外海防波堤大规模扭王字块安装施工工艺

陈嘉轩 杨海波 贾一博 佘博 桑明崎 中交水利水电建设有限公司

1.工程概况

码头长度为360 m，宽度为30m。码头护面主要是18工扭王字块，外侧为挡浪墙，主要由混凝土浇筑而成。外侧设置现浇混凝土挡浪墙，码头通过长770.0m的引堤与电厂新回填陆域连接，引堤与码头防波堤全长1130m，堤顶高程在9.5m，扭王字块的总数达到23000个。

本文以上述工程为背景，围绕扭王字块安装施工工艺展开详细的探讨，阐述具体技术要点，为其他项目提供参考。

2.施工方案的确定

本工程中使用的扭王字块达18t，选择利用覆带吊定点安装的方式，并利用了206t的覆带吊。此次施工可以满足以下两点事项：（1）对路况没有特别要求，路面不必细平，施工过程要确保安全；（2）安装可以利用分段的形式，假如遇到潮水，支吊臂无需收起，施工效率较高，施工成本较低，而且施工进度也有所保证。

3.安装技术

3.1 施工顺序

防波堤护面主要由四部分构成：护底块石、块石垫层、护面扭王字块、挡浪墙。安装必须保证紧密坚实，才能成为有机的整体，从而全面抵御风浪威胁。扭王字块安装时需要保持与护坡的各分项工程相互契合，换言之，不同分段护坡必须要按照不同分段进行安装，纵向角度，安装按照“从岸边向外海”的顺序进行；横向角度，安装按照“从外部向内里”的顺序进行，安装必须循序渐进、按步骤推进。

3.2 施工流程

施工流程主要如下：堤心石抛填→水下坡面块石垫层理坡→护底块石抛填→水下坡面安装扭王字块→水上坡面块石垫层理坡→水上坡面安装扭王字块→浇筑挡浪墙混凝土→挡浪墙后顶面块石垫层理坡→挡浪墙后顶面扭王字块安装。施工过程中必须加强每个流程的质量控制，以保证工程的整体质量。

3.3 安装方式

安装主要有水下安装和水上安装两种方式，安装界限为0.51m，护面低于0.51m采取水下安装的形式；护面高于0.51m采取水上安装的形式。水下安装是一种不规则的安装方式，其安装方式为定点随机。水上安装相对来说比较规则，其安装较为正式。

在安装扭王字块时，要着重注意以下两个方面：（1）彼此相近的块体，其摆放姿势各有差异，即肢杆端朝海与两肢杆端朝海相间摆放；（2）严禁依照钩连块体的形式进行布置，要充分保证块体之间密切联系，并构成统一的整体。

3.4 水下定点随机安装

水下安装的难度比较大，首先水下安装不能进行有效目测，则无法进行人工定位，加之海况变幻莫测，无法实现人工脱钩，还存在安装不精准、安装重复、安装方式不到位等诸多问题。这些问题会导致断肢多、互相咬合不理想等后患，并为抗风浪能力造成了负面影响，所以必须采取相应措施，以真正达到安装标准。

扭王字块定点安放时需要注重如下几点事项：

（1）块体安放网格的合理化设计。着重考虑防波堤外形尺寸和块体安放密度两个方面，经过计算后确定合适的安装位置，以便后续在指定位置高效安装。计算时，可采用“间距×排距=设计面积/设计密度”的方法。

（2）安装分区。分三个部分考虑：起始区，每排较之于前一排均少一个块体，按照此方式布置，即该区域呈三角形；正常区，呈菱形；特殊区，较为常见的是不规则菱形。

（3）安装。为了保证扭王字块安装的准确性，推荐采用极坐标法，期间严格控制三项参数，即块体的垂直转角和水平转角、吊机中心坐标。吊机是扭王字块安装过程中的关键设备，确定吊机中心坐标的本质是合理规划吊机的布设位置，在此方面主要考虑的是防波堤的坡面尺寸和最大吊幅两项参数。此外，吊机的选型也至关重要，主要考虑的是块体的重量及最远安装距离。

首先，确定合适的方向线，在此方面需要确定极坐标的正向，较为合适的是安装的前进方向；综合考虑菱形边长、护面块体的布设规格（包含排距和间距两个方面），确定各段的排数和各排的块数。在前述基础上进一步考虑水平转角和竖向仰角，基于两项参数对各块体进行准确的定位。

（4）安装流程。①测量放样，得到准确的吊机中心点和方向线，为正式安装提供参照基准；②在吊机转盘的基座处稳定设置刻度盘，以便操作人员及时掌握吊机的水平转角；③正式起吊扭王字块，以预先确定的参数合理转动吊臂，控制此装置的姿态，确保其转角和仰角均具有合理性，在此前提下将扭王字块缓慢下放到位。

（5）参数的控制。根据前述分析可知，扭王字块的安装涉及到一系列的参数，为了保证数据计算结果的准确性，可以编制特定的程序，以便高效计算吊机中心的转角、仰角等相关参数。安装人员以程序确定的参数为准，有序操作。每放一个块体时，分别在其序号前设置醒目的标记，并记录编号，以便在后续的施工中可以根据需求及时追溯各块体的实际情况。在扭王字块定点安放施工环节中，需要合理应用计算机软件，以此为工具快速且准确地计算数据，通过三角函数式的应用，根据各块体的定位参数计算相应的结果。

3.4.1 捆绑与脱钩方式

改变扭王字块姿势的主要方式在于：通过钢丝绳兜底中间垂直肢杆的多种绑扣方式交替使用来改变扭王字块姿势，保证肢杆端部向外，这样能够真正提高扭王字块的抗倾力矩。水下安装吊具的制作材料为钢板，厚度在20mm左右。

3.4.2 安装平面位置确定

扭王字块安装之前，首先布置平面布点以及计算控制坐标，确定排距与间距后，根据边坡坡度精准计算扭王字块的坐标值，安装位置也要进行把控。将安装节段设置为40m。任何一个节段内部，在安装扭王字块坐标时都会依照上述两个数值（中心点、方向线）进行计算。扭王字块的位置参数等数据均存储于吊机的显示系统内部。

3.4.3 具体安装

在正式安装之前，及时整理工作通道，保证吊机工作通道的高程在9.0m左右。准备就绪后，对吊机的中心点与方向线进行放样，吊机达到预定位置后，吊机的旋转中心应与堤顶中心点重合。该项工作结束后，启用运输车将扭王字块运输至施工场地，安装工作正式开始。

安装程序包括以下三步：（1）在岸上时，利用工作绳合理调整扭王字块的姿态，以确保其以最佳姿态入水；（2）必须认真细致地完成标记工作，以此保证安装作业符合设计标准；（3）安装每一节段时，核心在于精准定位每排中的第一个扭王字块，该扭王字块定位后将其作为参照开展作业。彼此相近的扭王字块在安装时不可避免会出现碰撞的情况，可将这种情况标示出来，以严格把控安装密度与范围。

3.5 水上安装

前文已经指出，水上安装是一种比较规范化的安装形式，即依据具体的形态、顺序等放置扭王字块，通过定位控制等途径充分保证扭王字块的整齐度与规则性。水上安装时，需要重点解决的核心问题在于“水上安装时应认真处理好水下和水上交接处相邻扭王字块体”。为了保证扭王字块相互咬合，可以合理调整块石垫层坡面等。

（1）在正式安装前，必须全面检查所有工序，确保工序达到设计要求和标准。

（2）在具体安装时，每块扭王字块应紧密连接以及“上撑下顶”。

（3）加强检测工作，以100m为界限，严格依据标准进行安装，允许出现偏差，但偏差需控制在5%之内。

（4）增加观测次数，合理制定观测的时间点，例如一周或者半月等。每隔一段时间或者在经历大风雨后应开展彻底的检查工作，如果发现部位有松动的迹象，必须及时调整。

4.安装质量控制

4.1 堤心石抛填控制

堤心石的设计规格范围在10～300kg，在抛填施工要格外注意对石料质量的把控，确保级配上乘，以最大限度降低沉降情况的发生。

4.2 块石垫层理坡

块石垫层理坡的界限为4.0m，主要分为水下理坡与陆上理坡两部分。在水下理坡中，因为挖掘机无法作业到位，所以利用船抛到设计要求的坡度，利用测深仪量度高潮位置，验收达到标准后进行抛填护底块石以及扭王字块安装。陆上理坡主要通过挖机进行，在潮水期间设置用于理坡的工作平台。水下理坡结束后再进行水上理坡。保证块石垫层稳固坚实，从而确保堤心石不会受到风浪的影响，并且提高扭王字块的稳固性。块石垫层稳固的基础在于堤身稳固、抛填到位等各种因素，因此必须确保这些环节的工作质量。

4.3 护底块石抛填控制

扭王字块稳固的重要基石在于护底块石，其不仅能够保证坡脚免受淘涮的侵蚀，而且能够保证扭王字块的稳固性。抛填过程要特别注重以下事项：（1）水上施工具有较强的季节性，作业时间较短，需要在堤身陆抛成型之后第一时间开展施工，这样才能确保有充足的时间控制施工沉降，从而为扭王字块的安装创造有利的条件；（2）在抛填之前，有必要测量原有的泥面，控制标准为抛填的具体厚度；（3）利用测探仪进行详细测量。

4.4 其他方面的质量控制

除了做好上述控制措施，还需要注意以下几个方面：

（1）护面块体强度完全达到设计值后方可推进至安装环节。加强对各护面块体的检查，要求尺寸、外形等各方面均满足要求。此外，按照规范妥善装载块体，不可在装载过程中发生磕碰或者由于装载不到位而在运输期间发生磕碰情况。

（2）正式安装护面块体前，先对其做全面的检查，具体考虑的内容包含块石重量、坡度、平整度、垫层厚度等，只有在确保各项参数均满足要求的前提下方可开始安装。

（3）按照自下而上的顺序依次将护面块体安装到位，期间需要重点关注底部的块体，该结构必须与水下棱体保持紧密的、稳定的接触关系。

（4）在安放扭王字块时，施工人员严格依据规范操作，不可出现漏放、局部隆起等异常现象。为此，在安放时需要安排专员加强现场检查工作，以此及时发现问题并进行处理。

（5）扭王字块的安装方法必须具有合理性，可以采取定点随机安放的方法，但要严格控制安放的数量，避免局部遗漏。

（6）在定点随机安放时，需要注重如下几点：①对于第N+1排块体，宜将其置于第N排的块体间，在该工作思路下达到相邻排块体交错安装的效果；②对于同排相邻块体，其位置必须得到有效的控制，即不可存在前后接触的情况，否则不利于后排的正常安装作业。若由于某些特殊原因而发生重叠，需要根据实际情况对块体的姿态做灵活的调整；③密切关注施工现场的气候，在强风、台风等恶劣天气来临前，应该加强对防护堤的防护，例如及时为堤身安装护面块体，且尤为关键的是堤头部位的防护，以免其受损；④一个断面施工后，不宜盲目施工下一步，需要安排潜水员探摸，判断是否有漏抛的情况，若确实存在则及时补充，如无再开展下一步作业。

5.安装成效

在验收时，充分发挥测深仪的作用，严格按照《安放网格平面图》展开检查。在现场抽查之后，安装密度、坡度达到具体要求。在施工中一直将施工质量控制作为重点，一直并未出现太大问题，然而扭王字块有明显下沉的情况。但总体上依旧保持平整状态，且彼此之间的咬合非常牢固。在引堤防波堤交接处等位置出现了扭王字块局部下滑的情况，对此利用了重新安装以及用模袋混凝土填补的措施，最终有效解决该问题。

6.结束语

扭王字块安装技术已经比较成熟，但是本工程的难点与特点使扭王字块安装成为核心工序。实践证明，在本次施工中所利用的技术非常有效，在这一基础上保证了施工质量，加快了工程进度。技术的创新之处主要体现在两个方面：（1）将水下控制向水上控制转变，水上施工转为陆上施工，以保证施工的连续性；（2）以质量推进进度，以工序的流畅性保证质量。外海深水防波堤坡面等水下工序对大型机械有较高的要求，质量控制难度较高。而且海况条件千变万化，施工难度非常大。所以，如何在施工过程中按设计标准及建设单位要求有序推进施工，仍需不断展开探究。