外海無掩護水域開體駁定點分層拋石工藝研究

趙攀 中交一航局第五工程有限公司

鄧海軍 中交四航局第三工程有限公司

1.工程概述

阿比讓港位于布里耶瀉湖沿岸，通過寬250m、水深13.5～15m的弗里迪運河與幾內亞灣連通，可通航萬噸級海輪。擬改造的防波堤即位于弗里迪運河的口門處，包括老防波堤的拆除和新防波堤的修建。河口寬度從200m擴大到250m，西防波堤堤頭需要退后約77m，向海測延長約25m。新建西防波堤的總長度約600m。

依托工程主要在運河口門處，外接大西洋，雖處在赤道無風帶，但受梯度力影響，口門處涌浪較大且波較長，極端天氣情況下波高超過2.0m。運河的水流特別是位于湖口的水流流速很大。弗里迪運河通過水流最大速度：漲潮干燥季節為2.3m/s，洪水季節為2.1m/s；退潮干燥季節為2.7m/s，洪水季節為3.0m/s。

防波堤工程主體結構主要為三層規格石，包含部分堤心石，靠近口門區域由于海況較差，船舶長時間停靠和定位作業存在很大困難和風險，普通的駁船挖掘機拋填塊石工藝無法滿足施工質量要求，主要采用開體駁拋石的施工工藝。

2.工程特點及難點分析

2.1 特點和難點

由于阿比讓港為西非第一大港，施工期間港口正常營運，運河船舶進出較多，施工船舶需在航道鄰近水域作業，運營船舶對施工干擾大，協調難度大。口門處水域開闊/無掩護，涌浪較大導致有效工作時間減少，安全風險大。新堤堤頭施工難度大，口門外側新防波堤塊石拋填處于外海無掩護區域，施工期間堤身結構易被外海波浪破壞。此外，水上交叉作業多，拋石船組與開挖船組安全距離有限，船舶靠離存在安全風險。

2.2 應對方案

用浮鼓作為警戒標識將航道與施工水域嚴格區分；船舶通航協調小組加強現場調度與港務局的聯系，并根據港務局進出港船舶安排，合理調配施工船。通過采取開體駁拋石施工工藝減少船舶在口門處的停留時間，降低安全風險；固定專人收聽和發布天氣預報，合理安排作業時間；根據極端天氣情況及時做好防范措施，確保施工船舶的安全。

選擇在11月～3月涌浪較小的時間施工該區域。新建防波堤分段進行，水上拋石按50m分段、陸上拋石按30m分段，前段塊石拋填及塊體安裝完成后進行下一段施工。在現場備足石料，根據實際情況及時進行臨時坡面防護，以保證堤身結構安全。合理布置船舶帶纜點并設置明顯標識；合理安排工序，提前做好項目實施策劃，合理安排各船舶作業，保證交叉作業時的最小安全距離。

3.開體駁定點分層拋石工藝

防波堤主體主要為各規格塊石，分三層進行拋填，堤頭區域由于海況較差，為增加堤身穩定性，在原來三層塊石的基礎上增加大量堤心石。防波堤堤頭區域均采用開體駁拋填的施工工藝。

為滿足防波堤拋石施工，在阿比讓Sikensi地區開發了一處采石場，采用鉆孔爆破、挖掘機挑料篩分方法開采規格石和堤心石，石場距離防波堤現場96km，首先采用自卸車運輸至距離現場10km的石料出運碼頭，后裝船運輸至防波堤現場暫時存放。為滿足水上塊石拋填的質量要求，每層塊石拋填需要進行開體駁粗拋及自航駁精確補拋兩道工序。

3.1 開體駁粗拋

3.1.1 石料裝船

石料裝船采用自航駁倒料的方式。首先自航駁停靠西防波堤上料碼頭，挖掘機在料場挑料裝車，自卸車運輸至船上。然后開體駁停靠自航駁一側，通過纜繩使兩條船緊靠在一起，自航駁上挖掘機將石料倒至開體駁內，裝船時保證船體平衡穩定性，石料裝填量較大時必須兩側裝料。

由于每船石料裝填方量和裝填方式不一致，在開體駁倒料之前對司操手進行簡單交底，說明石料規格、裝填方量、每船石料裝填位置和長度，例如有時因受塊石拋填區域海況和水流影響，開體駁停靠定位駁時存在船頭朝向的差別，需將石料裝在開體駁的船頭或船尾一側。

3.1.2 開體駁進場拋石

開體駁拋石需由定位方駁輔助定位，拋石之前拋石工和測量人員提前到達定位方駁上，使用GPS將定位方駁移至預定拋石區域附近等待。開體駁裝料完成后根據潮水情況駛入預定拋石區域，停靠定位方駁，此時測量人員轉至開體駁一側，按照提前準備好的拋石順序表中的拋石位置指揮船組人員通過收放纜繩將開體駁移至預定拋石位置，開駁拋填。

開體駁石料倉長30m、寬8m，開口寬度2.5m。施工過程中2個開體駁輪流裝料進場拋石，裝料地點距離施工現場約1km，考慮平均每駁裝料250m3（施工中實際裝料方量根據拋填面積和厚度確定），從裝船開始至拋石結束返回裝料地點共用時約4h，每個臺班按照12h考慮，由于當地潮汐為半日潮，每個臺班正常有效工作時長為6h（現場涌浪較小、滿足施工條件的情況下），考慮在有效施工時段之前可以提前備料，實際施工平均效率為每個臺班4駁，約1000m3。

開體駁應平行于堤身軸線定位，船舶定位過程中拋石工和測量人員應與船組人員保持順暢溝通，配合默契。船組根據水流情況及風向確定拋石船船頭船尾朝向，一般為逆流方向停靠，即船頭朝向與水流流向相反，減少定位誤差。

定位方駁移船過程中，若遇到水流流速較大或涌浪較大的情況導致移動困難，開體駁可活車助力。靠近預定拋石位置時應放緩絞船速度，測量人員進入測量狀態，到達拋石位置后定位方駁迅速將錨纜固定，此時開體駁應控制在30～90s內拋下塊石，使拋下的石碓厚度比較均勻。實際拋填前通過試拋測出拋填后實際斷面情況，以調整拋填位置和拋填量，繪制拋填船位圖。

3.1.3 拋石完畢返航

開體駁拋填完成后解纜返回上料碼頭繼續裝填石料，依據拋石順序表準備進行下一個船位塊石拋填。

根據拋填區域及拋填厚度的大小，每拋填一定駁數需進行一次水深測量，根據測量數據計算拋填前后兩次標高差值，并與設計斷面進行比較分析，以便決定下次拋填位置和拋填量，這樣反復拋填至設計線附近為止。實際拋填時一般將最終拋填標高與設計標高的差值控制在負偏差，以便后續自航駁精確補拋，提高塊石拋填質量。

3.2 自航駁精拋

采用開體駁進行塊石定點拋填一般很難一次性達到設計斷面要求，加上口門處海況較差，只能盡量控制大部分拋填標高接近設計值，還需要進行小量的精確補拋。塊石精確補拋還需要自航駁配反鏟挖掘機進行拋填施工。

施工前，技術員根據開體駁拋填的最終斷面圖結合設計斷面圖計算剩余補拋的塊石量，合理安排石料裝船，避免因石料裝載過少或過多造成成本浪費。

水上塊石精確拋填采用駁船挖掘機工藝。測量人員利用GPS指揮拋石船平行于防波堤軸線方向進行駐位，拋石船首先駐位于坡腳線內側并預留拋石位置，挖掘機將拋石船上石料拋填于坡腳線位置，達到設計斷面后沿垂直于防波堤軸線方向向陸域側移船繼續拋填。塊石拋填時拋石工按水位打水砣測水深，控制拋石高度。在完成一個船位拋填后平行于堤軸線方向移至下一船位繼續進行拋填作業。拋填完成后采用水砣或測深儀測量已完成區域的水深，檢測拋填效果，將水深文件與設計斷面進行比較后計算出該區域的偏差，對偏差較大區域由拋石船組進行二次補拋。循環以上施工步驟若干次，直到該區段成型斷面滿足設計規范要求。

4.結語

塊石拋填是防波堤的重點施工內容，水上塊石拋填更是此項目的難點所在，保障其施工質量非常關鍵。科特迪瓦阿比讓港口擴建項目防波堤工程處于運河口門處，外接大西洋，屬于無掩護水域施工，施工條件非常復雜，因此對塊石拋填施工質量控制有更高的要求。項目采用開體駁定點分層拋石工藝，堤心石及其他各層規格塊石一次成型率達到100%，驗收一次通過率100%，并且經幾次大浪襲擊后仍然穩固，證明質量可靠。可為其它所有防波堤水上塊石拋填施工提供理論和實踐依據。