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强涌浪深水条件下防波堤整体修复施工技术
摘要:坎门渔港防波堤整体修复工程,是国内首例大型防波堤台风受损整体修复工程。本文介绍了在施工受潮位、强涌浪和海面风浪条件影响较大的复杂环境下,修复工程施工工艺流程和经验,为今后类似项目的施工管理提供依据。
关键词: 复杂环境 整体修复 施工技术
1、工程概述
坎门渔港防波堤整体修复工程,是国内首例大型防波堤台风受损整体修复工程。坎门渔港位于浙江省玉环县坎门镇西南,防波堤工程位于南排山潮汐通道深泓北侧,水流湍急,涌浪大,海水混浊,水深一般大于10m。防波堤由东堤和西堤构成,总长1560m,形成5.3km²的港域面积。本施工项目修复防波堤总长与原防波堤保持一致,堤顶高程由8.5m增加到11.0m,挡浪墙顶高程增至12.5m。轴线与原有防波堤协调一致,迎浪向坡顶线由于护面块体的加大,前沿向外扩;背浪向坡顶线保持不变。防波堤内外侧坡度均为1:1.5,内侧护面采用混凝土坡肩、框架和护坡结构进行防护,堤顶采用埋石混凝土胸墙和防浪墙挡浪,堤身直线段胸墙宽8.0m,堤头段胸墙宽14.0m。堤身直线段采用18t扭王护坡,堤头段采用24t扭王护坡,外侧二级肩台以上扭王块(包括二级肩台)采用规则排放,垫层采用300~500kg块石,厚度800mm;二级肩台以下扭王块随机排放,垫层采用500~800kg、500~1000kg块石,厚度800mm。堤身护底采用3排栅栏板,堤身直线段栅栏板尺寸为6400×5120×1000mm,单块重量约41t;堤头圆弧段为梯形结构栅栏板,单块最大重量约43.1t;后期设计增设栅栏板块石垫层基础,采用500mm厚,40~80kg块石垫层找平。
坎门渔港原防波堤采用爆破挤淤,堤心石采用爆破抛石,护面堤身采用6t的扭王字块,堤头采用7.5t的扭王字块,自建成以来受到台风“森拉克”和“海棠”台风等恶劣天气的袭击,护面块体破坏严重,后面经过多次修复,护肩采用9t的扭工字块体护面,坡面多采用12t的扭王字块和6t的扭王字块,于2013年10月6日受到台风“菲特”台风恶劣天气的袭击,西堤K0+480-K0+680和K0+850- K0+930段(堤头)防波堤的主体结构受到严重破坏,其他段的护面也受到不同程度的破坏需尽快修复。
工程海域100年一遇极端高潮位5.72m,50年一遇极端高潮位5.39m;100年一遇极端低潮位-3.72m,50年一遇极端低潮位-3.66m。区域波长约90~195m,常波长在120~160m之间,波周期一般11.8s、100年一遇平均波高达4m。
本工程施工涉及到的地质层,主要是防波堤外侧原抛理大块石、扭王和扭工字块体及块体残肢等胶结体,该地质层是制约本工程施工的关键因素。
2、合同工期要求
坎门渔港防波堤整体修复工程于2014年3月5 日签订施工合同,合同施工总工期为26个月(包括2015年台汛期7月15日至10月15日在内,实际施工工期只有23个月),主要工程内容有清理障碍物、疏浚和吹填、块石填筑、混凝土防浪墙和胸墙浇筑、混凝土护坡和框架浇筑、扭王字块体制安、栅栏板制安等。
本工程石料除8.2万m³利用水下清理的块石外,抛理块石约9万m³需要外购。钢筋制安约1100t、现浇混凝土约5万m³、预制结构混凝土约14万m³。而合同要求,一期工程为西堤K0+480~K0+680和K0+850~K0+930段,8.0m高程以下部位需要在2014年7月15日前完成,计划工期仅4.5个月。
本工程施工环境复杂。本工程极端高水位:5.72 m、极端低水位:-3.64m,而堤岸前沿泥面标高在-7.0m~-9.3m左右,水流湍急,涌浪大,海水混浊,水深一般大于10m。本工程处于强台风高发区,每个台风季均会受到台风恶劣天气的袭击,这将给施工带来极大的困难。
针对本工程工期紧,施工环境复杂,施工期抗台度汛难度大等问题,对防波堤整体修复施工程序安排开展研究。先选取西堤K0+480~K0+680段为试验段,分别进行水下地形测量、施工放样控制、水下清障开挖、块石抛理、栅栏板水下安放、扭王字块体安放等试验,不断研究、总结经验,并在正式施工中不断加以改进和完善。
3、块石抛理、扭王护面施工顺序
防波堤修复后的理砌坡面为:三肩台、二级坡面理砌垫层采用500~800kg块石,厚度80cm;二级肩台、一级坡面理砌垫层采用采用300~500kg块石,厚度80cm;一级肩台理砌垫层采用500~800kg块石,厚度80cm。坡面理砌下支持层为石渣填缝层,断面不足处采用石料回填补足。
扭王块体护坡为三肩台和二级坡采用随机安放;二肩台及以上部分采用规则安放,直线段采用错缝规则安放,圆弧段二级肩台和一级坡采用自内港侧向外港侧顺水流,沿圆弧卧式左右顺接规则安放,一级肩台采用错缝规则安放。
为了完成2014年的度汛目标,加快施工进度以及对受寒潮影响,引起的大涌浪(可以漫过老堤)能直接冲毁未护面的理砌坡面的危害性认识不足,在西堤K0+480~K0+680试验段施工期间,没有分段进行施工,而是全面铺开。于2014年5月23日白天,该200m段的块石抛理施工基本完成,接下来准备进行扭王护面施工;可是到了晚上,受寒潮影响,引起了大涌浪,一夜之间把理砌好的坡面全冲毁了。受此教训,坡面施工采取分段分层,自下而上进行施工。为了获得合适的分段长度数据,根据现有的人员、机械设备配制情况,分别选取30m、50m、80m、100m、120m、150m进行试验。根据各试验段的施工情况,发现在受寒潮影响期间,施工分段长度30m比较合适,超过30m扭王护面会来不及;一般情况下,施工分段长度100m比较合适,短了施工总进度偏慢,长了扭王护面施工跟不上。
为了加快施工进度,实现多点多作业平行施工,在防坡堤修复段老堤的坡面上修建施工便道。
(1)人字下卧道
为满足二级肩台及以下坡面理砌需要,结合施工设备性能,沿堤线长度间隔约100米左右布设人字下卧道,满足挖机通行需要。
人字下卧道采用镐头机破除下卧道线上堤身坡面上部分老扭王块,并回填石碴拓宽至不少于4.0m宽,与老堤二级肩台顺接,外海侧用扭王块、大块石防护。
(2)坡面水平施工便道
为满足EL 4.0m以下坡面理砌需要,于老堤坡面约EL 4.0m高程设一条4.0m宽的水平施工便道,与人字下卧道顺接。水平施工便道采用镐头机破除便道线上堤身坡面上部分老扭王块,并回填石碴拓宽至不少于4.0m宽。镐头机破除堤身坡面上老扭王块时,不得把扭王块体整个破碎掉,只准凿除部分肢脚,确保理砌施工期间老堤堤身安全。
经过不断试验研究、总结经验,并在施工中不断加以改进和完善,块石抛理、扭王护面施工顺序如下:
为减少风浪影响,确保施工期间堤身安全,坡面抛填理砌、扭王护面施工自堤头向堤根,分段分层,自下而上进行,一般情况下施工顺序为:施工准备→→施工便道布设→坡面基础开挖验收合格→测量放样→三肩台、二级坡面块石垫层抛填(约100m为一段)→理砌(候潮作业)→验收→扭王随机摆放护面→二肩台及以上至EL 4.0m一级坡面抛填理砌(候潮作业)→验收→扭王规则摆放(候潮作业)→EL 4.0m以上部分一级坡面抛填理砌→验收→扭王规则摆放→EL8.0m以下砼胸墙加宽→一肩台块石垫层理砌→验收→扭王规则摆放。
受寒潮影响期间,施工顺序调整为施工准备→→施工便道布设→坡面基础开挖验收合格→测量放样→EL-3.0m以下抛填(约30m为一段)→理砌(候潮作业)→验收→扭王随机摆放护面→二肩台及以下抛填→理砌(候潮作业)→验收→扭王随机摆放→二肩台以上至EL 4.0m抛填理砌(候潮作业)→验收→扭王规则摆放(候潮作业)→EL 4.0m以上坡面抛填理砌→验收→扭王规则摆放。
4、栅栏板与扭王块体的安放顺序
施工前期因水下栅栏板安放施工技术不成熟,栅栏板安放施工进度滞后于堤身坡面理砌和护面施工,且三肩台上的两排扭王块体为水下随机安放,外侧一排扭王安放位置无法保证其在一条线上,不但影响栅栏板的安放位置,还无法保证栅栏板安放时与扭王块体贴紧。在不影响施工总进度的情况下,为解决上述问题,将栅栏板安放与水下扭王按放之间的施工顺序调整为:三肩台里侧一排扭王和二级坡面上扭王安放→水下栅栏板安放→三肩台外侧一排扭王安放。
5、堤身防台度汛保护措施
本工程处于强台风高发区,每个台风季均会受到台风恶劣天气的袭击,这给施工带来极大的困难。为确保堤身安全,安全度汛,根据现场实际施工情况,采取相应的保护措施。
1)若坡脚栅栏板未完成安放,则先确保水下3~5排扭王块体抛填完成;
2)在二级肩台及一级斜坡理砌施工过程中一旦发现可能有影响的台风形成,及时调整施工方案,充分利用台风来临之前的几天时间,积极采取如下防护措施:
(1)在二级肩台大块石垫层理砌完成扭王块没安放前形成台风,立即终止正常施工,在3日内初步整平坡面,表面尽量采用大块石,并且自二级肩台开始随机安放扭王块体,覆盖整个坡面,7.0m高程以上坡面采用混凝土进行灌缝。
(2)在二级肩台扭王块安放完成、斜坡坡面大块石垫层理砌过程中形成台风,立即终止正常施工,在3日内完成初步整平坡面,表面尽量采用大块石,并且自下而上随机安放扭王块体,覆盖整个坡面,已理砌坡面和未理砌坡面衔接处以及7.0m高程以上坡面采用混凝土进行灌缝。
(3)在坡面大块石垫层理砌完成坡面扭王块未安放完成时形成台风,立即终止正常施工,在3日内自下而上随机安放扭王块体,覆盖整个坡面,并做好连接段的防护工作,7.0m高程以上坡面和一肩台采用混凝土进行灌砌。
3)新老堤连接段采取摆放6排18t(24t)扭王字块体防护。
4)为满足2014年度汛需要,加快施工进度,西堤重建段(K0+480-K0+680和K0+850- K0+900段)二肩台及以上部分扭王块体护坡采用通缝规则安放进行度汛,台汛期过后,吊离上述部位的扭王,采用错缝规则安放方法重新进行安放。
6、西堤的施工程序
根据现场实际情况,西堤K0+480~K0+680和K0+850~K0+900段老堤一级斜坡及以上部分已冲损,K0+900~K0+930堤头圆弧段一级斜坡尚存,堤顶胸墙已冲损。西堤的施工程序为:K0+480~K0+680和K0+850~K0+900段先行施工,EL8.0m高程以下部分施工内容至2014年7月15日前全部完成,K0+900~K0+930堤头圆弧段稍作整平后采用18t扭王块体随机摆放进行护面,然后渡汛;台汛期过后,于2014年10月16日开始,自堤头向堤根分段进行EL8.0m高程以下部分施工及一级肩台外侧一排扭王安放,期间完成K0+900~K0+930堤头圆弧段一级肩台二排扭王安放和砼胸墙(宽14.0m)及防浪墙施工(分层分块,人工立模浇筑);然后自K0+900开始向堤根进行砼胸墙(宽7.0m,预留20cm面层)及防浪墙施工(用钢模台车,一次成形);最后一仓胸墙砼达到一定强度后,进行堤身直线段一级肩台内侧一排扭王安放;胸墙20cm面层施工;完工验收。
7、防波堤重建段施工总流程
根据施工顺序安排和施工工艺要求,结合试验段施工经验,并在施工中不断加以改进和完善,总结得出防波堤重建段施工总流程,详见图5。
8、防波堤修复段施工总流程
根据施工顺序安排和施工工艺要求,结合试验段和重建段施工经验,并在施工中不断加以改进和完善,总结得出防波堤修复段施工总流程,详见图6。
9、东堤的施工程序
根据西堤的施工经验,结合施工总进度需要,为加快东堤堤身坡面理砌和护面施工进度,减少人员、设备窝工损失,东堤直线段二肩台及以上部分坡面理砌和护面施工于2015年台汛期进行,二肩台以下部分于台汛期过后进行施工。
东堤的施工程序为:自堤头向堤根分段进行EL8.5m高程以下部分施工及一级肩台外侧一排扭王安放,期间完成堤头圆弧段一级肩台二排扭王安放和砼胸墙(宽14.0m)施工(分层分块,人工立模浇筑);然后自堤头向堤根进行砼胸墙(宽7.0m,预留20cm面层)施工(用三块大型组合钢模);最后一仓胸墙砼达到一定强度后,进行堤身直线段一级肩台内侧一排扭王安放;防浪墙施工;胸墙20cm面层施工;完工验收。
10、东堤台汛期施工流程
东堤直线段二肩台及以上部分坡面理砌和护面施工于2015年台汛期进行,二肩台以下部分于台汛期过后进行施工。受台风影响时,采取临时防护措施度台。
根据施工顺序安排和施工工艺要求,结合西堤施工经验,并在施工中不断加以改进和完善,总结得出东堤台汛期施工流程,详见图7。
11、施工经验总结和分析
纵观防坡堤修复施工整个过程,2014年3月19 日正式开工,按期于2014年7月15日前完成一期工程为西堤K0+480~K0+692和K0+870~K0+930段,8.0m高程以下部位施工安全度汛,至2016年12月30日完工,施工一直很紧张。合同施工总工期为26个月,2015年台汛期7月15日至10月15日这段时间不应计入施工工期,这样比较合理。
施工期间除了要注重台风的影响,也要注重受寒潮影响,引起涌浪对施工造成的影响。要关注天气变化,及时调整施工安排。
12、结语
在施工受潮位、强涌浪和海面风浪条件影响较大的复杂环境下,对修复工程施工工艺流程经不断研究、总结经验,最终形成经济高效的施工程序,为今后类似项目的施工管理提供依据。
参考文献
[1]JTJ298-98,防波堤设计和施工规范;
[2]JTJ268-96,水运工程混凝土施工规范;
[3]JTJ269-96,水运工程混凝土质量控制标准。






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