舶類型、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開體駁艙口為23.2 m×8.0 m，最大開啟角度為15°×2，根據型深可計算出一般開啟底寬在2.0～2.2 m，開啟動力為液壓，開啟速度較慢，根據其他工程經驗，石料在水下擴散角度為14°～15°。根據不同的水深，可分別計算出有效拋填范圍。同理，100 m3開底駁艙口為16.0 m×4.2 m，單扇底擋板寬1.5 m，開啟動力為石料自重產生的壓力，因此開啟底寬與艙口底寬一致，取2.0 m，亦可計算其有效拋填范圍。

設施工即時水深為h，可計算出石料落底后的擴散范圍長a×寬b，并繪出a、b-h曲線圖，如圖5所示。

圖5 石料落底擴散范圍關系圖

按照卸料后形成規則棱臺的模型計算，分別按照500 m3開體駁及100 m3開底駁可計算出在不同水深h情況下，卸料后一船可成型的厚度t，并繪制h-t關系曲線。首先根據上列a、b-h曲線求得擴散底面尺寸，然后擬定t，仍按照15°擴散角求出棱臺頂面尺寸，以求得棱臺體積，反復試算t，使棱臺體積為500 m3或100 m3，以確定h-t曲線。水深h及成型厚度t數據見表3。

表3 成型厚度數據表

2.3.3 甲板駁-3 m標高以下拋填施工

開底駁及開體駁用于初期大范圍主體拋填，護底塊石、護面塊石、墊層石及堤心石欠缺部分主要采用甲板駁配反鏟進行施工，機動靈活，定位準確，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側，根據甲板駁型寬、與定位方駁間的距離可計算出定位方駁GPS定位邊線，即定位方駁靠甲板駁一側船舷偏位=擬拋等高線偏位+甲板駁型寬+船間距離。反鏟移至船舷一側，挖取石料向外側拋填，拋填過程中需勤測水深，以提高拋填精度，隨石料拋填逐漸向堤身中心移船。亦可單獨使用GPS對甲板駁船舷進行定位。

2.3.4 堤頂拋填施工方法

2010年12月17日完成直立堤現澆混凝土擋浪墻底層施工，面積為16.2 m×30 m，標高+5.7 m，且前沿已澆筑一段擋浪墻，寬2.7 m，標高為+9.1 m，形成工作平臺，可用于高潮停放機械設備。設計堤心石標高為+3.5 m，需乘潮作業，為增加工作時間，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，甲板駁運載兩臺挖掘機通過船頭翹板自行開至擋浪墻底層平臺，自西向東進行堤身水上部分的拋理施工。

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

潮水漲至+3.5 m時，挖掘機等機械可開至直立堤+5.7 m平臺上存放，待下一低潮繼續返回堤頭施工。為減少機械行走時間，在920.5 m的長堤上，每200 m處使用大塊石加高、設立平臺并使用扭王字塊有效防護，標高為+5.5 m，可用于小汛潮且無較大風浪時停放。

堤身拋理與護面塊體安裝施工相協調，隨拋隨護，以減少施工期風浪沖刷造成損失，施工期間堤心暴露長度不超過50 m，臺風影響時暴露長度不超過30 m。

3 拋填質量控制

堤身拋填+0.0 m以上共計6.5萬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格和質量控制外，石料拋填平面位置是否準確，堤身斷面輪廓線是否達到設計要求且不得超拋浪費石料，是質量控制的重中之重。

石料拋填過程中，使用測深系統定期對擬定區域進行掃海測量，將水深圖與上述的堤身拋填邊坡線進行比對，通過Excel繪制實測堤身斷面輪廓線，從而直觀形象的反映不同時期的累積拋填輪廓，以掌握和控制拋填施工效果。需要注意的是，掃海需在無風浪情況下進行，以盡量減小船體晃動造成的誤差。

首先用CAD繪制掃海平面測量圖，以設計前后沿坡腳各向外5 m為范圍，按照橫向3 m間距，縱向5 m間距劃分測量軌跡線。測量人員導入測深儀后指揮測量小艇沿軌跡線行駛。

根據水深測量圖，將堤身拋填各邊坡線原坐標粘貼到同一CAD文件中，即可找到對應邊坡線上的實測數據。將理論數據與實測數據統計到excel中，自動生成堤身輪廓線，便可直觀的檢查拋填情況，找出不足之處，見表4及圖6。

表4和圖6中的設計值（或理論值）與實測數據相差較大，這只是過程拋、測結果，對下步施工的指導有著重要的意義。

表4 斷面測點理論值與實測值數據表

圖6 K0+300 m拋填斷面輪廓圖

4 成本分析

使用Excel統計實測數據繪制的完成斷面輪廓圖，可用其進行累計拋填工程量、剩余工程量、超拋工程量等計算。以斷面測點為分割點間距將斷面劃分為多個矩形框，矩形框的高度=所屬測點高程平均值－設計底高程，其面積和即為斷面面積。

利用已統計好的數據使用Excel編輯公式進行計算，可大大減少計算工作量，按照相鄰斷面取平均的方法計算累計拋填量，再將采購石料數量與之對比，可進行及時成本分析。

5 結語

該工程于2010年6月開工，采用此施工工藝，用10個月時間拋填122.7萬m3石料，并按期完成了扭王字塊的安裝，對堤身形成有效防護。施工過程中堤身亦多次受到南風風浪破壞，但通過預縮斷面、嚴格控制流水步距，做到護面塊體及時安裝，石料坍塌滑移仍在堤身范圍內，后期通過補坡完成斷面輪廓。通過開底駁與開體駁拋填數據計算、充分利用甲板駁機動靈活特點、定期進行掃海測深與斷面圖繪制，有效地控制了石料拋填質量及成本。實踐證明該工藝在董家口地區進行海上作業是成功的，作為首個全部采用水上施工的防波堤，為港區內其他防波堤建設提供了可借鑒經驗。

[1]JTJ 203—2001，水運工程測量規范[S].

[2]JTS 257—2008，水運工程質量檢驗標準[S].

[3]JTS 298—98，防波堤設計與施工規范[S].