浅谈深水防波堤护面块体安装控制及修复方法

董江涛 中交二航局第三工程有限公司

1.工程背景

以色列阿什杜德港项目工程位于以色列阿什杜德市，施工地点距离特拉维夫市约60KM。施工现场位于阿什杜德港港口工业区内。

本项目工程为新建的HADAROM港的码头和防波堤施工，LEE防波堤为总长1479.2m的抛石堤结构，施工水深为0m～-17.5m，由0～1t堤芯石、1-3t护面块石、3-6t护面块石和两层混凝土护面块体组成，其中防波堤护面块体分为4m、7m、16.67m和16m重型混凝土方块，对应重量分别为10t、17t、40t和45t，安装总工程数量为10335块。防波堤典型结构断面图见图1。

图1 LEE防波堤结构典型断面图

2.重型护面块体的布置形式和作用

护面块体主要分布在防波堤的迎浪侧和堤头位置，分为护坦阵脚压载部分和坡面防护部分护面块体，根据LEE防波堤走向的水深变化，护坦阵脚部分护面块体分为4m和7m混凝土方块，坡面部分护面块体分为7m、16.67m和重型16m混凝土方块，其中重型16m护面块体主要集中分布在堤头部位。护面块体主要依靠自身重量和块体间形成的空隙进行消浪作用，以抵抗波浪对防波堤的冲击力，达到保护防波堤结构的安全性和整体稳定性要求。

3.护面块体安装阶段的划分

为保证安装块体的稳定性，在沿着防波堤的轴线按照平行四边形的形式划分安装阶段，每个阶段为20m，阶段轴线与防波堤坡面断面线成30℃～45℃夹角，使安装阶段交界面成台阶形，防止护面块体安装完成后在强波浪条件下位移，确保护面块体间的整体稳定性，整个防波堤安装阶段的划分除起点和终点阶段由三角形方式布置外，其余每个阶段均按平行四边形的方式进行布置（见图2）。

图2 重型护面块体坡阶段划分图

图3 插入型夹具图

图4 摩擦型夹具图

4.重型护面块体安装控制方法

4.1 安装方式的选择

根据规范要求防波堤护面块体安装采用半随机方式安装，即块体采用RTK-GPS实时定位系统，并由潜水员水下指导安装，通过专门加工的自动脱钩夹具完成安装。防波堤护面块体安装分为水上浮吊安装和陆上履带吊安装两种方式。

（1）水上浮吊安装护面块体：护面块体在码头上通过履带吊装上运输驳船，运输至浮吊船位置，通过水上浮吊进场安装的方式，由于施工海域波浪条件差，安装作业窗口少，导致施工效率较低，主要负责陆上吊车安装范围外的护面块体安装。

（2）陆上履带吊安装：通过陆上大吨位履带吊进行安装。

4.2 防波堤夹具设计

防波堤夹具的设计主要分为2种方式：一种是插入型夹具，一种是摩擦型夹具。

4.2.1 插入型夹具

根据护面块体的尺寸，进行吊装夹具的设计，按照使用要求和护面块体安装的安全性，夹具设计采用自脱钩方式，通过在预制护面块体侧面设置的吊装槽进行起吊安装。夹具通过吊车主副钩配合控制夹具夹紧和松开状态。副钩受力的情况下夹具张开伸入重型护面块体吊装槽，通过主钩受力来锁紧夹具夹紧护面块体，到达指定位置后松主钩提升副钩，夹具顶部配重的重量下压迫使夹具张开。同时夹具横梁到夹钳的距离要满足护面块体能自由翻转，确保在坡面上安装的要求。夹具操作方式如图3所示。

4.2.2 摩擦型夹具

摩擦型夹具设计比较小巧，主要采用夹具夹头和块体侧面弧形导槽接触面间的摩擦力来进行起吊安装，夹头与护面块体接触面焊接凸点，以增大摩擦力。夹具同样通过吊车主副钩配合控制夹具夹紧和松开状态。副钩受力的情况下夹具张开伸入护面块体吊侧面户型槽，通过主钩受力来锁紧夹具夹紧护面块体，到达指定位置后松主钩提升副钩，夹具顶部配重的重量下压迫使夹具松开。摩擦型夹具能够快速对准护面块体侧面弧形导槽，提高卸车、装船的效率，同时也可用于水下拆除护面块体的拆除。缺点是水下操作时，夹具遇水导致摩擦系数降低，造成滑落的风险，安全性有待提高（见图2）。

4.3 安装方法

4.3.1 阵脚护坦部分护面块体安装

由于护坦部分为平面上安装，安装方式按照划分的阶段进行安装，可以采用整体分层方式进行安装，即先整体安装第一层，再安装第二层的方式；也可以采用上下层同步安装的方式，即先安装第一层2排，安装第二层1排，然后上下层逐排进行安装的方式；

4.3.2 坡面护面块体安装

由于边坡坡比为1：2，安装过程为防止护面块体下滑，安装方式只能按照三角形安装的方式，即先安装下层2排护面块体，随即安装上层1排护面块体，尽快对已经安装的下层护面块体进行压载，以减少护面块体的下滑速度，保持各相邻护面块体间的间距，以满足设计要求的堆积密度和孔隙率。

4.3.3 堤头护面块体安装

堤头护面块体采用随机方式进行安装，不考虑块体间的姿态问题，主要满足规范要求的堆积密度，安装过程中主要由吊车操作手通过GPSRTK(实时测量定位系统)按照划分好的网格点位定点随机安装。

4.4 安装精度控制方法

4.4.1 基床整平精度控制

护坦部分的护面块体为平面安装，对块石基层的平整度要求较高，基床整平精度要求控制在±30cm以内，以确保护面块体安装整体的平整度，防止护面块体安装由于相邻两块体间高差大而造成安装困难或强风浪条件影响下造成倾覆的风险。

4.4.2 安装方向的控制

根据设计要求，相邻两块体间方向不能一致，各块体之间需要通过扭转一定角度，以便于形成不同的空隙，达到最佳的消浪效果，控制护面块体的安装姿态主要有两种方式，一是通过潜水员水下观察和吊车操作手操作之间的配合进行安装的方式，水下潜水员把护面块体的实时姿态通过对讲机传递到陆地上的潜水指挥车间，再由指挥车间人员通过对讲机告知吊车操作手通过操控吊车调整护面块体的姿态，适用于水质清澈的部位安装；二是通过声呐水下成像系统观察的方式，声呐系统安装技术人员通过操控室的屏幕观察护面块体各个方位的实时姿态，通过对讲机告知吊车操作手，操作手根据反馈的信息操控吊车调整护面块体姿态，适用于水上浮吊进行安装（见图5）。

图5 潜水员和声呐成像方式安装重型护面块安装

4.4.3 坡面护面块体安装控制

边坡部分护面块体安装，按照安装顺序逐排进行安装，相邻两排护面块体间姿态不能一致，需要通过安装技术人员指挥，吊车操作手通过操控控制吊车旋转一定的角度来完成，对于不符合要求的护面块体需重新起吊安装，直到排与排之间形成点与面相接的方式，形成空隙，达到最佳消浪的效果，同时避免波浪力的作用造成护面块体下滑移动，日积月累姿态一致形成板体作用增加防波堤破坏的风险。

4.4.4 重型护面块体安装质量验收

重型护面块体的验收主要分为3部分，水上部分观感验收、测球测量验收和潜水验收。

（1）观感验收主要由监理人员和施工技术人员乘坐交通船进行水上观察验收和通过检查航拍测图，主要从整体上查看护面块体安装姿态，是否存在局部空隙过大的部位，是否存在倾覆和破损的护面块体（见图6）。

图6 重型护面块坡面点与面相接的安装效果

（2）测量验收主要使用直径1.9m和2.5m测球的测杆，通过全站仪进行测量验收，测球通过履带吊顶部安装RTK-GPS按照测量网格点位进行测量验收，每次测量前需进行测量点位的校核，检查RTK-GPS的精度是否符合要求，避免由于卫星信号或设备故障问题导致测点偏差过大导致验收不合格。然后吊车操作手操控吊车使测球到达测点位置后缓缓下放测杆，直至测球触底测杆倾斜后再缓慢提起，等到测杆垂直时测量员开始进行测量读数，每个测点重复测量3次，取平均值。

（3）潜水验收通过咨工潜水员和潜水安装人员进行验收，验收以每10m一个断面，每个断面开始前断面里程需在黑板牌上标明，通过岸上人员举起，水下潜水员通过头顶水下相机进行视频记录，潜水员逐个断面进行护面块体的细致检查，主要通过观察护面块体上下层的姿态，是否容易滑倒或倾覆和空隙较大的通过测量水下部分相邻块体间的距离，距离超过1倍块体尺寸的需进行调整相邻块体间距或安装额外护面块体填补空隙。

4.5 护面块体安装修复

安装修复主要体现在三个方面。

4.5.1 水下部分护面块体修复

主要安装存在缝隙较大的部位，需要进行修复，修复主要有四种方式，一是缝隙较大能够容纳单独的块体，可以采用增加额外的数量进行补充安装；二是存在较大空隙不能容纳单独块体，则需要重新调整空隙周围块体的方式来控制安装间距满足设计要求。三是块体倾覆，需要进行水下起吊重新进行安装。四是由于倾覆导致护面块体碰撞，破裂，无法在继续使用的，需要通过潜水员水下用钢丝绳捆绑吊出，重新更换新的护面块体。

4.5.2 水上部分护面块体修复

由于风浪和施工期自然沉降的影响，造成坡面护面块体不同程度的下滑，致使整排护面块体下滑，造成块体间紧密贴合在一起，由于吊装孔被阻挡，造成这部分修复比较困难，主要通过钢丝绳逐个捆绑吊出，再进行逐块的姿态调整和安装恢复，以保证满足设计要求。

4.5.3 风浪过后护面块体修复

施工期内每逢风浪大于5m波高的风浪过后，需要对护面块体进行全线潜水和坡面的外观检查，发现由于风浪作用造成护面块体移位、撞击损坏，护面块体侧翻的情况，需要进行局部的修复和更换，护面块体位移的通过调整周围各块体姿态的方式恢复，侧翻的护面块体需要重新进行起吊安装，破碎的块体通过钢丝绳捆绑吊出，重新安装更换新的护面块体。

5.结语

防波堤护面块体从安装、验收到修复完成，期间不可避免涉及到频繁的返工、增加设备使用台班、增加潜水台班数量、增加额外安装工程量，造成成本方面损失。护面块体安装前需要通过施工试验段的方式验证安装阶段、安装方法及各项验收的可操作性。通过现场实践，训练和培训安装操作人员，潜水队伍，使其熟悉和理解安装控制和修复的要点，有效的减少防波堤护面块体安装过程中出现的返工频率，结合试验段总结发现设计方面存在的问题，积极与咨工进行探讨，通过商务手段争取额外安装的工程量计量，达到控制成本的目的和满足业主和设计的要求。