扭工字塊安裝施工技術(shù)

吳平，邵亮，王聰

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

1 工程概況

目前國內(nèi)海港護(hù)岸結(jié)構(gòu)中，對(duì)消浪性能的要求普遍增高，異型塊體的應(yīng)用越來越廣泛。港珠澳大橋東人工島護(hù)岸結(jié)構(gòu)的護(hù)面為5 t扭工字塊體，預(yù)制采用C30素混凝土，設(shè)計(jì)安裝數(shù)量約為24 791件，安裝斷面如圖1所示[1]。本文主要論述扭工字塊安裝工藝和質(zhì)量控制要點(diǎn)。

2 定點(diǎn)隨機(jī)安放工藝

2.1 安放網(wǎng)格的計(jì)算

根據(jù)規(guī)范規(guī)定[2]，扭工字塊定點(diǎn)隨機(jī)安放時(shí)，按照設(shè)計(jì)塊數(shù)的95%計(jì)算網(wǎng)點(diǎn)的位置進(jìn)行安放。由圖2可知，本工程扭工字塊的設(shè)計(jì)安放塊數(shù)應(yīng)為 55 塊/100m2。

為方便計(jì)算，選取10m×10 m的方塊為計(jì)算單元，將其劃分為2.5 m×2.5 m的小網(wǎng)格，得到16個(gè)2.5 m×2.5 m小網(wǎng)格，如圖3所示。規(guī)范規(guī)定每100 m2設(shè)計(jì)安裝數(shù)量為55塊，設(shè)計(jì)塊數(shù)的95%即為52.25塊。安裝時(shí)，只需保證在每個(gè)小網(wǎng)格內(nèi)至少安裝3塊扭工字塊，兩個(gè)橫向小網(wǎng)格之間再添加1塊，就能夠保證每個(gè)100 m2的安裝區(qū)域中安裝56塊。要保證水下定點(diǎn)隨機(jī)安放的扭工字塊均勻分布于安裝區(qū)域，不出現(xiàn)部分位置漏放或過大隆起。

2.2 定點(diǎn)隨機(jī)安裝法計(jì)算原理

扭工字塊定點(diǎn)隨機(jī)安裝原理是通過極坐標(biāo)下的平面坐標(biāo)計(jì)算方法，計(jì)算出每個(gè)隨機(jī)安放的扭工字塊的安裝坐標(biāo)，然后用兩點(diǎn)間距離計(jì)算原理計(jì)算吊機(jī)位置與扭工字塊安裝位置的水平距離，通過兩向量夾角計(jì)算原理計(jì)算正北方的方向向量與以吊機(jī)中心點(diǎn)為起點(diǎn)，扭工字塊安裝位置點(diǎn)為終點(diǎn)的向量夾角。計(jì)算成果如表1所示。

圖1 扭工字塊安裝斷面圖Fig.1 CrossSection of dolosse p lacing

圖2 扭工字塊體的設(shè)計(jì)安放個(gè)數(shù)Fig.2 Design quantitiesof dolosses

圖3 定點(diǎn)網(wǎng)格示意圖Fig.3 Grids for positioning

表1 吊機(jī)參數(shù)計(jì)算表Table 1 Crane parameters calculation

2.3 定點(diǎn)隨機(jī)安裝和卸扣工藝

安裝前，在吊機(jī)水平轉(zhuǎn)盤上貼上準(zhǔn)備好的刻度紙，刻度紙長度與轉(zhuǎn)盤周長等長，刻度紙等分360份，每份剛好1°，并做好次級(jí)刻度，精確到0.1°。張貼時(shí)，需注意刻度紙的0°線必須與吊機(jī)轉(zhuǎn)盤的0°缺口重合，且刻度紙的刻度值需保持逆時(shí)針方向遞增，方便理論0°線（正北方向）與實(shí)際0°線（吊機(jī)爬桿0°方向）夾角的計(jì)算。

安裝時(shí)，由吊機(jī)駕駛員控制吊機(jī)水平吊距，水平吊距可以通過駕駛室的操作顯示屏直接顯示。扭工字塊安裝施工員觀察吊機(jī)水平轉(zhuǎn)角，并用對(duì)講機(jī)通知駕駛員調(diào)整角度至所需的安裝角度以完成定位。

扭工字塊水下安裝采用水下自動(dòng)脫鉤的形式。自動(dòng)脫鉤器設(shè)計(jì)方式是根據(jù)杠桿原理，未吊重時(shí)，由于配重端自重大于掛鉤端，因此掛鉤端處于上揚(yáng)狀態(tài)；掛鉤端受重物重力作用時(shí)，只要重物重量大于配重端的自重，吊鉤將緊緊勾住重物，不致脫落。扭工字塊安放到位時(shí)，由于掛鉤端重物重量消失，掛鉤端上揚(yáng)，自動(dòng)卸扣得以實(shí)現(xiàn)。

3 扭工字塊規(guī)則安放工藝

3.1 規(guī)則安放的方法

1） 扭角計(jì)算

安裝時(shí)，相鄰扭工字塊的橫桿需要互相搭接，為了保證其沿安裝縱軸線的直線度，需要對(duì)每一塊進(jìn)行固定角度的扭轉(zhuǎn)。如圖4所示，扭角計(jì)算公式如下：

式中：α為扭工塊扭轉(zhuǎn)角度；c為相鄰塊腰桿軸線間距；a為相鄰塊豎桿中心間距。

圖4 扭工塊扭角控制平面圖Fig.4 Plan of controlling the torsionalangleof dolosses

實(shí)際安裝中，相鄰兩塊不可能完全貼近無縫隙，故實(shí)際安裝角度會(huì)比計(jì)算角度大一些，為20.4°左右。

2） 密度計(jì)算

根據(jù)本工程典型施工和微縮模型試驗(yàn)的結(jié)果分析，實(shí)際安裝中無法滿足《防波堤設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》[2]中所需密度要求，實(shí)際上規(guī)則安裝密度平面上為45塊/100m2，斜坡上為52塊/100m2[3]。

結(jié)合實(shí)際安裝情況，經(jīng)過分析得符合本工程密度計(jì)算的公式為：

式中：a為同排相鄰扭工字塊的豎桿中心連線距離，即列間距；b為前后排相鄰扭工字塊豎桿中心軸線距離，即排間距。

由此得到的理論密度與東人工島扭工塊實(shí)際密度基本一致，其結(jié)果見表2。

表2 扭工字塊規(guī)則安放理論密度Table2 Theoreticaldensity of regular placing thedolosses

3） 首排定位安裝

安裝由150 t吊機(jī)配合3名以上工人進(jìn)行擺放。頂面豎桿中心點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)放樣軸線，底面豎桿擱置在前排隨機(jī)塊橫桿上，并用20.4°的自制三角尺確定扭角。如出現(xiàn)前排隨機(jī)塊不太穩(wěn)定或無法擱置在其橫桿上時(shí)，需由挖機(jī)在空隙位置填補(bǔ)無風(fēng)化的大塊石。

接著用同樣的方法擺放第二塊，橫桿互相平行搭接，前一塊橫桿盡量頂著后一塊的腰桿，保證列間距滿足要求。完成首排安裝后，及時(shí)組織測(cè)量人員對(duì)豎桿中心軸線進(jìn)行平面位置和高程測(cè)量復(fù)核，發(fā)現(xiàn)偏差需調(diào)整到位后方可安裝下一排。

4） 后續(xù)安裝

有了首排扭工塊體的參照，后續(xù)安裝相對(duì)方便、高效、規(guī)整。安裝過程中，控制好排距便能基本保證縱軸線滿足要求。豎桿壓在前排的橫桿上時(shí)，不能完全扣入前排兩塊之間的空隙，這樣會(huì)導(dǎo)致腰桿接觸到前排橫桿上，其橫桿完全翹起失穩(wěn)。必須把豎桿底部抵在前排的橫桿上，并以豎桿底部為受力點(diǎn)，腰桿懸空放置。斜坡上的規(guī)則安裝相對(duì)于平面上密度更大一些，此時(shí)列間距不變，排間距由于坡度存在，顯得更緊湊些。

3.2 規(guī)則安放的質(zhì)量控制要點(diǎn)

1）塊體外觀質(zhì)量控制

安裝前對(duì)塊體表觀質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)檢查，吊裝過程中在鋼絲繩上套1層橡皮管以減少安裝過程中由于塊體滑動(dòng)或壓力過大而產(chǎn)生摩擦所導(dǎo)致塊體損壞。

2）規(guī)則與隨機(jī)的搭接

扭工字塊規(guī)則與隨機(jī)最后一排需有效搭接，減小空隙，防止塊石被沖刷，可將最后一至兩排隨機(jī)安裝按規(guī)則安裝要求進(jìn)行擺放。

3）圓弧段扭角控制

圓弧段相比直線段安裝難度較大，為保證安裝軸線圓滑過渡，需采用化曲為直的方法。

值得注意的是，直線段交接位置的列間距需放大9 cm左右，否則在扭轉(zhuǎn)過程中橫桿會(huì)互相觸碰。安裝時(shí)，以每段弦長為安裝軸線，相鄰弦線相差2.15°。現(xiàn)場(chǎng)需對(duì)每段直線的端點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行放樣，并拉線標(biāo)記，其余工作如上所述。

4 結(jié)語

扭工字塊作為水運(yùn)工程中一種護(hù)面塊體，相對(duì)其他塊體而言具有很多優(yōu)點(diǎn)。本文敘述了優(yōu)化后的扭工字塊定點(diǎn)隨機(jī)安放及規(guī)則安放施工工藝，使安裝工效及安裝質(zhì)量得到了很大改善，有效避免了定點(diǎn)隨機(jī)安放中易出現(xiàn)的隆起及漏放現(xiàn)象，提升了規(guī)則安放時(shí)的可操作性及安放后的整體美感。

[1]中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.港珠澳大橋主體工程島隧工程施工圖設(shè)計(jì)：東人工島島體結(jié)構(gòu)[R].2012.CCCC Highway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnelprojectofHongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project:Theeastisland structure[R].2012.

[2]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].

[3]中交股份聯(lián)合體港珠澳大橋島隧工程第Ⅱ工區(qū)項(xiàng)目經(jīng)理部.東人工島護(hù)岸結(jié)構(gòu)扭工字塊安裝方案[R].2012.ProjectManagement Dept.ofWork AreaⅡfor Island and Tunnel ProjectofHongkong-Zhuhai-Macao Bridge Joint VentureofChina Communications Construction Co.,Ltd.Dolosses placing plan in the slop breakwater revetmentstructureofeast island[R].2012.