內(nèi)河水上移動平臺旋挖樁集成技術(shù)案例研究

楊帆 鄭潔

摘 要：灌注樁傳統(tǒng)的水上施工工藝存在水、陸交叉作業(yè)，水上需要搭設(shè)平臺、陸上需要建立臨時(shí)交通，對周邊條件要求高。由于航道建設(shè)存在里程長，周邊交通條件差，制約因素多，傳統(tǒng)的建設(shè)工藝已不適應(yīng)當(dāng)前的建設(shè)環(huán)境，迫切需要結(jié)合依水而建的項(xiàng)目特點(diǎn)，不斷改變和提升原有的施工設(shè)備和施工工藝。本文以某航道整治護(hù)岸工程為例，探討研究內(nèi)河水上移動平臺旋挖樁集成技術(shù)的施工方案，為類似灌注樁水上施工提供參考。

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁;旋挖;鉆機(jī);水上移動平臺;鉆具;減摩劑

現(xiàn)澆混凝土護(hù)岸結(jié)構(gòu)具有剛度大、承載能力強(qiáng)，后期易于維護(hù)的特點(diǎn)，在航道工程中得到了廣泛采用。目前，常見的現(xiàn)澆混凝土護(hù)岸結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆混凝土重力式擋墻和連排灌注樁兩種形式。當(dāng)擬建護(hù)岸周邊無建構(gòu)筑物，施工制約因素少，具備大范圍基坑開挖條件時(shí)，多采用現(xiàn)澆混凝土重力式擋墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)岸邊開挖范圍受限制，制約因素多時(shí)，為減少開挖范圍，保護(hù)周邊建筑物，多采用連排灌注樁護(hù)岸。

聯(lián)排灌注樁傳統(tǒng)的水上施工工藝存在水、陸交叉作業(yè)，水上需要搭設(shè)平臺、陸上需要建立臨時(shí)交通，對周邊條件要求高。由于航道建設(shè)存在里程長，周邊交通條件差，制約因素多[1]，傳統(tǒng)的建設(shè)工藝已不適應(yīng)當(dāng)前的建設(shè)環(huán)境，迫切需要結(jié)合依水而建的項(xiàng)目特點(diǎn)，不斷改變和提升原有的施工設(shè)備和施工工藝。本文以某航道整治護(hù)岸工程為例，探討研究內(nèi)河水上移動平臺旋挖樁集成技術(shù)的施工方案。

1工程概況

該航道整治已基本進(jìn)行了交工驗(yàn)收，僅剩下零星尾留段在施工，由于尾留段落兩岸均為廠區(qū)的重要設(shè)施，如若整治拓寬將造成一半以上的廠區(qū)停產(chǎn)（圖1），經(jīng)過數(shù)次論證暫時(shí)不具備拓寬條件。而老護(hù)岸破損較為嚴(yán)重，除了少量廠區(qū)進(jìn)行修復(fù)的護(hù)岸外，大多也受到船行波影響，水位變幅區(qū)掏空嚴(yán)重，還有部分護(hù)岸墻身已經(jīng)倒塌（圖2、3）。因此，對該段尾留航道老駁岸利用灌注樁進(jìn)行加固，并對河床進(jìn)行疏浚。

2地質(zhì)條件

據(jù)地勘揭露，中天鋼鐵段整個航段土質(zhì)從上至下為：1-2a粉質(zhì)粘土（f=120～140kPa）、2-1粘土（f=200～240kPa）、2-2粉質(zhì)粘土（f=130～140kPa）、2-3粉質(zhì)粘土（f=150～170kPa）。段落內(nèi)土質(zhì)均為硬質(zhì)粘土。

3設(shè)計(jì)加固方案

對于護(hù)岸受到船行波沖刷已倒塌段落，由于倒塌后水下有大量墻身塊石，故采用鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu)形式（圖4）。對于中底板埋深較淺，但現(xiàn)狀完好的老駁岸加固護(hù)岸，采用灌注樁+貼面的結(jié)構(gòu)型式（圖5）。

4施工工藝

結(jié)合本案例不具備岸側(cè)施工條件的特點(diǎn)，擬采用水上鉆孔灌注樁施工工藝。傳統(tǒng)水中灌注樁施工工藝一般采用水中平臺（或圍堰）+回旋鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)[2]，但是，該施工工藝存在下列問題：

（1）泥漿排放量大，解決泥漿排放對環(huán)境影響的難度較大;

（2）對于硬質(zhì)土層，回旋鉆成孔速度慢，施工效率低;

（3）占用水域面積大;

（4）施工船舶安全調(diào)度難度大;

（5）水上作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)較高。

因此，傳統(tǒng)的水上鉆孔灌注樁施工工藝無法滿足現(xiàn)在環(huán)保集約型施工技術(shù)的要求，針對傳統(tǒng)水上鉆孔灌注樁存在的問題展開研究，聚焦環(huán)保、集約型施工工藝的發(fā)展，提出旋挖式灌注樁水上施工工藝，通過旋挖工藝，抽離成孔過程中產(chǎn)生的泥漿，以避免傳統(tǒng)回旋鉆施工將泥漿直接排放至航道中，并且可以大幅提高硬質(zhì)土層中的成孔速度，提高施工效率[3]。體現(xiàn)了該施工工藝環(huán)保、集約的優(yōu)勢。

4.1旋挖鉆機(jī)及鉆頭型式的選型

采用 360挖機(jī)+SE-30旋挖鉆機(jī)改裝組合，通過拆除挖機(jī)小臂，在大臂上安裝旋挖鉆桿及動力系統(tǒng)，并在操作室內(nèi)加裝旋挖鉆孔控制系統(tǒng)，使之滿足旋挖鉆孔的需要。由于該型旋挖鉆保留了原挖機(jī)大臂，因此其旋轉(zhuǎn)半徑能達(dá)到4.3m左右，滿足在多功能平臺上施工作業(yè)的需要（圖6、7）。

初步選用了三種鉆頭型式進(jìn)行試樁：開瓣式筒鉆，短螺旋鉆和底開式筒鉆，結(jié)合現(xiàn)場試鉆，推薦筒徑為0.78cm、鉆齒傾角≤30°、進(jìn)渣孔口寬20cm的底開式筒鉆。

4.2水上移動施工平臺研究

經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)，通過在多功能船四邊加裝了定位樁以及在作業(yè)區(qū)一側(cè)船幫加裝兩個φ400 的抱箍裝置（其中一個固定，一個可縱向滑移）， 使多功能船能與預(yù)先打設(shè)的固定樁抱扣鎖緊，確保移動平臺的穩(wěn)定性不受船行波和鉆孔反作用力的影響。且平臺自身抗撞擊能力強(qiáng)，有效降低水上作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，為航道正常通航提供了保障（圖8、9）。

4.3 護(hù)筒選型及減摩方案研究

通過對雙護(hù)筒、鋼套箱+護(hù)筒、開瓣式護(hù)筒、護(hù)筒內(nèi)襯PE板、護(hù)筒內(nèi)刷減摩劑等方案的比選，選擇最佳的護(hù)筒方案。結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)，分析混凝土的冷卻硬化情況，以及成樁的完整性和成樁過程中的漏漿情況，分析護(hù)筒的拆卸時(shí)間、尺寸以及高度。最終采用上口內(nèi)徑0.82m，下口內(nèi)徑為0.85m，長3.75m的推拔式護(hù)筒。護(hù)筒埋設(shè)前應(yīng)烘干內(nèi)壁，涂刷減摩劑（圖10），護(hù)筒入土埋深≥1.5m。

4.4施工工藝應(yīng)用

案例共計(jì)2569根灌注樁，且施工段落航道口寬窄（整治后最窄處口寬僅57m），船舶流量大（日均流量800艘次），傳統(tǒng)水上灌注樁水上施工工藝不具備可行性。

采用前文所述的水上移動平臺旋挖樁集成技術(shù)研究成果，相較于傳統(tǒng)水上固定平臺+回旋鉆施工，實(shí)際有效工日較傳統(tǒng)施工工藝節(jié)省約55%，所需配套船舶約為回旋鉆施工所需船舶數(shù)量的一半，直接節(jié)約工程投資達(dá)到150萬元，具備良好的社會及經(jīng)濟(jì)效益。

4.5灌注樁水上旋挖工藝綜合效益實(shí)例分析

通過AHP層次分析法進(jìn)行綜合效益分析，直接效益評價(jià)可以通過施工技術(shù)、施工效率、方案綜合造價(jià)、社會影響、環(huán)境影響等指標(biāo)進(jìn)行;間接經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)可以通過行業(yè)帶動效應(yīng)、低碳效應(yīng)、示范效應(yīng)等指標(biāo)進(jìn)行。

對于工程實(shí)例，綜合評價(jià)的結(jié)果顯示傳統(tǒng)灌注樁施工工藝效益主要體現(xiàn)在直接效益，對行業(yè)帶動、節(jié)能減排的間接效益體系較弱。灌注樁水上旋挖工藝具有較好的示范效益，且直接效益和間接效益均良好。傳統(tǒng)灌注樁施工工藝屬于一般項(xiàng)目范圍。

4.6灌注樁水上旋挖工藝綜合效益適用性分析

在施工技術(shù)成功應(yīng)用在案例的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程的應(yīng)用情況，開展本施工工藝的適應(yīng)性分析。

（1）工程地質(zhì)：案例工程的土質(zhì)為粉質(zhì)粘土+粉砂，采用筒鉆取得了較好的成孔效果。而江蘇省內(nèi)河航道工程基本均為粉質(zhì)黏土和粉砂的地質(zhì)情況，因此，該施工工藝適應(yīng)省內(nèi)大部分航道的工程地質(zhì)條件。

（2）作業(yè)環(huán)境：案例工程岸側(cè)建筑過多，不具備陸上施工條件，并且施工期不斷航，現(xiàn)場水域條件有限。采用本施工工藝進(jìn)行施工，取得了良好的施工效果。因此，該施工工藝對于不具備岸側(cè)施工條件，進(jìn)出場道路以及水域條件受限的作業(yè)環(huán)境具有較大優(yōu)勢。

（3）通航凈空及水深：水上移動平臺+旋挖鉆機(jī)，在進(jìn)場時(shí)需滿足凈空尺度不小于5.5m，通航凈寬不小于10m，旋挖鉆機(jī)施工時(shí)，平臺船的吃水約為1.5m。因此，本專題的研究成果適用于現(xiàn)狀Ⅴ級及以上的航段。

5結(jié)語

通過本工程案例的分析，我們提出了包含旋挖鉆機(jī)，鉆具，水上移動平臺，護(hù)筒選型的一系列成套設(shè)備和集成技術(shù)。并對以上設(shè)備的選型、施工、適用性等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究應(yīng)用。形成了相關(guān)的成套設(shè)備和施工體系。并對其在內(nèi)河航道護(hù)岸應(yīng)用的綜合效益，建立了綜合評價(jià)體系。最終通過依托項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)段工程建設(shè)，通過實(shí)際設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工對研究成果進(jìn)行了驗(yàn)證和優(yōu)化，并對實(shí)際工程的綜合效益進(jìn)行了分析。

運(yùn)用內(nèi)河水上移動平臺旋挖樁集成技術(shù)作為內(nèi)河航道受限制段落航道灌注樁護(hù)岸的施工工藝，能夠有效縮短施工時(shí)間，減小對周邊環(huán)境的影響，減少施工水運(yùn)占用，減少人工和能耗，減小泥漿排放，減小水上作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。內(nèi)河水上移動平臺旋挖樁集成技術(shù)不僅可以直接應(yīng)用于依托工程，并且可為存在類似施工條件的內(nèi)河航道工程中應(yīng)用，具有廣闊的工程應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈保漢.水下混凝土灌注施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2002，31（3）：50-52.

[2]陸青濤.旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].技術(shù)與市場，2012，19（1）：24-25.

[3]沈保漢.旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁（續(xù)）[J].工程機(jī)械與維修，2012（10、12）.