拋石基床振動(dòng)夯平工藝及裝備研究與應(yīng)用

王翔，曲振華，馮甲鑫

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

拋石基床的整平作業(yè)可以采用人工整平或機(jī)械整平工藝。隨著國(guó)內(nèi)外水工工程的建設(shè)，涌現(xiàn)了多種形式的基床整平裝備，但其普遍存在著設(shè)備較大、調(diào)遣費(fèi)用較高等不足。因此目前基床整平作業(yè)依然廣泛采用人工整平，但人工整平也存在受限條件較多，整平質(zhì)量不夠穩(wěn)定，后續(xù)施工等待時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用不斷提高等問題。

為了解決目前所遇到的問題，研發(fā)應(yīng)用了振動(dòng)夯實(shí)整平工藝及裝備。

振動(dòng)夯實(shí)整平工藝是直接在拋石基床上進(jìn)行夯平[1-2]的工藝，該工藝將人工整平中的錘夯、細(xì)平層拋石與細(xì)平工序簡(jiǎn)化為夯平工序，將工序合三為一。

在基床細(xì)平施工中，國(guó)內(nèi)還沒有振動(dòng)夯實(shí)整平裝備應(yīng)用先例，本次依托青島萬達(dá)東方影都游艇碼頭堤岸及防波堤工程進(jìn)行了水下拋石基床振動(dòng)夯平工藝及裝備研究。

1 振動(dòng)夯實(shí)整平船設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)條件

作業(yè)水深：2～20 m；單個(gè)錘位面積：3 m2；單個(gè)船位夯平尺寸：10 m×1．76 m；石料規(guī)格：10～100 kg塊石；適應(yīng)拋石高差：±40 cm；整平精度：±5 cm。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

振動(dòng)夯實(shí)設(shè)備采用DZJ135電動(dòng)振動(dòng)錘，振動(dòng)夯實(shí)整平船設(shè)計(jì)[3-4]包括：船體、振動(dòng)結(jié)構(gòu)模塊、軌道結(jié)構(gòu)模塊、臺(tái)車結(jié)構(gòu)模塊，如圖1所示。

圖1 振動(dòng)夯平船結(jié)構(gòu)布置Fig.1 Structure layout of vibration tamping vessel

1） 振動(dòng)結(jié)構(gòu)

振動(dòng)結(jié)構(gòu)包括：振動(dòng)管、振動(dòng)錘、錘籠、夯板等。振動(dòng)結(jié)構(gòu)直接作用于拋石基床，通過振動(dòng)錘帶動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)拋石基床進(jìn)行振動(dòng)夯實(shí)。振動(dòng)結(jié)構(gòu)決定著夯平性能。如圖1所示。

2）臺(tái)車結(jié)構(gòu)

臺(tái)車結(jié)構(gòu)包括：振動(dòng)管約束結(jié)構(gòu)、臺(tái)車主體結(jié)構(gòu)、提升卷?yè)P(yáng)機(jī)、配重、換錘位卷?yè)P(yáng)機(jī)等。其作用為將振動(dòng)結(jié)構(gòu)根據(jù)施工工藝進(jìn)行移位。如圖1所示。

3）軌道結(jié)構(gòu)

軌道采用C形結(jié)構(gòu)，根據(jù)甲板載荷情況針對(duì)性設(shè)置4個(gè)軌道靴，以便能夠承受夯平結(jié)構(gòu)受力；軌道結(jié)構(gòu)是臺(tái)車的載體，與船體通過鎖固點(diǎn)相連接，具有工作和拖航兩種位置，如圖1、圖2所示。

圖2 拖航位置Fig.2 Towing position

2 工程應(yīng)用

本次典型施工區(qū)域?yàn)榉啦ǖ痰填^，距離陸地150 m，基床底地質(zhì)為粗礫砂。拋10～100 kg塊石，厚度4．9 m，基床頂寬度26 m，長(zhǎng)度44 m?；驳讟?biāo)高-13．2 m，沉箱底標(biāo)高-8．3 m，沉箱寬度22 m，基床無倒坡，石料分2層拋放，底層采用錘夯，頂層采用振動(dòng)夯平工藝，沉箱結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 沉箱結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Caisson structure diagram

2.1 施工工藝

施工工藝流程如圖4所示。

圖4 工藝流程圖Fig.4 Process flow chart

2.2 施工關(guān)鍵流程

1）確定頂層拋石標(biāo)高

頂層拋石標(biāo)高以第一個(gè)沉箱位置底層錘夯完的平均標(biāo)高為基礎(chǔ)進(jìn)行確定。夯實(shí)完底層平均標(biāo)高為-10．23 m。

頂層拋石厚度1．93 m，頂層拋石高差±40 cm，考慮夯實(shí)率 10%，實(shí)際拋石厚度 1．93/0．9=2．144 m，平均振沉深度0．214 m，拋石控制標(biāo)高-8．086 m。

2）拋石檢驗(yàn)

拋石完畢后多波束掃測(cè)，查看拋石標(biāo)高是否滿足要求，如圖5所示。

圖5 拋石完畢后多波束掃測(cè)結(jié)果Fig.5 Results of multi beam scanning after the end of the riprap

3）船舶定位

船舶定位按照研發(fā)的定位軟件要求進(jìn)行。

4）振動(dòng)結(jié)構(gòu)落至基床

振動(dòng)結(jié)構(gòu)落至基床后，打開提升卷?yè)P(yáng)機(jī)剎車，使鋼絲繩處于被動(dòng)受拉狀態(tài)。鋼絲繩狀態(tài)隨船舶姿態(tài)而變化。

5）夯平作業(yè)

船舶就位完成后開始夯平作業(yè)，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定后的標(biāo)高，自動(dòng)監(jiān)測(cè)高程，待夯實(shí)到達(dá)預(yù)設(shè)標(biāo)高后，系統(tǒng)自動(dòng)提升振動(dòng)結(jié)構(gòu)。

6）換錘位

按照預(yù)定搭接量，移動(dòng)臺(tái)車實(shí)現(xiàn)錘位變化。錘位搭接量可據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，以提高施工效率。

7）標(biāo)高自檢

完成船位內(nèi)的夯平工作后，也可以完成幾個(gè)船位后，利用振動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)高自檢。

8）換船位

按照施工順序調(diào)整船位，按照軟件進(jìn)行定位。

2.3 施工質(zhì)量

采用水準(zhǔn)儀驗(yàn)收，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)-8．3 m±0．05 m，驗(yàn)收數(shù)據(jù)分布如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)分布圖Fig.6 Data distribution map

驗(yàn)收有效數(shù)據(jù)144個(gè)，不合格點(diǎn)均為低點(diǎn)，共計(jì)11個(gè)（超出標(biāo)高區(qū)域點(diǎn)），合格率為92%。滿足施工規(guī)范要求。

3 結(jié)語

1）國(guó)內(nèi)首次研發(fā)了適用于拋石基床細(xì)平工序振動(dòng)夯平工藝與裝備，并成功應(yīng)用，水下拋石基床整平精度達(dá)到JTS 257—2008《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》[5]細(xì)平標(biāo)準(zhǔn)±5 cm的要求。

2）水下拋石基床振動(dòng)夯平工藝與裝備克服了傳統(tǒng)錘夯法工效低、爆夯法對(duì)環(huán)境影響大等問題，并且施工質(zhì)量可控。將人工整平中的錘夯、細(xì)平層拋石與細(xì)平工序簡(jiǎn)化為夯平工序，顯著提高了施工效率，降低了施工成本，有效保障了水下夯平質(zhì)量和作業(yè)安全。

3）研發(fā)的振動(dòng)夯平設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了基床整平裝備的小型化、組裝式，拆裝運(yùn)輸便捷，可集裝箱運(yùn)輸，造價(jià)低，減少了施工現(xiàn)場(chǎng)船舶種類和數(shù)量。

4）本次研究所形成的水下拋石基床振動(dòng)夯平工藝與裝備加速了我國(guó)拋石基床施工技術(shù)的發(fā)展，為基床整平提供了一種新工藝。