法国专利扭王字块accropode^tmⅡ施工技术探讨

法国专利扭王字块ACCROPODE™n
施工技术探讨
三航宁波分公司程利张辉
[摘要]本文总结了关丹港防波堤(P1RW)工程项目护面工程法国专利扭王字块ACCROPODE™II施工 方面采取的施工工艺措施，以及所取得的质量、成本上的成效，借此对法国专利扭王字块ACCROPODE™II施工 技术进行探讨。

[关键词]防波堤法国专利ACCROPODE™I I技术探讨
1工程简介
马来西亚关丹港防波堤(P1RW)项目主 要施工内容为3 600 m不合格项修复及剩余 工作量完成。

护面结构均采用法国CLI公司设 计专利的扭王字块ACCROPODE™ II及3-6T 护面块石，在设计文件中明确要求每百平方 米护面块体的数量，安装技术要求极为严格，验收标准高，项目实施为确保扭王字块安装 质量，采取一系列技术创新及质量控制措施，从而提高护面工程施工质量。

扭王字块类型 包括4 m3(10 t)和2 m3(51)两种，其中4 m3脏
字块高H=2.39m，2 m3扭王字块高H=1.90 m,工程需修复约1.6万块扭王字块，剩余工作量 需安装约1.2万块；整个工程的工程量大、施 工难度高、安装要求严格、工期紧张，安装全 程精细化控制，尤其是水下部分的安装为该 工程的最难点。

分段安装完成后，监理方和 第三方验收单位将对己安装扭王字块逐一探 摸检查安装质量，这对项目部来说是一个巨 大的考验。

(a)ACCROPODE™(b)ACCROPODE™n
图1扭王字块ACCROPODE™
44 —2扭王字块ACCROPODE™II施工要点及
难点
2.1施工技术要求
(1)本工程扭王字块为定点随机安装。

(2)扭王字块安装密度要求在设计密度 的95%~105%，即 D P=(S财/S«*)x l〇〇%。

(3)块体安装要求单层布置，块体凸出 安装面外部分不能超过扭王字块尺寸的1/3。

每个扭王字块都要与垫层石接触，相邻块体
要互相联锁，不能自由移动。

(4)垫层石理坡后避免形成大的孔洞，若在块体之间有任何坑洞，必须要采用垫层
石填补。

水下部分垫层石理坡验收与水上部
分要求一致，误差范围为±200 mm，其要求高
于国内常规±300 mm误差范围。

(5)块体安装要求姿态各异，依现场情 况判定，最多允许相邻两块姿态一致。

同时
相邻扭王字块中心呈菱形布置（图2)。

2.2施工技术难点
关丹港防波堤位于深水开阔区域，且扭
图2符合要求的扭王字块安装照片及菱形区域
港工技术与管理2020年第
1期
王字块安装最大难点在于大约1万块左右的
扭王字块为水下施工,最底层标高为-8.65 m,
项目所处海域潮位最高时达3.0 m以上，安装
时水深最深处达到12 m,施工条件恶劣。

本工程技术标准高，安装验收标准严苛:
第三方验收CLAS公司每日定时对己安装扭
王字块逐块进行潜水验收；施工过程产生的
不合格项当日进行整改。

扭王字块安装前一道工序为垫层石抛填
理坡，该施工要求较高，采用〇.5~2t垫层石。

按照施工规范要求，垫层石必须抛填理坡至
设计允许误差±200 m m以内；且海侧垫层石
水下部分施工过程中不可视因素导致整个理
坡过程较为困难。

3扭王字块ACCROPODE™II安装方法
扭王字块的安装，普遍采用自行设计安装
网格并利用吊机或起重船吊装的施工工艺。

当吊装完成后，由潜水员或通过水下录像进
行扭王字块漏放、重叠检查，并计算每100 m2
内数量是否符合要求，通常对于姿态各异的
要求不高。

而本工程相较于一般工程的主要
难点在于，扭王字块位置均由CLI公司设计，
且安装的扭王字块需由专业的验收单位CLAS公司逐块验收，因此急需在普通施工工
艺上进行改进，实现扭王字块水下定点安装。

扭王字块作为一种常见的护面块体结
构，在各国的防波堤工程建设中得到广泛应
用，国外常见的安装方式有以下3种：
(1)采用吊机通过钢丝绳捆绑扭王字块 直接安装；
(2)脱钩装置辅助履带吊进行安装；
(3)采用大型挖掘机配合Rotator旋转 体安装。

然而每种方法都有其局限性。

第一种方
法采用钢丝绳直接捆绑扭王字块，安全性高，
能保证在安装过程中扭王字块的稳定性，但
安装好后需要人工拆除卡扣，安装效率低，且
适用于姿态一致的扭王字块安装。

第三种方法采用Rotator安装扭王字块，安装速度快，但是对挖掘机要求高，需要采用大吨位挖掘 机，同时由于挖掘机臂长的限制，采用Rota­
tor不太适用 于深水 区域水下扭王字块安装。

第二种采用脱钩装置与履带吊安装扭王 字块的方法相对应用得更加广泛，尤其进行 水下扭王字块安装时，能进行自动脱钩，从而 节约潜水员人工脱钩时间，提升安装效率。

然而，目前水下预制构件安装脱钩系统在国 内外并未得以广泛使用，个别使用项目也处 于试验阶段，结构形式单一，工作效率低下，仅适用于自身项目特点，无法进行大规模推 广应用。

在深水施工中，水下脱钩器具一直是施 工过程中一项难题，当施工预制构件或其他 需要进行水下安装的物件完成安装后，需要 潜水员将挂钩逐个摘除，整个安装及脱钩过 程过于依赖潜水员，而且存在一定的安全作 业隐患。

此外，如果施工作业在外海水深较 大处，潜水员工作受水质及环境制约明显，风 浪较大、水质较差时，潜水员无法下水工作，直接影响工程进度。

因此，急需通过新型脱 钩器具的研发改进传统施工工艺。

4扭王字块ACCROPODE™II安装自动脱钩系统设计制作
本项目通过发明提供一种水下快速自动 脱钩型系统，摆脱了对于潜水员的依赖，杜绝 作业过程中存在的安全隐患，而且能够人为 地控制脱钩过程,保证安装完成后及时脱钩，克服现有技术存在的缺点，有效填补了国内 在扭王字块水下定点安放自动脱钩的方法的 空白；而且其结构简单，易于操作，不受水深 的限制，实现水下安全作业;降低了海上施工 成本，提高了工作效率。

本项目护面工程施工过程中水下扭王字 块安装数量较多，约1万块，且安装时受水深 影响较大，存在极强的不可视性;施工过程中 难以保证技术规范要求中零误差的搭接紧
-45
锁。

项目实施过程中开发了自动脱钩系统及 水下可视系统，解决水下扭王字块脱钩及不 可视转换视觉传输的难题。

关丹港防波堤工程扭王字块安装最底层 标闻为-8.65 m ，港区潮位最闻时达3.0 m 以 上，安装时水深最深处达到12 m ,项目部经 过精密计算，多次模拟演练，设计出一套自动 脱钩系统进行扭王字块的水下安装工作。

4.1自动脱钩系统的设计计算 根据模型分析，主要受力构件包括Part A~Part E 以及3根螺栓。

其中,Part B~Part E 主要受拉，需进行抗拉强度验算;3根螺栓主 要受剪，需进行抗剪强度验算。

PartA 受力相 对复杂，同时存在拉、弯、剪，拟采用有限元软 件分析其受力情况，见图3。

4.2结构验算
Part E
(a )正视图170
30 60 30
h
门
n
单位:mm
图3自动脱钩系统结构图
(1)根据《钢结构设计规范KGB 50017- 2003),受拉构件强度验算公式为：
a =N /A…^f 式中：
iV —轴心拉力；An —净截面面积。

以重物质量12.51为例：对于Part B :
〇=6 25〇x l .414x l 〇x /(8〇x 40)=27.6 MPa 对于Part C :
0=6 250/2x l .414x l 〇x /(8〇x 30)= 18.4 MPa 对于Part D :
o=6 25〇x l 〇x /( 128x 30)=16.3 MPa 对于Part E :0-12 500x l 0x /(120x 60)=17.4MPa (2)根据《钢结构设计规范KGB 50017- 2003)，普通螺栓受剪强度验算公式为：
Nv =n ,^f f v
4
对于Part B 和Part C 间的螺栓：N v=3 125x 1.414x 1〇/(422x t t /4)=31.90 MPa
对于Part D 和Part E 间的螺栓：A T V=6 25〇x 1〇/(522x t t /4)=29.43 MPa 结合（1)和(2)的计算结果，受剪强度起 主要控制作用。

4.3有限元模拟
利用ADINA 软件建立三维模型，如图4 所示。

钢材弹性模量取222 GPa ,泊松比0.3。

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港工技术与管理2020年第1
期
图4
自动脱钩系统三维模型
除螺栓外，其余部件用3D -Solid 单元，螺栓 采用梁单元，螺栓与部件之间采用刚性连接。

部件之间有重合面时，采用接触设置。

荷载
作用于节点，总节点力竖向合力为12.5t 。

为简 化计算，约束作用于模型顶部。

整个模型共有 47 124个节点。

为验证模型的准确性，以Part D 部件为 例，根据钢结构设计规范，其中部拉应力为 6 000x l 0x /(180x 30)=11.6MPa » 根据有限 元计算结果，中部位置节点沿F 向平均拉应 力为10_7 MPa ,两者误差为8%。

根据计算结果，部件A 的最大主应力(拉 应力)约为153 MPa ,最大剪应力约为81 MPa 〇 如图5所示。

经查《钢结构设计规范KGB 50017-2003),
部件A 为Q 345钢（厚度40 mm )对应的抗剪 强度设计值155 MPa ,因此，对于12.5 t 的重 物，其安全系数为155/81=1.91。

该构件设计安全可靠。

该钩体主要由3大部分组成，即钢丝绳、
(C )
图5自动脱钩系统部件A 的最大主应力及最大剪应力
47
自动脱钩本体、万向卡环。

而本体由钢板离子 切割成相应尺寸钢片（验算钢片的剪应力）， 节点使用25 t 成品卡环插销铰接。

本结构计 算简明，设计及工作原理简单。

扭王字块安装时，将钢丝绳下放指定扭 王字块，由辅助安装工人将索扣挂设受力钩 上，起吊时由于扭王字块自重自动紧锁扭王 字块，安装完成后下放吊机大钩，自动脱钩系 统由于自重处于松弛状态;利用吊机小钩由 吊机操作手在驾驶室独立完成脱钩，无需工 人辅助脱钩（图6)。

4.4实施效果
采用自动脱钩进行扭王字块安装，省却 了潜水员水下人工释放钢丝绳的过程，无需 安装好后等待潜水员下水解扣，可以提高安 装效率、简化安装程序，同时节省潜水员的相 关支出。

现场施工情况见图7。

5
扭王字块安装水下可视系统的开发应用本项目施工过程中水下扭王字块安装数 量较多，约5600块。

CLI 公司设计扭王字块 安装要求极为严苛，与一般工程中采用GPS 定位定点直接安放扭王字块不同，此安装过 程需保证扭王字块安装过程中搭接且互相紧 锁。

项目实施过程中开发应用了水下可视系 统(图8)，一系列的信号传输将水下安装情况 通过可视系统直接反馈至岸上施工班组。

图8水下可视系统成像
项目部通过多方案比选确定水下扭王字
块安装工艺，决定采用潜水员配合扭王字块 安装，并开发了水下可视系统，由原来潜水员 决定安装工序改进为项目部技术员主导安 装，潜水员根据指令响应，确保安装质量可控 的同时提高工效。

6
扭王字块安装工艺(1)
扭王字块在预制厂堆场由50 t 汽车
吊起吊装车，平板车运输至临时码头，再由
120 t 汽车吊堆放至平板驳上转运至安装现 场。

转运车辆在扭王字块与车辆接触处安装 橡胶垫，避免块体与车体碰撞。

(2) 防波堤堤顶停放180 t 履带吊进行 扭王字块的安装。

捆绑扭王字块的钢丝绳长 度L =2.15H (H 为扭王字块高度，L =吊索长+ 吊环长），能够捆绑块体且没有富余长度导致
-48 -港工技术与管理2020年第
1期
扭王字块在起吊过程中晃动，确保安装精度。

(3)
根据设计安装图选定安装的扭王字
块，用喷漆在块体上喷涂编号，方便潜水员水 下识别检查安装质量。

(4)
安装要求大部分块体要处于不同的
姿态。

在安装扭王字块前，由施工员根据以 安装的扭王字块情况,判定接下来安装扭王 字块的姿态，从9种姿态进行选择（图9)，发 出指令由工人按要求完成扭王字块起吊，严 禁采用同一姿态进行安装。

图9 9种吊装扭王字块姿态
(5) 进行水下部分扭王字块安装时，要
求能见度在0.5 m 以上，且浪高小于0.6 m 。

在安 装时，潜水员佩戴水下摄像头,将水下扭王字 块的形态传输至指挥中心的计算机屏幕上 (图10),施工员通过图像及潜水员的描述来 判断安装质量是否合格，同时确定下一块扭 王字块的安装姿态。

(6)
扭王字块安装定位系统:防波堤堤顶 停放1801履带吊进行扭王字块的安装，吊机吊 钩上焊接不锈钢螺丝用来安放GPS (图11),
图10水下摄像头传输扭王字块安装情况
图11位于吊钩上的GPS
吊机上的GPS 数据通过电台发送到操作室 内的串口服务器上。

在吊钩上的GPS 实时 反应扭王字块位置；串口服务器通过一根网
线和主控电脑连接。

吊机操作员根据监控电 脑上反应的坐标点位吊装扭王字块。

根据CLI 公司设计的扭王字块安装点位 图将扭王字块的坐标导入安装定位系统，安 装时吊钩上的GPS 在系统上显示实时的坐 标，吊机司机和技术员可以通过电脑屏幕上
的声纳系统和GPS 的点位显示来判断安装 是否合格，实时控制。

安装合格的通过自动 脱钩系统释放扭王字块完成安装，并记录下 实际安放坐标;不合格的调整姿态和位置，
符 合要求后截取屏幕图像进行安装记录。

-49
-
7扭王字块安装精细化控制
7.1扭王字块水下定点安装质量控制
要点
(1)
扭王字块的块体强度达到设计的 100%才能出运安装。

运输过程中，保证块体 不产生碰撞，避免造成块体断肢、边棱残缺等 现象，转运时采用专业吊带转运，严禁使用钢 丝绳施工。

(2)
在安装扭王字块前，检查垫层石的 厚度、坡度和表面平整度，垫层石的孔洞或凸 出部分不允许超过扭王字块尺寸的1/3。

不 符合要求的区域进行修整，待监理验收合格 后才能进行安装施工。

(3)
每次进行安装施工前对GPS 进行 检校，确保设备处于良好的工作状态,能准确 地定位扭王字块安装坐标。

(4) 第一排的扭王字块要求两条腿与一
个鼻子都处于平面上，鼻子朝向防波堤侧，并 且与坡脚线距离尽量靠近。

(5)第二排以上的扭王字块要求“三点
接触”，即n + 1排的扭王字块与下方左右两个
扭王字块要接触，并且接触到垫层石,保证扭 王字块联锁在一起。

7.2 “内插定区法”配合GPS 定位精确
控制密度
由于法国CLI 设计专利扭王字块对姿态
及精度控制的要求相对较高，为保证安装统 计准确性，采用“内插定区法”进行区域控制， 先根据设计坐标利用GPS 定位安装每个区 域1号扭王字块,再根据GPS 内插4、3、2号扭 王字块（图12)，这样同时能直接消除扭王字
块安装时形成的累计误差，保证扭王字块安 装过程中精度控制符合设计要求。

7.3绘制区域密度图进行密度控制
根据现场安装情况记录扭王字块安装坐
标，在CLI 公司设计扭王字块安装图分区图 中导入安装坐标点，将设计图纸和实际施工 的扭王字块中心点位分别用多段线连接起 来，根据理论的多段线面积除以实际多段线 面积来计算安装密度D p = (S 抑/S .嘛）x 1 〇〇%， 安放的允许偏差控制在95%~105%。

通过密 度图（图13)及精确计算，有效地确保了扭王 字块安装过程中精度控制。

根据CLI 公司扭 王字块安装规范及相关技术文件安装质量检 验标准，对姿态及精度严格控制，一定程度上保证了安装质量及施工成本的有效控制。

8
结束语
法国专利扭王字块ACCROPODE ™ II 安 装施工过程中，在施工质量与安全等方面存 在较大挑战。

项目部经现场细致考察、数据 分析和多次模拟推演，采用自动脱钩系统及 水下可视系统进行护面块体施工，将现有施 工平板驳及履带吊改造为吊机船，进而有效 克服了现场石料填筑加高及扭王字块连续施 工的难题，降低了船舶分次进点及分段施工
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港工技术与管理2020年第
1期
成本。

同时通过施工技术精细化控制，有效
地提尚护面工程施工质量。

参考文献
1钟雄华，陈国平，严士常，周雄，王聪.不同摆放方
式扭王字块体稳定性研究[J].水道港口，2016(5):
(上接第38页）
湿陷性黄土随着压实度不断增加，它的湿陷
性逐渐减小。

4总结
按照试夯确定的重锤夯实技术参数对湿
陷性黄土高填方路堤进行补强施工后，进一
步作黄土填料的击实试验和压实后路堤土体
的压实度、湿陷性等试验的研究，得出以下结
论：
(1)通过加强施工过程管控，采用分层 填筑碾压和每2m重锤夯实补强处理的施工
方法,高填方路堤的填料压实度显著提高，孔
隙比减小，施工效果显著；
(2) 土体在分层填筑碾压施工后，重锤
夯实补强使其压实度提高、孔隙率减小，随着
填方深度呈现周期性锯齿形曲线变化，变化
周期为重锤夯实补强的厚度，即2 m;
(3)通过上述压实度、孔隙率试验可以 看到，在100 kN*m的单击夯击能下，重锤夯479-483
2林晓，黄建阳.外海防波堤大规模扭王字块安装技 术与控制[J].施工技术,2014(S1):538〜541
3魏建雄，薛瑞龙，吕剑，高钢锤.新型C ore-LocK 护块体的安装施工技术[Jj.港工技术，2013(01): 46-48
实的影响深度为1.5~2 m,每填筑2 m夯实一 遍,可以达到预期的效果，且较为经济合理。

目前该段高填方路堤已填筑完成6个 月，路基质量良好，未出现大幅沉降、表面开 裂等病害，路基成型后沉降观测结果符合要 求，说明本次湿陷性黄土高填方路基填筑过 程中采用的常规分层填筑碾压和重锤夯实补 强相结合的施工方法，显著提高了路基压实 度，可较大程度减少填筑体的工后沉降。

参考文献
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2刘国红.高填方路基重锤夯击实践分析.山西建 筑,2010(1) :151~152
3景宏军，张斌.黄土路基强度规律.交通运输工程 学报，2004.4(02): 14〜18
4张林洪，吴华金.路基填筑施工技术.北京人民交 通出版社，2008
5巨玉文.黄土高填方路堤综合压实技术及沉降规 律.中国建筑工业出版社.北京,2017(3)
-5
1。