1、深水大流速环境下直立式防波堤施工技术摘要：针对开敞式海域受水深、风浪、潮流影响条件下直立式防波堤的施工特点，本文重点介绍了基础挖泥、炸礁、抛石、夯实、整平、沉箱拖运安装及上部混凝土施工等主要工艺，论述了施工中采取的各种措施以解决外海深水防波堤施工中遇到的各种难题。 关键词：外海；深水；防波堤；施工技术 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 1.1 概述 大连新港导流防波堤工程位于大连港新港港区，沙陀子回填区域东北侧，紧邻新港 17#21#泊位、22 号原油泊位，工程所在地陆上距大连经济开发区 10km。该项目的建设对于改善周围海域的流场和波浪条件，提升 22 号泊位的
2、安全作业条件具有十分重要的意义。 1.2 工程结构型式 导流防波堤总长 505.146m，由斜坡段和直立段两部分组成，其中直立段总长 176.9m，采用预制方沉箱结构，由 12 个沉箱组成，顶部现浇钢筋砼挡浪墙。为减少波浪反射对 21#泊位影响，中间过渡段 8 个沉箱内侧开孔，结构典型断面图如下： 图 2-1 典型结构断面图 1.3 工程难点 1.3.1 本工程地处外海无掩护海域，且处于沙陀子回填区域最东北角，水深、流急，最大流速可达 2.5m/s，现场施工作业条件恶劣； 1.3.2 本工程施工区域为滨海水下岸坡，地形由西南往东北略倾，地质条件变化剧烈，基槽开挖最深处达 10m 左右；鉴于持力
3、层为泥灰岩和板岩均易遇水软化，基槽开挖后需及时验收，验收合格后尽快抛石； 1.3.3 直立段抛石基础薄厚不一，最厚达 11.3m，不均匀沉降对工程后期施工影响较大； 1.3.4 施工区域海况复杂，给沉箱安装带来直接困难，需合理选择施工工艺和合理安排作业时间，以保证沉箱顺利安装； 1.3.5 沉箱内填石量大，但由于沉箱安装高程较大，挖掘机上抛石船抛填作业时间受潮水限制，作业时间受限，因此需优化工艺保证抛填效率； 2 施工总体布署 2.1 施工总体部署 针对外海无掩护海域的直立式防波堤，由于具有水深、流大、受风浪影响严重等特点，为保证工程的顺利实施，需采取一定的措施。 2.2.1 设置施工浮鼓。为
4、便于施工船舶带缆及定位，顺防波堤轴线以北 80m 布置 5 个海上施工浮鼓，提高船舶停靠的效率。 2.2.2 进行流速观测。基础施工前和施工过程中在施工现场进行实地流速测量，通过分析实测流速、潮汐表和流速表之间的关系，再结合施工过程中积累的经验，得出各工序的可作业时段，合理安排各工序施工。 2.2.3 开展两个作业面，各工序交叉作业。基槽炸礁结束后分两段进行基槽清渣，在进行第二段基槽清渣时，第一段基槽开始基床抛石施工和基床夯实施工；在进行第一段基床整平时，第二段基槽开始进行基床抛石和基床夯实施工；在第一段基槽进行沉箱安装施工时，第二段基槽开始进行基床整平施工。 2.2.4 选择合适的船机设备和
5、工艺。施工现场浪大、流急，基槽开挖和基槽清渣过程中，选用抗风浪能力较强的抓斗容积大于 8m3 的挖泥船。基床抛石施工时，由于可作业时间较短，有时一个潮水可作业时间不足半个小时，用平板驳定位开体驳抛石，开体驳靠定位方驳带好缆后立即进行抛石，大大提高了施工效率。整平方驳上配备一套减压仓，不仅保证了潜水人员的人身安全，也增加了潜水人员的作业时间。沉箱安装采用“起重船+手板葫芦”的安装工艺，克服沉箱受水流阻力大难以安装的困难。箱内填石改水上为陆上抛填，提高施工效率、节省施工成本。上部胸墙混凝土浇筑改水上为陆上施工，避开海上施工受风浪影响，使工期处于可控状态。 3 工要工序施工方法及效果 3.1 施工流
6、程 直立式导流防波堤根据设计图纸，施工工序主要有：基槽开挖、基床抛石、基床夯实、基床整平、沉箱拖运安装、沉箱内填石和上部胸墙混凝土浇筑。工艺流程如下: 图 3-1 工艺流程图 3.2 主要工序施工方法及效果 3.2.1 基槽开挖 由于工期较紧，而挖泥又是先头工序，必须尽快完成第一段挖泥，为下道工序的施工创造条件，以利于形成流水作业的局面，尽快将基槽覆盖层清除掉，及早进入炸礁施工。根据施工总体安排，基槽开挖从堤根处进行。采用抗风浪能力较强的 13m3 抓斗式挖泥船一组，配置 600m3自航泥驳两条。挖泥船上配有 GPS 系统，根据设计挖泥控制点坐标直接进行定位挖泥。如挖泥厚度大于 2m 时，采用
7、分层施工。基槽炸礁施工时，为减少爆炸冲击波和地震波对建筑物及环境的影响，采用分段延时微差爆炸技术。即每炮各段药包实施分段延时起爆，这样使每一次起爆的各组药包的爆炸时刻相互错开，达到减少爆炸冲击波和地震波的作用。根据水下炸礁对炸药的特殊要求，使用密度大、威力大，抗水性好、殉爆距离大的硝化甘油胶质炸药；孔内雷管采用 2 发塑料导爆管毫秒雷管，水上引爆用 8#电雷管。严格按照要求施工，炸礁参数合理，布孔合理，严格控制孔深和药量，保证炸礁一次成功。 3.2.2 基床抛石 抛石基床采用 10100kg 中块石（含泥量不大于 3%，10kg 以下块石或碎石含量不超过 10%） 。堤根部两个沉箱基床顶标高为
8、-16.7m，其余沉箱基床顶标高为-18.7m，在基床顶标高为-18.7m 的基床上靠近基床顶标高为-16.7m 位置有一个深坑，基床平均厚度在 10m 左右。基床抛石施工时先进行深坑区域的抛填，再根据基槽挖泥（挖渣）完成情况从堤根处向堤头处进行抛石，保证基槽挖泥完成一个施工段，就进行此施工段的基床抛石工作。基床抛石采用开体驳粗抛平板驳找平的施工工艺。由于现场每天可作业时段不连续，在可作业时段时间较短平均不足 1 个小时，用平板驳抛石效率很低，用定位方驳定位开体驳抛石施工可以提高单位时间内抛石方量，提高施工效率。本工程基床厚度薄厚不一，厚度大于2m 的基床，按 2m 一层进行分层抛石，开体驳抛
9、石后要用平板驳进行找平，使得局部高差不大于 50cm，防止机械夯实时倒锤现象发生，也有利于下一层开体驳抛石时抛填的比较均匀。 3.2.3 基床夯实 由于本工程基床持力层岩面起伏较大，基床厚度 1.3m11.3m 不等，全部采用机械夯实施工，分层多、效率低。经分析除了中间一段基床厚度在 10m 左右外，其余两端机床厚度在 4m 左右，因此中间一段基床较厚处选用爆破夯实施工，其他部分选用机械分层夯实施工，爆夯基床的顶面也采用机械夯实的方法，进行一遍机械夯实，使表面松散层密实。这样选用爆破夯实和机械夯实相结合的施工工艺，提高了施工效率，保证了下道工序的顺利开展。 3.2.4 基床整平 基床整平采用细
10、平标准，利用二片石填充。基床整平施工要求水流流速小于 0.5 节，但是直立堤施工现场在水流小于 0.5 节的时间段非常有限，每天只有 4 个不连续的时间段可以施工，每个作业时间段平均作业时间不足 1 个小时，若海上风力大于 6 级基床整平施工无法进行，且现场受南向风影响很大，而夏季施工又多为南风，基床整平施工成为制约施工进度的关键环节。为了提高施工效率，不放过一个可作业时段，施工人员进驻到施工现场，一但条件具备立即组织施工。整平用的定位方驳 24 小时在现场守候，并且配备减压舱，在减压舱中减压，减少潜水员在水中耽搁时间，尽量延长潜水员在水下有效工作时间。为了减小水流对二片石抛入水中后位置偏离的
11、影响，延长潜水员在水下的工作时间，结合工程施工现场实际水深特别制作了直通水下基床的钢筋网笼，采用钢筋网笼下整平石料来抗击水流阻力。 3.2.5 沉箱拖运 本工程由 3 种型号共 12 个沉箱组成，沉箱拖运采用 5000t 的半潜驳从沉箱预制场拖运至现场下潜区下水，然后采用 2 艘拖轮“傍拖”至储存场储存或现场安装。其中 CX1、CX2 两个沉箱浮游稳定吃水达到16.84m，超过了半潜驳的最大潜深，采用 200t 起重船吊浮下水。 3.2.6 沉箱安装 为克服水深流大给沉箱安装带来的困难，本工程采用“起重船+手扳葫芦”工艺安装沉箱。沉箱拖运至现场后，挂靠已安装好的沉箱，压水调平，起重船挂扣调整沉
12、箱位置，手板葫芦控制沉箱前沿线和缝宽，本工艺成功实施了前 5 个沉箱的安装。后 7 个沉箱由于进入南风季节，海面常有浪涌，起重船到场后，起重人员无法进行挂扣作业，并且海面的涌动常使手扳葫芦破坏，因此改用原始的手拉滑轮工艺，不用起重船，在沉箱的四个方向各设 2 组手拉滑轮组，用人力拉拽滑轮控制沉箱位置，虽然费力，但是把握住流速小于 0.5 节的时间段，也达到了成功安装沉箱的目的。 3.2.6 沉箱内填石 本工程 12 个方沉箱内填石总方量为 52518 m3，水上抛填约需 100 船次。由于沉箱顶标高+5.0m，填石需趁高潮进行，一个作业天仅能抛填 2船，施工进度缓慢，后续工作无法展开，因此需提
13、高效率。在斜坡段和直立堤合拢后，形成了一条施工通道，自卸汽车可以开上沉箱顶，并且沉箱顶面最窄处宽度为 9.8m，足够一辆自卸汽车在上面行驶，因此沉箱内填石可采用陆上抛填。经过受力分析，对沉箱不会产生结构破坏。本工艺将沉箱内填石由水上施工改为陆上施工，作业时间不受限制，提高了施工效率，并节省大施工成本。 3.2.7 上部胸墙砼浇筑 本工程从西到东共 12 段胸墙，高 5m，分两层浇筑，共需浇筑 22 次混凝土，总方量 5358m3,单次浇注最大方量为 588m3。由于海上施工船舶受风浪影响，作业天受限，为保证在两个月内完成所有混凝土的浇筑工作，需改进施工工艺确保施工效率。因此改水上为陆上施工，将
14、履带吊运上沉箱顶支立一层胸墙模板，25T 汽车吊运上一层胸墙支立二层模板，一层按自西向东的顺序逐段支立，二层跟进，施工完毕后，采用起重船将履带吊和汽车吊吊上方驳，运输至码头卸下；混凝土浇筑以陆上地泵水平运输直接入模浇筑为主，部分采用拌合船进行辅助浇筑。整个胸墙施工基本不受海面风浪影响，施工效率高，平均一段胸墙需 45 天完成。4 结束语 在本工程的施工中，我们采用了相应的针对措施解决了开敞式海域水深、大流速环境下直立式防波堤施工的各种困难，本工程采用的各种施工方法使得各道工序施工进展顺利，取得了成功，为相应困难施工条件下的工程施工积累了经验。 参考文献： 1JTS 167-2-2009 ，重力式码头设计与施工规范 2JTJ 298-98，防波堤设计与施工规范 3JTJ-T 258-98 ，爆炸法处理水下地基和基础技术规程 4JTJ268-96,水运工程混凝土施工规范 5JTJ269-96,水运工程混凝土质量控制标准 作者简介： 于福洋(1980- )男，辽宁省丹东人，工程师，主要从事境内外港口航道工程施工管理工作 王琰(1979- )女，山西省晋城人，工程师，主要从事港口航道工程施工管理及经营工作 黄兵（1985-）男，湖北省荆门市人，助理工程师，水利水电工程专业
