浅析混凝土预制异型块在围垦工程中的应用

张孚专

(洞头县水利水电工程质量监督站,浙江 洞头 325700)

近年来,洞头县在围垦工程中大量采用混凝土预制异型块,在提高海堤安全性、减小风浪爬高、减少越浪量、保证工程质量上取得了比较明显的效果。本文以杨文东堤工程为例进行介绍。

1 工程概况

杨文东堤工程位于浙江省洞头县洞头岛东北,涂面高程在-3.9～-4.1 m之间,区域最高高潮位4.47 m,多年平均高潮位2.23 m;最低低潮位-3.52 m,多年平均低潮位-1.88 m;工程50 a一遇设计高潮位为4.9 7m,设计低潮位为-3.62 m。东围堤主要受外海传入波浪影响,盛行混合浪,其累年平均波高为1.0 m,最大波高为10.0 m,台风影响时N～SSE向均有6 m以上的巨浪出现。可以看出杨文围涂东围堤波浪和塘前水深均较大,消浪要求高。

根据工程初步设计报告,杨文东堤为Ⅲ等堤防工程,主体建筑物为3级,按50 a一遇高潮位加50 a一遇风浪爬高(允许越浪)和安全加高或按控制允许越浪量进行设计。围堤堤身结构方面,基础采用爆破挤淤法进行转换,临海侧为外侧厚150单块重500 kg大块石镇压层、C25钢筋混凝土镇墩结合2.8 t混凝土扭工块规则排放组成消浪平台、底部300 mm厚块石理砌,外加 C20混凝土灌砌石重力墙挡墙。

2 混凝土预制异型块设计

杨文东堤外海结构设计重点是混凝土预制异型块应用。异型块的运用,进一步优化和加强了外海防护、有效降低了波浪作用,从而确保镇压层稳定和堤身安全。下面结合杨文东堤介绍混凝土预制异型块应用设计中应注意的几个问题。

2.1 形式比选

异型块包括扭工块、扭王块、四脚块等形式,选择合适的异型块形式可以降低施工难度和合理控制工程投资。选择时除结合工程现场和施工条件外,必要时可通过数模物模试验验算验证。如杨文东堤,设计单位依据相关试验资料确定了扭工块结构形式;在状元南片工程,工程设计单位根据试验掌握了全面细致的科学数据,该工程不同堤段选择不同结构形式扭工块和四脚块就是具体体现。

2.2 重量确定

异型块重量确定关系投资优化。因为异型块单位投资较大,在各自工程所占比重也较大,如杨文东堤扭工块设计量为2 364块,费用约占建筑工程投资的12%;而状元南片的异型块数量更大,其中扭工块设计量为20 370块,四脚块设计量为12 560块,费用约占建筑工程投资的10%,因此科学确定异型块重量至关重要。为更切合工程实际,除规范规定的常规数理计算外,必要时还要借助物模数模试验,风浪验算,为工程设计提供科学依据。状元南片就以数模验算为依据分别采用了1.0,2.2,1.8 t等,不同重量的扭工块和四脚块,比原拟定设计规模大为减小。

2.3 位置形式选择

合理的异型块安放位置和形式有利于其功能充分发挥。根据港工规范,异型块安放方式分不规则安放和规则安放2种,其中不规则安放按每立方米块数进行控制,规则安放则是将预制块安放在设计边坡上。不规则安放对于保护港工水工建筑物深水区边坡非常适应,施工方便,效果也较理想,因此港工中采用较多的是不规则安放,如洞头中心渔港防波堤、东沙避风港防波堤。而在围垦工程中,混凝土预制异型块主要做为消浪结构,结合潮位等条件和结构高程设计,其主要安放在潮间带消浪平台并采用规则安放。如杨文东堤和状元南片工程扭工块均是规则安放在临海侧潮间带消浪平台,通过块体间相互咬合确保整体稳定和消浪效果(见图1)。

图1 混凝土扭工块摆放立面与平面图

2.4 外端保护优化

最外端预制块保护是需要重视的节点,该点是预制块与其他结构的衔接处,如保护不到位将直接关系最外侧预制块单体安全并影响预制块整体稳定。在工程中,可设镇墩保护。在镇墩设置中,要合理确定镇墩底高程,保证在外部结构有位移或滑动的情况下保持镇墩的稳定安全,同时还要选择合适的镇墩与预制块连接方式。如在杨文东堤和状元南片,镇墩底高程低于外海大块石理砌高程,确保了大块石发生移动时的证镇墩安全;在镇墩与预制块连接方式上,上述两工程原设计采用的是固定端设计方案,在施工中发现存在问题,一方面由于最外侧预制块预埋在镇墩中形成固定支撑,在沉降变形和块体咬合共同作用下这个固定支撑极易发生断裂。另一方面由于镇墩设有钢筋,预制块预埋其中对立模和钢筋绑扎影响极大,浇筑质量难以保障,从试浇仓位情况看,施工效果很差且施工缓慢。在改成自由端方案后,大大加快了工程施工进展,施工质量也有了保障,后期运行效果也非常明显,已运行3 a的杨文东堤预制块未发生断裂和移动现象(见图2)。

图2 混凝土扭工块安放外端固定端与自由端形式图

3 混凝土预制异型块施工

混凝土预制异型块质量主要是外观、浇筑和安装方面。下面结合杨文东堤情况介绍异型块施工中应注意的几个问题。

3.1 外观方面

水工标准中对异型块尚没有明确标准,这里主要结合港工规范阐述。港工规范对混凝土工程的一般表面缺陷限值指标包括砂斑、砂线、麻面、蜂窝空洞等方面,对扭工块、四脚块等混凝土异型块评定还包括各部位尺寸、表面错牙、块体重量允许偏差等标准。在一般表面缺陷指标中,蜂窝、空洞在实际施工中出现的频率很低,实际施工中对构件外观质量较为常见,影响较大是砂斑、砂线、麻面(包括气泡)问题,如在杨文东堤先行浇筑的300块扭工块中,因这些问题外观评定不合格的有11个,需要修复缺陷的有31个,占浇筑量的15%,直接影响工程施工。而异型块特定指标标准主要体现在外观尺寸控制,达到评定要求的关键是模板。混凝土预制异型块一般应采用由专业厂家制作钢模板或拼装式混合模板,确保模板尺寸规格、钢板和焊接质量以及构件的耐用性,为工程大量正常顺利的浇筑施工提供保障。同时实际施工时还要定期对模板进行检测,及时发现并修复使用不当或其他原因造成的模板变形和破坏。

3.2 浇筑方面

构件质量关键环节是浇筑。杨文东堤300块先行浇筑异型块出现的外观问题主要就在浇筑环节上。在分析研究后,杨文东堤对施工方案中模板立模方式、分层浇筑厚度等进行了优化,取得了良好效果:一是调整模板立模方式。不少工程采用倾斜式立模方式,分立柱和上部横梁2个进料和振捣口,但这种立模方式难以保证横梁和立柱连接处及立柱等几个关键部位浇筑质量,外观质量也不理想,经过分析比较,杨文东围堤采用了竖向整体立模方式,从上部统一进料和振捣,确保构件整体强度 (见图3)。二是控制分层浇筑厚度,通过分析和实验,杨文东堤最终采取的浇筑工序是底部横梁加料20 cm浇筑并振捣,再加料至超出底部横梁约10 cm后,重新对底部横梁加强振捣 (因为底部横梁顶部是麻面气泡密集处);接着立柱按30 cm厚逐层加料振捣直至浇到超出上部横梁约20 cm,间歇约40 min后对立柱和上部横梁连接处进行振捣以减少该处收缩缝,再盖入顶模并分2层加料振捣至整个构件浇筑完毕,约过40 min后拆除顶模,对上部横梁顶部出露面进行二次抹光。根据这个工序施工后,杨文东堤预制块原先频繁出现的砂斑、砂线基本没有,麻面 (气泡)规模得到合理控制,浇筑质量明显提升。

图3 混凝土扭工块模板立模方式图

3.3 安放方面

在异型块安放中,遵循的共同原则是自下而上安放。其中规则安放中,扭工块安放应将一横梁直接置于底部平台并在坡面下方,立柱压在相邻块横梁上,做到相互咬合,提高整体性;四脚块安放应将四脚直接置于坡面使得块体稳固,不允许用片石等支垫,块体与坡肩连接处三角缝应用混凝土等填塞。不规则安放中,主要是防止漏放和过大隆起,其中扭工块可按设计块数的95%计算网点位置进行安放,完成后再检查补漏;扭王块应使块体的一半杆件与底部平台接触,同时相邻块体摆向不相同。此外,还有一个问题值得关注,应根据实际情况采取钢筋等加强措施,港工规范中规定块体重量大于20 t的扭工块应考虑配置钢筋或其他加强措施,但在杨文东堤吊装中多次出现横梁与立柱连接处断裂现象,在及时增设插筋后构件损坏率明显降低。

3.4 评定方面

结合水利标准和港工规范要求合理确定混凝土预制块评定标准,有助于更好的确保工程质量。水工评定标准中,要求麻面累计面积不超过0.5%;而港工评定标准中,要求位于水位变动区的构件砂斑面积小于所在面积5%、砂线长度每10 m2累积长度不大于300 cm,麻面小于所在面积0.5%(小型构件一侧表面面积小于10 m2,检查时按构件全侧表面面积计算)。可以看出,水工标准对砂线、砂斑等缺陷没有专门的检测指标和要求,对麻面累计面积百分比计算基数上没有针对性规定,而港工标准对此则有相对明确的要求。为合理控制块体质量,杨文东堤预制块以水工标准为基础进行评定,即以港工表面面积计算规则为依据计算麻面、砂线、砂斑缺陷率,缺陷率以水工指标为主。上述评定标准对构件质量有了总体控制,但实际评定中,由于工程异型块属表面面积小于10 m2的小型构件,缺陷计算时按构件全侧表面进行计算,此项缺陷率均能满足标准要求,但在针对横梁上部麻面 (气泡)集中这个局部问题却缺乏针对性要求。为此在杨文东堤预制块评定中增加了局部面积缺陷率评定,要求麻面(气泡)不超过局部面积的0.55%,从而形成了点面各自指标控制的综合评定标准,有效保障了杨文东堤预制块局部效果和整体质量。

4 结 语

杨文东堤工程建成已3 a,混凝土预制异型块经历多次台汛考验,块体未发生断裂或折断现象,个体也未出现明显位移,整体效果非常明显。这说明杨文东堤异型块护面方案是因地制宜、成效显著的,达到了合理、实用的目的。异型块消浪效果好、适应变形能力强、施工工艺简单、质量易控制、施工受潮汐影响小等优点优势在该工程得到了充分体现。因此已在港工中大量应用的混凝土预制异型块在围垦工程中也可有较好的应用前景。要成功应用混凝土预制块,应在前期实施设计论证和实际施工优化,做深做细相关工作,把握好块体结构、块体浇筑、安放形式、镇墩连接等关键环节。