張孚專

(洞頭縣水利水電工程質(zhì)量監(jiān)督站,浙江 洞頭 325700)

近年來,洞頭縣在圍墾工程中大量采用混凝土預(yù)制異型塊,在提高海堤安全性、減小風(fēng)浪爬高、減少越浪量、保證工程質(zhì)量上取得了比較明顯的效果。本文以楊文東堤工程為例進行介紹。

1 工程概況

楊文東堤工程位于浙江省洞頭縣洞頭島東北,涂面高程在-3.9～-4.1 m之間,區(qū)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一遇設(shè)計高潮位為4.9 7m,設(shè)計低潮位為-3.62 m。東圍堤主要受外海傳入波浪影響,盛行混合浪,其累年平均波高為1.0 m,最大波高為10.0 m,臺風(fēng)影響時N～SSE向均有6 m以上的巨浪出現(xiàn)?？梢钥闯鰲钗膰繓|圍堤波浪和塘前水深均較大,消浪要求高。

根據(jù)工程初步設(shè)計報告,楊文東堤為Ⅲ等堤防工程,主體建筑物為3級,按50 a一遇高潮位加50 a一遇風(fēng)浪爬高(允許越浪)和安全加高或按控制允許越浪量進行設(shè)計。圍堤堤身結(jié)構(gòu)方面,基礎(chǔ)采用爆破擠淤法進行轉(zhuǎn)換,臨海側(cè)為外側(cè)厚150單塊重500 kg大塊石鎮(zhèn)壓層、C25鋼筋混凝土鎮(zhèn)墩結(jié)合2.8 t混凝土扭工塊規(guī)則排放組成消浪平臺、底部300 mm厚塊石理砌,外加 C20混凝土灌砌石重力墻擋墻。

2 混凝土預(yù)制異型塊設(shè)計

楊文東堤外海結(jié)構(gòu)設(shè)計重點是混凝土預(yù)制異型塊應(yīng)用。異型塊的運用,進一步優(yōu)化和加強了外海防護、有效降低了波浪作用,從而確保鎮(zhèn)壓層穩(wěn)定和堤身安全。下面結(jié)合楊文東堤介紹混凝土預(yù)制異型塊應(yīng)用設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題。

2.1 形式比選

異型塊包括扭工塊、扭王塊、四腳塊等形式,選擇合適的異型塊形式可以降低施工難度和合理控制工程投資。選擇時除結(jié)合工程現(xiàn)場和施工條件外,必要時可通過數(shù)模物模試驗驗算驗證。如楊文東堤,設(shè)計單位依據(jù)相關(guān)試驗資料確定了扭工塊結(jié)構(gòu)形式;在狀元南片工程,工程設(shè)計單位根據(jù)試驗掌握了全面細(xì)致的科學(xué)數(shù)據(jù),該工程不同堤段選擇不同結(jié)構(gòu)形式扭工塊和四腳塊就是具體體現(xiàn)。

2.2 重量確定

異型塊重量確定關(guān)系投資優(yōu)化。因為異型塊單位投資較大,在各自工程所占比重也較大,如楊文東堤扭工塊設(shè)計量為2 364塊,費用約占建筑工程投資的12%;而狀元南片的異型塊數(shù)量更大,其中扭工塊設(shè)計量為20 370塊,四腳塊設(shè)計量為12 560塊,費用約占建筑工程投資的10%,因此科學(xué)確定異型塊重量至關(guān)重要。為更切合工程實際,除規(guī)范規(guī)定的常規(guī)數(shù)理計算外,必要時還要借助物模數(shù)模試驗,風(fēng)浪驗算,為工程設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。狀元南片就以數(shù)模驗算為依據(jù)分別采用了1.0,2.2,1.8 t等,不同重量的扭工塊和四腳塊,比原擬定設(shè)計規(guī)模大為減小。

2.3 位置形式選擇

合理的異型塊安放位置和形式有利于其功能充分發(fā)揮。根據(jù)港工規(guī)范,異型塊安放方式分不規(guī)則安放和規(guī)則安放2種,其中不規(guī)則安放按每立方米塊數(shù)進行控制,規(guī)則安放則是將預(yù)制塊安放在設(shè)計邊坡上。不規(guī)則安放對于保護港工水工建筑物深水區(qū)邊坡非常適應(yīng),施工方便,效果也較理想,因此港工中采用較多的是不規(guī)則安放,如洞頭中心漁港防波堤、東沙避風(fēng)港防波堤。而在圍墾工程中,混凝土預(yù)制異型塊主要做為消浪結(jié)構(gòu),結(jié)合潮位等條件和結(jié)構(gòu)高程設(shè)計,其主要安放在潮間帶消浪平臺并采用規(guī)則安放。如楊文東堤和狀元南片工程扭工塊均是規(guī)則安放在臨海側(cè)潮間帶消浪平臺,通過塊體間相互咬合確保整體穩(wěn)定和消浪效果(見圖1)。

圖1 混凝土扭工塊擺放立面與平面圖

2.4 外端保護優(yōu)化

最外端預(yù)制塊保護是需要重視的節(jié)點,該點是預(yù)制塊與其他結(jié)構(gòu)的銜接處,如保護不到位將直接關(guān)系最外側(cè)預(yù)制塊單體安全并影響預(yù)制塊整體穩(wěn)定。在工程中,可設(shè)鎮(zhèn)墩保護。在鎮(zhèn)墩設(shè)置中,要合理確定鎮(zhèn)墩底高程,保證在外部結(jié)構(gòu)有位移或滑動的情況下保持鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定安全,同時還要選擇合適的鎮(zhèn)墩與預(yù)制塊連接方式。如在楊文東堤和狀元南片,鎮(zhèn)墩底高程低于外海大塊石理砌高程,確保了大塊石發(fā)生移動時的證鎮(zhèn)墩安全;在鎮(zhèn)墩與預(yù)制塊連接方式上,上述兩工程原設(shè)計采用的是固定端設(shè)計方案,在施工中發(fā)現(xiàn)存在問題,一方面由于最外側(cè)預(yù)制塊預(yù)埋在鎮(zhèn)墩中形成固定支撐,在沉降變形和塊體咬合共同作用下這個固定支撐極易發(fā)生斷裂。另一方面由于鎮(zhèn)墩設(shè)有鋼筋,預(yù)制塊預(yù)埋其中對立模和鋼筋綁扎影響極大,澆筑質(zhì)量難以保障,從試澆倉位情況看,施工效果很差且施工緩慢。在改成自由端方案后,大大加快了工程施工進展,施工質(zhì)量也有了保障,后期運行效果也非常明顯,已運行3 a的楊文東堤預(yù)制塊未發(fā)生斷裂和移動現(xiàn)象(見圖2)。

圖2 混凝土扭工塊安放外端固定端與自由端形式圖

3 混凝土預(yù)制異型塊施工

混凝土預(yù)制異型塊質(zhì)量主要是外觀、澆筑和安裝方面。下面結(jié)合楊文東堤情況介紹異型塊施工中應(yīng)注意的幾個問題。

3.1 外觀方面

水工標(biāo)準(zhǔn)中對異型塊尚沒有明確標(biāo)準(zhǔn),這里主要結(jié)合港工規(guī)范闡述。港工規(guī)范對混凝土工程的一般表面缺陷限值指標(biāo)包括砂斑、砂線、麻面、蜂窩空洞等方面,對扭工塊、四腳塊等混凝土異型塊評定還包括各部位尺寸、表面錯牙、塊體重量允許偏差等標(biāo)準(zhǔn)。在一般表面缺陷指標(biāo)中,蜂窩、空洞在實際施工中出現(xiàn)的頻率很低,實際施工中對構(gòu)件外觀質(zhì)量較為常見,影響較大是砂斑、砂線、麻面(包括氣泡)問題,如在楊文東堤先行澆筑的300塊扭工塊中,因這些問題外觀評定不合格的有11個,需要修復(fù)缺陷的有31個,占澆筑量的15%,直接影響工程施工。而異型塊特定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)主要體現(xiàn)在外觀尺寸控制,達(dá)到評定要求的關(guān)鍵是模板?；炷令A(yù)制異型塊一般應(yīng)采用由專業(yè)廠家制作鋼模板或拼裝式混合模板,確保模板尺寸規(guī)格、鋼板和焊接質(zhì)量以及構(gòu)件的耐用性,為工程大量正常順利的澆筑施工提供保障。同時實際施工時還要定期對模板進行檢測,及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)使用不當(dāng)或其他原因造成的模板變形和破壞。

3.2 澆筑方面

構(gòu)件質(zhì)量關(guān)鍵環(huán)節(jié)是澆筑。楊文東堤300塊先行澆筑異型塊出現(xiàn)的外觀問題主要就在澆筑環(huán)節(jié)上。在分析研究后,楊文東堤對施工方案中模板立模方式、分層澆筑厚度等進行了優(yōu)化,取得了良好效果:一是調(diào)整模板立模方式。不少工程采用傾斜式立模方式,分立柱和上部橫梁2個進料和振搗口,但這種立模方式難以保證橫梁和立柱連接處及立柱等幾個關(guān)鍵部位澆筑質(zhì)量,外觀質(zhì)量也不理想,經(jīng)過分析比較,楊文東圍堤采用了豎向整體立模方式,從上部統(tǒng)一進料和振搗,確保構(gòu)件整體強度 (見圖3)。二是控制分層澆筑厚度,通過分析和實驗,楊文東堤最終采取的澆筑工序是底部橫梁加料20 cm澆筑并振搗,再加料至超出底部橫梁約10 cm后,重新對底部橫梁加強振搗 (因為底部橫梁頂部是麻面氣泡密集處);接著立柱按30 cm厚逐層加料振搗直至澆到超出上部橫梁約20 cm,間歇約40 min后對立柱和上部橫梁連接處進行振搗以減少該處收縮縫,再蓋入頂模并分2層加料振搗至整個構(gòu)件澆筑完畢,約過40 min后拆除頂模,對上部橫梁頂部出露面進行二次抹光。根據(jù)這個工序施工后,楊文東堤預(yù)制塊原先頻繁出現(xiàn)的砂斑、砂線基本沒有,麻面 (氣泡)規(guī)模得到合理控制,澆筑質(zhì)量明顯提升。

圖3 混凝土扭工塊模板立模方式圖

3.3 安放方面

在異型塊安放中,遵循的共同原則是自下而上安放。其中規(guī)則安放中,扭工塊安放應(yīng)將一橫梁直接置于底部平臺并在坡面下方,立柱壓在相鄰塊橫梁上,做到相互咬合,提高整體性;四腳塊安放應(yīng)將四腳直接置于坡面使得塊體穩(wěn)固,不允許用片石等支墊,塊體與坡肩連接處三角縫應(yīng)用混凝土等填塞。不規(guī)則安放中,主要是防止漏放和過大隆起,其中扭工塊可按設(shè)計塊數(shù)的95%計算網(wǎng)點位置進行安放,完成后再檢查補漏;扭王塊應(yīng)使塊體的一半桿件與底部平臺接觸,同時相鄰塊體擺向不相同。此外,還有一個問題值得關(guān)注,應(yīng)根據(jù)實際情況采取鋼筋等加強措施,港工規(guī)范中規(guī)定塊體重量大于20 t的扭工塊應(yīng)考慮配置鋼筋或其他加強措施,但在楊文東堤吊裝中多次出現(xiàn)橫梁與立柱連接處斷裂現(xiàn)象,在及時增設(shè)插筋后構(gòu)件損壞率明顯降低。

3.4 評定方面

結(jié)合水利標(biāo)準(zhǔn)和港工規(guī)范要求合理確定混凝土預(yù)制塊評定標(biāo)準(zhǔn),有助于更好的確保工程質(zhì)量。水工評定標(biāo)準(zhǔn)中,要求麻面累計面積不超過0.5%;而港工評定標(biāo)準(zhǔn)中,要求位于水位變動區(qū)的構(gòu)件砂斑面積小于所在面積5%、砂線長度每10 m2累積長度不大于300 cm,麻面小于所在面積0.5%(小型構(gòu)件一側(cè)表面面積小于10 m2,檢查時按構(gòu)件全側(cè)表面面積計算)。可以看出,水工標(biāo)準(zhǔn)對砂線、砂斑等缺陷沒有專門的檢測指標(biāo)和要求,對麻面累計面積百分比計算基數(shù)上沒有針對性規(guī)定,而港工標(biāo)準(zhǔn)對此則有相對明確的要求。為合理控制塊體質(zhì)量,楊文東堤預(yù)制塊以水工標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)進行評定,即以港工表面面積計算規(guī)則為依據(jù)計算麻面、砂線、砂斑缺陷率,缺陷率以水工指標(biāo)為主。上述評定標(biāo)準(zhǔn)對構(gòu)件質(zhì)量有了總體控制,但實際評定中,由于工程異型塊屬表面面積小于10 m2的小型構(gòu)件,缺陷計算時按構(gòu)件全側(cè)表面進行計算,此項缺陷率均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,但在針對橫梁上部麻面 (氣泡)集中這個局部問題卻缺乏針對性要求。為此在楊文東堤預(yù)制塊評定中增加了局部面積缺陷率評定,要求麻面(氣泡)不超過局部面積的0.55%,從而形成了點面各自指標(biāo)控制的綜合評定標(biāo)準(zhǔn),有效保障了楊文東堤預(yù)制塊局部效果和整體質(zhì)量。

4 結(jié) 語

楊文東堤工程建成已3 a,混凝土預(yù)制異型塊經(jīng)歷多次臺汛考驗,塊體未發(fā)生斷裂或折斷現(xiàn)象,個體也未出現(xiàn)明顯位移,整體效果非常明顯。這說明楊文東堤異型塊護面方案是因地制宜、成效顯著的,達(dá)到了合理、實用的目的。異型塊消浪效果好、適應(yīng)變形能力強、施工工藝簡單、質(zhì)量易控制、施工受潮汐影響小等優(yōu)點優(yōu)勢在該工程得到了充分體現(xiàn)。因此已在港工中大量應(yīng)用的混凝土預(yù)制異型塊在圍墾工程中也可有較好的應(yīng)用前景。要成功應(yīng)用混凝土預(yù)制塊,應(yīng)在前期實施設(shè)計論證和實際施工優(yōu)化,做深做細(xì)相關(guān)工作,把握好塊體結(jié)構(gòu)、塊體澆筑、安放形式、鎮(zhèn)墩連接等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。