威海金線頂護(hù)岸工程施工方案及造價(jià)分析

許佳佳 趙津平

摘要： 大開挖換填方式是護(hù)岸軟基處理的常見方法。設(shè)計(jì)人員在常規(guī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上本著更為經(jīng)濟(jì)環(huán)保的原則，設(shè)計(jì)了擠密砂樁方案和淤泥固化樁方案，從可行性、施工方法、造價(jià)等方面進(jìn)行了比選和研究。

Abstract： Excavation and replacement method is a common method to soft foundation treatment of revetment. On the basis of conventional design， more economical and environment-friendly schemes is designed by engineers. They have designed the scheme of compaction sand pile and silt solidified pile， which have been selected and studied from the aspects of feasibility， construction method and cost.

關(guān)鍵詞： 環(huán)保；大開挖換填；擠密砂樁；淤泥固化樁

Key words： environmental protection；excavation and replacement method；compaction sand pile；silt solidified pile

中圖分類號(hào)：U656.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）14-0158-03

1 工程概況

威海市金線頂區(qū)域整體開發(fā)改造生態(tài)水上公園及游艇碼頭區(qū)護(hù)岸工程位于金線頂區(qū)域整體改造水上項(xiàng)目中突堤式半圓體防波堤的內(nèi)側(cè)，游艇碼頭北側(cè)，旅游碼頭南側(cè)。本工程設(shè)計(jì)理念為生態(tài)廊道，水工工程主要為景觀護(hù)岸，劃分為三個(gè)區(qū)域：生態(tài)步道區(qū)590m，陽(yáng)光沙灘區(qū)290m，漫步休閑區(qū)370m。

1.1 水文及波浪

本工程極端高水位：2.08m，設(shè)計(jì)高水位：1.15m；極端低水位：-2.38m，設(shè)計(jì)低水位： - 1.13m。

擬建工程處50年一遇波浪要素見表1。

1.2 地質(zhì)條件

根據(jù)工程周圍已有地質(zhì)鉆孔資料，該區(qū)域地層自上而下依次為： ①2淤泥質(zhì)黏土， ①1淤泥， ②2粉質(zhì)黏土， ③殘積土， ③1全風(fēng)化巖， ③2強(qiáng)風(fēng)化巖。

2 護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式、施工工藝及造價(jià)分析

本工程為重力式直立護(hù)岸，水下安裝預(yù)制混凝土方塊結(jié)構(gòu)和卸荷板之后現(xiàn)澆混凝土胸墻連成整體。 預(yù)制構(gòu)件為混凝土方塊結(jié)構(gòu)，方塊構(gòu)件可在距工程所在地2公里左右的固定預(yù)制廠進(jìn)行制作和堆放。

護(hù)岸施工首先進(jìn)行的是基礎(chǔ)的施工，在設(shè)計(jì)中對(duì)基礎(chǔ)的處理方式分別采用了大開挖換填、擠密砂樁、淤泥固化三種方案來進(jìn)行研究比選。

2.1 大開挖換填方案

基礎(chǔ)處理采用大開挖換填方案，這是一種比較常規(guī)且技術(shù)非常成熟的方案。 開挖換填方案的施工工序?yàn)椋?首先確定拋泥地點(diǎn)，在淤泥開挖后運(yùn)送至指定拋泥區(qū)域，由駁船拋填開山石和塊石形成水下基床。同時(shí)可以在預(yù)制場(chǎng)進(jìn)行方塊結(jié)構(gòu)和卸荷板結(jié)構(gòu)的預(yù)制工作，待預(yù)制完成后可以在基床上安放混凝土方塊及卸荷板。安裝完畢可拋填方塊后方的塊石，鋪設(shè)二片石墊層及倒濾層，然后現(xiàn)澆混凝土胸墻、路面等上部結(jié)構(gòu)。

大開挖換填方案施工工期約為每100米施工3～5天。這種施工工藝的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡(jiǎn)單成熟，工期短，應(yīng)用案例廣泛。但是大開挖換填方案石材用量大，占用后方陸域面積大，開挖的淤泥是否具有合理的拋泥點(diǎn)還有待商榷，并且現(xiàn)在地材等一系列材料都是屬于穩(wěn)步上漲的趨勢(shì)，是否經(jīng)濟(jì)合理也是設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)考慮的因素之一。結(jié)合設(shè)計(jì)斷面計(jì)算，造價(jià)也相對(duì)較高，約為每延米14.47萬元。

開挖換填方案結(jié)構(gòu)斷面見圖1。

2.2 擠密砂樁方案

擠密砂樁地基處理技術(shù)源自日本，是一種新型的施工工藝。國(guó)內(nèi)應(yīng)用案例較少，目前所熟知的使用該施工方法的案例工程有港珠澳大橋工程和深中通道工程等。其中港珠澳大橋工程是我國(guó)在外海區(qū)采用擠密砂樁軟基加固處理技術(shù)施工的首例。

擠密砂樁的施工主要由砂樁船、貯砂船、皮帶運(yùn)砂船、拖輪、起錨艇、交通船等施工船舶組成。施工時(shí)所需要的水域范圍：200m×400m，如圖2所示。

擠密砂樁施工工藝流程如下：

①啟動(dòng)海上SCP定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。提前在系統(tǒng)中輸入樁位的坐標(biāo)，然后從庫(kù)內(nèi)調(diào)出將要打設(shè)砂樁的數(shù)據(jù)，時(shí)刻關(guān)注目前位置，縮小與目標(biāo)位置的偏差引導(dǎo)砂樁船進(jìn)行精確定位。

②ASL砂面測(cè)量系統(tǒng)啟動(dòng)。在砂樁開始打設(shè)前，啟動(dòng)ASL砂面測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)時(shí)觀察并測(cè)量出套管內(nèi)砂面高度。

③水深、潮位輸入。打樁前，獲取并輸入水深和潮位，水深可由測(cè)深系統(tǒng)測(cè)量得到，潮位從海上SCP定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)讀取。

④提升高度和下砂長(zhǎng)度。根據(jù)不同區(qū)域擠密砂樁樁徑的不同，在打樁程序內(nèi)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

⑤壓力設(shè)置。根據(jù)計(jì)算出的壓力，每5m為一段，分段設(shè)置。

⑥數(shù)據(jù)傳送。設(shè)置完成程序參數(shù)，由主控電腦將數(shù)據(jù)發(fā)送到操作主機(jī)，這時(shí)操作人員可以開始打設(shè)砂樁。

⑦打設(shè)套管、管內(nèi)排水。當(dāng)套管位置與目標(biāo)位置偏差達(dá)到設(shè)計(jì)許可范圍內(nèi)后，開始沉放砂樁套管。當(dāng)套管底部接觸泥面時(shí)，開啟振動(dòng)錘以保證套管下沉過程中的垂直度。當(dāng)套管下沉至事先程序內(nèi)設(shè)置為水深的一半時(shí)，套管內(nèi)自動(dòng)加壓，同時(shí)手動(dòng)調(diào)整套管內(nèi)壓力目標(biāo)值。觀測(cè)監(jiān)視器，當(dāng)顯示套管內(nèi)水面高度剩余2m～3m時(shí)，可在持壓狀態(tài)下繼續(xù)沉管。

⑧加砂、提管排泥、打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。套管內(nèi)排水直至完成后，繼續(xù)沉放套管。套管進(jìn)入土層達(dá)到一定深度后，進(jìn)行套管內(nèi)灌砂工藝，繼續(xù)打設(shè)套管接近設(shè)計(jì)標(biāo)高，打開加壓閥加壓提管將管內(nèi)泥柱排出（泥柱排出量大約為套管內(nèi)砂面高度下降3m）。排泥完成后，關(guān)閉加壓閥，繼續(xù)打設(shè)套管至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

⑨提管、打回、逐段成樁。打設(shè)套管至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，提升套管至理論高度，同時(shí)管內(nèi)排出理論砂量，在土層中形成砂柱，然后控制套管向下打回，使砂柱擠密擴(kuò)徑，形成1m高擠密砂樁。繼續(xù)提管、打回多次循環(huán)，逐段形成砂樁，直至整根砂樁打設(shè)成。

打完砂樁后，基床拋石、上部方塊卸荷板安裝、現(xiàn)澆胸墻、倒濾層回填等施工做法和大開挖換填方案一致。

本工程可調(diào)用二公司砂樁3號(hào)船，船舶參數(shù)性能參照表2。

目前砂樁3號(hào)船在深中通道施工直徑1600mm的擠密砂樁，樁間距為1850mm，樁底標(biāo)高-33m至-37m，有效樁長(zhǎng)約14m，平均施工效率約30根/天，最大效率為36根/天，用砂量約1000方/天。

本工程中設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高約-16m，有效樁長(zhǎng)約10m，打設(shè)深度較深中通道淺，將設(shè)計(jì)參數(shù)按深中通道參數(shù)折算每一百延米約486根，按36根/天計(jì)算，有效工期14天，考慮砂樁船硬性損壞率約35%，施工工期約為每100米施工21天。

擠密砂樁地基處理估算成本約310元，不含砂的材料及運(yùn)輸費(fèi)用。如采用風(fēng)化砂（含泥量小于10%）每方約62元，水上運(yùn)輸費(fèi)用暫按15元/方。成本折合約387元/方。結(jié)合本工程設(shè)計(jì)斷面，計(jì)算造價(jià)為每延米13.94萬元。

擠密砂樁方案結(jié)構(gòu)斷面見圖3。

擠密砂樁地基處理技術(shù)原材料為中粗砂，相比同類型軟基處理工藝如水泥攪拌樁等，擠密砂樁施工工藝對(duì)環(huán)境污染較小，利于環(huán)境保護(hù)。而且擠密砂樁施工方法速度快，工序及質(zhì)量可控性好，地基加固效果明顯，對(duì)后繼工序的快速推進(jìn)十分有利。

但該施工方法存在以下問題：

①砂樁船系統(tǒng)為日文，沒有進(jìn)行漢化，出現(xiàn)問題后需請(qǐng)日本專家解決問題，人力費(fèi)用高，修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。

②設(shè)備配件易磨損（例如：上下?lián)醢?、套管上的加?qiáng)螺絲等），部分配件需向日本進(jìn)口，配件價(jià)格高、購(gòu)買周期長(zhǎng)。

③砂樁標(biāo)貫檢測(cè)需要使用砂樁船做為平臺(tái)，檢測(cè)效率低，檢測(cè)需要的船機(jī)配合費(fèi)用高。

2.3 淤泥固化樁方案

淤泥固化樁軟基加固技術(shù)也是目前比較先進(jìn)的軟基處理方式。 這種技術(shù)非常環(huán)保，可以最大限度的就地取材。與打設(shè)傳統(tǒng)的鋼筋混凝土樁比較，可以節(jié)省很多鋼材，投資也是更為經(jīng)濟(jì)。

淤泥固化樁施工工藝流程大致為：設(shè)備調(diào)試—設(shè)備就位—供漿試驗(yàn)—下鉆噴漿攪拌—提升噴漿攪拌—復(fù)攪—移位。

設(shè)備調(diào)試要求每1cm厚土層均勻攪拌26次以上，調(diào)節(jié)設(shè)定設(shè)備的下鉆與提升速度。然后根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖紙確定相應(yīng)施工的區(qū)位和機(jī)位并控制施工邊線。這時(shí)進(jìn)行供漿試驗(yàn)，為保證漿劑的輸送暢通，供漿試驗(yàn)需等所有設(shè)備就位，然后開啟高壓泵進(jìn)行試噴。啟動(dòng)馬達(dá)（攪拌樁馬達(dá)及升降馬達(dá)），攪拌頭沿著導(dǎo)向架下鉆，邊噴漿、邊下鉆攪拌，嚴(yán)格控制下鉆的速度與噴漿的流量。為了保證固化劑材料與土體之間充分拌和，需攪拌下沉到設(shè)計(jì)深度，定噴完成后，提升復(fù)噴攪拌，邊噴漿、邊提升攪拌，嚴(yán)格控制下鉆速度。當(dāng)上升到工作基準(zhǔn)面后停止噴漿攪拌。重復(fù)一次下鉆、提升攪拌，只進(jìn)行二次攪拌不噴漿，下鉆和提升的速度與第一次相同，以保證軟土層與固化劑材料之間攪拌均勻。固化機(jī)設(shè)備移至進(jìn)行下一樁位，重復(fù)下鉆噴漿攪拌、提升噴漿攪拌、復(fù)攪的工序。打完淤泥固化樁后，基床拋石、上部方塊卸荷板安裝、現(xiàn)澆胸墻、倒濾層回填等施工做法和大開挖換填方案一致。

可以看出，淤泥固化地基處理方法和擠密砂樁處理類似，施工時(shí)都需要使用專業(yè)的施工設(shè)備且需進(jìn)行典型施工并結(jié)合檢測(cè)確定處理效果是否達(dá)到要求。

本工程固化樁強(qiáng)度指標(biāo)1MPa，固化劑摻入量暫定15%，42.5水泥暫定600元/t，套用水利水電建筑工程預(yù)算定額，則淤泥固化樁單價(jià)287.2元/m3。綜合考慮，本工程單價(jià)采用為310元/m3（設(shè)備進(jìn)退場(chǎng)費(fèi)另計(jì)，大約55萬/艘船），結(jié)合設(shè)計(jì)斷面計(jì)算約為每延米14.07萬元。施工工期經(jīng)核算約為每100米施工40天。

淤泥固化方案結(jié)構(gòu)斷面見圖4。

3 結(jié)論

通過三個(gè)方案的比選研究可以看出，傳統(tǒng)的大開挖換填地基處理方式技術(shù)成熟，施工簡(jiǎn)單，對(duì)施工隊(duì)伍的專業(yè)化程度要求不高。擠密砂樁和淤泥固化樁都需要用到專業(yè)的施工設(shè)備，對(duì)施工隊(duì)伍的專業(yè)化程度要求較高，工程開工時(shí)施工設(shè)備是否可以到位也是決策時(shí)需要考慮的因素之一。但是這兩種地基處理方式都相對(duì)環(huán)保經(jīng)濟(jì)，也是今后港口建設(shè)的趨勢(shì)。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，港口建設(shè)也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，這要求港口設(shè)計(jì)人員要不斷提升自己勇于創(chuàng)新。綠色港口的建設(shè)理念應(yīng)貫穿于一項(xiàng)工程從策劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)到竣工交付使用的全過程。在策劃設(shè)計(jì)階段尤為重要，前人栽樹后人乘涼，我們發(fā)展經(jīng)濟(jì)不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)，可持續(xù)發(fā)展才是硬道理。設(shè)計(jì)者應(yīng)在常規(guī)的設(shè)計(jì)理念方法下，思考是否有更為環(huán)保經(jīng)濟(jì)的方法來建設(shè)一項(xiàng)工程。

參考文獻(xiàn)：

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