填海造陸工程中大型護(hù)岸結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

□文/周俊龍 徐新成 石怡安

隨著我國(guó)對(duì)海上權(quán)益的重視和沿海發(fā)達(dá)城市擴(kuò)充城市空間的需求，填海造陸逐漸成為海上（近海）工程施工的一大重點(diǎn)[1～2]；另外，近年來跨海大橋開始興建，在建設(shè)過程中同樣需要進(jìn)行大量的填海造陸施工，如港珠澳大橋和深中通道在建設(shè)過程中即采用填海造陸的方法建造人工島作為后續(xù)工程的依托[3～5]。因此，對(duì)填海造陸施工技術(shù)的研究對(duì)未來一個(gè)階段我國(guó)近海大型工程的施工有積極的意義。

1 工程概況

某人工島工程離岸3.6 km，擬建工程區(qū)天然水深為-8～-14 m，西北側(cè)有海拔288 m左右的塔嶺向海延伸。護(hù)岸包括外護(hù)岸2 571.3 m 和內(nèi)護(hù)岸端部與外護(hù)岸銜接處200 m，斜坡式結(jié)構(gòu)。護(hù)岸堤身拋填采用10～500 kg開山石，坡比為1∶1.5。堤心后方內(nèi)坡倒濾結(jié)構(gòu)鋪設(shè)厚度≥500 mm的二片石、厚度≥800 mm的混合倒濾層和兩層反濾土工布，土工布密規(guī)格≮400 g/m2。外坡采用19、25、32 t 扭王字塊作為護(hù)面塊體，其下根據(jù)位置不同分為1 000～2 000、1 250～2 500、1 600～3200 kg3種不同規(guī)格的墊層塊石。坡腳水平段扭王字塊體前方拋填塊石棱體，塊石棱體根據(jù)位置不同分為1 000～2 000、2 500～3 500 kg 兩種；棱體下方依次鋪設(shè)厚1 250 mm 的500～800 kg 塊石，厚度500 mm 的碎石墊層及三向土工格柵墊。見圖1。

圖1 典型斷面

2 施工方法

2.1 施工思路

1）根據(jù)工程特點(diǎn)，將平面分成3個(gè)施工段。第一段為北側(cè)內(nèi)護(hù)岸端部銜接處與外護(hù)岸K0+000～K0+909，第二段為外護(hù)岸K0+909～K1+851，第三段外護(hù)岸K1+851～K2+571與南側(cè)內(nèi)護(hù)岸口門處銜接段，3個(gè)施工段同時(shí)施工。

2）為減小臺(tái)風(fēng)對(duì)施工的影響，護(hù)岸堤身分兩個(gè)階段施工。第一階段(跨越臺(tái)風(fēng)期)施工-6 m 高程以下的堤心，第二階段(非臺(tái)風(fēng)期)施工-6 m 高程以上的全部護(hù)岸構(gòu)筑物。在第一階段施工的同時(shí)，應(yīng)充分為第二階段的施工備料，必須在非臺(tái)風(fēng)期把第二階段施工完成。

3）外護(hù)岸施工時(shí)，倒濾結(jié)構(gòu)采用流水作業(yè)，立即回填一定范圍砂料，以保護(hù)反濾層土工布同時(shí)可作為施工機(jī)械通道。

2.2 施工流程

具體施工流程見圖2。

圖2 護(hù)岸（拋）填施工工藝流程

2.3 堤心石拋填施工

堤心石浸透后的單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度不低于30 MPa 并應(yīng)有良好級(jí)配，其中質(zhì)量＜10 kg 的石料不能超過總量的10%。施工時(shí)盡量將質(zhì)量＞100 kg塊石推填在表面。塊石的重度≮26.5 kN/m3，不成片狀、無(wú)嚴(yán)重風(fēng)化和裂紋。拋石料由石場(chǎng)用自卸車運(yùn)至出運(yùn)碼頭，然后裝船運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拋填。

拋填施工按照：石料裝船出運(yùn)→拋石船定位→機(jī)械拋石→點(diǎn)水測(cè)量→挖掘機(jī)海堤頂面平整至設(shè)計(jì)標(biāo)高→斷面驗(yàn)收的流程進(jìn)行。

2.3.1 工程測(cè)量

1）平面采用全站儀傳統(tǒng)極坐標(biāo)方法進(jìn)行測(cè)量放樣，沿護(hù)岸軸線方向在回填前放出堤心和護(hù)腳塊石頂面兩側(cè)導(dǎo)標(biāo)，堤心石頂部標(biāo)高用水準(zhǔn)儀放樣測(cè)量。

2）船上配備GPS 儀器和電子羅經(jīng)，利用GPS 實(shí)時(shí)采集船舶的平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)，電子羅經(jīng)實(shí)時(shí)采集船舶的方位角數(shù)據(jù)。將GPS 坐標(biāo)數(shù)據(jù)與電子羅經(jīng)數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸入電腦，通過HYPACK 定位軟件處理，實(shí)時(shí)顯示船的平面位置。施工過程中，隨時(shí)掌握施工船的位置，控制施工范圍和移船距離。

3）施工前，通過水準(zhǔn)儀在岸邊穩(wěn)定處設(shè)立施工水尺，水尺使用標(biāo)準(zhǔn)的水位刻度尺制作，每10 cm一個(gè)刻度，每月對(duì)水尺進(jìn)行一次校核。施工中通過水尺讀取水位數(shù)據(jù)。

4）拋填前進(jìn)行測(cè)量掃海，以提供可靠的數(shù)據(jù)和圖形，計(jì)算該區(qū)域的拋填量；驗(yàn)收時(shí)采用掃海儀器進(jìn)行測(cè)量并采用測(cè)深水砣復(fù)核，綜合計(jì)算水下泥面、拋石的高程。

2.3.2 試拋

正式拋石前選取30 m左右的一段進(jìn)行試拋，完成后進(jìn)行測(cè)量，繪制基床斷面情況，掌握水深、水流、風(fēng)浪對(duì)拋石施工的影響，找到塊石落點(diǎn)與拋石定點(diǎn)的位置關(guān)系。測(cè)量所拋石料在海底成堆情況，根據(jù)石堆的高度，確定拋石的分層厚度；根據(jù)石堆的寬度確定運(yùn)輸船橫移的寬度；根據(jù)石堆的長(zhǎng)度，確定運(yùn)輸船縱移的長(zhǎng)度，從而對(duì)拋石船進(jìn)行準(zhǔn)確定位，確保拋石的準(zhǔn)確性，指導(dǎo)后期正式拋石施工。

2.3.3 石料出運(yùn)及裝船

石料在石場(chǎng)通過自卸汽車運(yùn)到出運(yùn)碼頭裝駁船，自卸汽車將石料卸到船甲板，由裝載機(jī)在甲板整理石料。在裝石過程中，根據(jù)擬拋填區(qū)域的測(cè)量斷面圖控制裝石總方量、規(guī)格。見圖3。

圖3 水上拋填施工工藝流程

2.3.4 駁船定位及拋石

堤心石拋填全部采用水上拋填方式。在第二階段堤身推進(jìn)過程中注意根據(jù)設(shè)計(jì)位置預(yù)埋越浪、雨水排水箱涵。

水上拋填使用3 000～7 000 t 甲板駁船配合挖掘機(jī)、鏟車。甲板駁船停靠在出運(yùn)碼頭裝石后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)指揮甲板駁船精確定位。堤心石主體拋填過程中，選擇平行于護(hù)岸軸線方向定位方式進(jìn)行拋填；采用從斷面中間開始向兩側(cè)對(duì)稱，由底部向上逐層加高的方式進(jìn)行拋填，分層高度約2～3 m一層，分層加載可保證護(hù)岸堤身均勻沉降穩(wěn)定。待塊石露出水面一定高度后，在護(hù)岸邊沿線豎立彩旗形成對(duì)標(biāo)。甲板駁船平行于護(hù)岸軸線靠在護(hù)岸兩側(cè)，通過挖掘機(jī)進(jìn)行拋填；或垂直于護(hù)岸通過駁船翹板與護(hù)岸連接，用鏟車將石料推至護(hù)岸上，利用鏟車在堤面上進(jìn)行推填。當(dāng)護(hù)岸頂面至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，采用挖掘機(jī)、鏟車進(jìn)行整平。

堤心石主體斷面成型控制分為厚度控制和邊坡控制。在拋填過程中隨時(shí)進(jìn)行厚度檢查和掃海測(cè)量，使其拋填輪廓線達(dá)到設(shè)計(jì)斷面線要求；用水砣進(jìn)行水深測(cè)量控制，隨時(shí)掌握拋石面變化情況并要密切注意水流方向及速度，順流拋石，預(yù)留提前量并注意潮汐變化，及時(shí)調(diào)整船位。見圖4。

圖4 堤心石拋填

拋石過程中，相鄰兩段同層面搭接的斷面或隔日再拋石的斷面位置應(yīng)有記錄，在該斷面位置附近連續(xù)拋石時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)測(cè)量，避免重疊拋高，對(duì)拋填區(qū)域進(jìn)行普檢測(cè)量，把握拋填施工動(dòng)態(tài)。拋石后堤身頂寬應(yīng)不小于設(shè)計(jì)要求寬度，為保證各層拋石的均勻性，拋填過程中應(yīng)勤測(cè)水深。

2.3.5 拋石后掃海測(cè)量

使用RTK-GPS 與數(shù)字化自動(dòng)測(cè)深系統(tǒng)組合的水下高程測(cè)量船，進(jìn)行拋前測(cè)量和拋后效果測(cè)量，繪制2.0 m×2.0 m測(cè)點(diǎn)地形圖及相關(guān)斷面資料和三維顯示成果，實(shí)時(shí)提供施工使用。見圖5。

圖5 RTK-GPS自動(dòng)測(cè)深系統(tǒng)組形成拋石斷面

2.3.6 施工要點(diǎn)

1）應(yīng)分層拋填，每層控制厚度在2～3 m。控制邊坡拋填質(zhì)量，堤身斷面外坡坡比為1∶1.5，內(nèi)坡坡比1∶1。

2）斷面不同時(shí)有10 m過渡，保證拋石量達(dá)到設(shè)計(jì)斷面方量。

3）拋石過程中應(yīng)經(jīng)常用水砣測(cè)量拋填高度，避免拋高。

2.4 塊石棱體施工

2.4.1 施工思路與流程

碎石墊層拋填后進(jìn)行護(hù)底塊石拋填，每段堤心拋填完成后，及時(shí)理坡并覆蓋墊層塊石。堤心石拋石的暴露長(zhǎng)度宜控制在30～50 m，臺(tái)風(fēng)季節(jié)控制在30 m以內(nèi)。

施工應(yīng)按照：石料裝船出運(yùn)→定位船定位→運(yùn)輸船拋填→長(zhǎng)臂挖掘機(jī)平整、理坡→挖掘機(jī)堤頂補(bǔ)拋→斷面驗(yàn)收的順序進(jìn)行。

2.4.2 拋石施工方法

護(hù)底塊石、墊層石、護(hù)腳塊石棱體全部采用水上拋填方式。石料由石場(chǎng)用自卸車運(yùn)至出運(yùn)碼頭，然后裝船運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，采用3 000～7 000 t方駁船配挖掘機(jī)、鏟車拋填。方駁船根據(jù)GPS 定位系統(tǒng)行駛至平行于護(hù)岸軸線方向，首先駐位于坡腳線外并預(yù)留拋石位置，挖掘機(jī)將石料拋填于坡腳線位置，達(dá)到設(shè)計(jì)斷面后，沿由坡腳向坡肩垂直于防波堤軸線方向移船，繼續(xù)進(jìn)行拋填。在完成一個(gè)船位拋填后，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)幫助方駁船平行于護(hù)岸軸線方向移至下一船位繼續(xù)作業(yè)。

拋填施工中用水砣進(jìn)行水深測(cè)量控制，隨時(shí)掌握拋石面變化情況，密切注意水流方向及速度，順流拋石，預(yù)留提前量并注意潮汐變化，及時(shí)調(diào)整船位。

拋石過程中，相鄰兩段同層面搭接的斷面或隔日再拋石的斷面位置應(yīng)有記錄，在該斷面位置附近連續(xù)拋石時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)測(cè)量，避免重疊拋高，應(yīng)對(duì)拋填區(qū)域進(jìn)行普檢測(cè)量，把握拋填施工動(dòng)態(tài)。

墊層厚度不小于設(shè)計(jì)要求厚度，為保證各層拋石的均勻性，拋填過程中應(yīng)經(jīng)常測(cè)水深。

2.4.3 墊層理坡施工

墊層塊石拋填完畢后，采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)對(duì)堤體的邊坡進(jìn)行修理。對(duì)長(zhǎng)臂挖掘機(jī)無(wú)法達(dá)到的水下部分，擬采用甲板駁船加挖掘機(jī)配合理坡，盡量趁低潮時(shí)進(jìn)行水上理坡。理坡與墊層石拋填并行施工，當(dāng)墊層石回填出一定的工作面后，理坡要及時(shí)跟進(jìn)。施工前先進(jìn)行測(cè)量放樣，在墊層塊石的坡肩放設(shè)坡肩桿以控制頂面寬度，同時(shí)作為挖掘機(jī)理坡的指導(dǎo)線，在測(cè)量人員的配合下在坡面上按1∶1.5 坡度設(shè)立坡比架，每15 m 安放，兩架之間放設(shè)掛杠。理坡前在堤頂部預(yù)備一定量的石料；理坡時(shí)，對(duì)坡度不夠的部分使用挖掘機(jī)補(bǔ)填，對(duì)坡面上多余的石料部分使用挖掘機(jī)挖除。通過掛杠的上下移動(dòng)確定坡面的平整情況，挖掘機(jī)在指揮人員的指揮下進(jìn)行理坡，當(dāng)完成一個(gè)工作段后，將坡比架移到下一個(gè)斷面，繼續(xù)作業(yè)。

嚴(yán)格按坡比架控制墊層石的坡度，此項(xiàng)施工是工程施工中的難點(diǎn)，也是施工的關(guān)鍵。石頭塊體和重量大，人工不能搬動(dòng)，需機(jī)械配合。施工水位以下由潛水人員配合長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行拋理和擺放。

3 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)大型護(hù)岸結(jié)構(gòu)工程的施工方法進(jìn)行研究，對(duì)堤心石、墊層石、護(hù)底塊石、護(hù)腳塊石棱體等結(jié)構(gòu)的施工方法進(jìn)行總結(jié)，對(duì)包括材料運(yùn)輸、測(cè)量放樣、石料拋填、掃海檢測(cè)、理坡等多個(gè)工藝進(jìn)行詳細(xì)闡述，同時(shí)對(duì)施工過程中的控制要點(diǎn)進(jìn)行歸納，可對(duì)后續(xù)類似施工提供借鑒和參考。