長(zhǎng)江中上游內(nèi)河港口港池開挖施工工藝選擇及其經(jīng)濟(jì)分析

陸高飛 中交四航局第三工程有限公司

1.工程概況

1.1 基本情況

宜賓港志城作業(yè)區(qū)散貨泊位工程位于宜賓市合江門下游約15km的長(zhǎng)江北岸，共建設(shè)有3個(gè)1000t級(jí)（兼顧3000t級(jí)）散貨泊位；設(shè)計(jì)年吞吐量為550×104t，結(jié)構(gòu)形式為框架直立式碼頭，基礎(chǔ)為灌注樁樁基礎(chǔ)。

散貨泊位工程前沿港池區(qū)域總長(zhǎng)約400m，總寬度約50m，開挖底高程為252.15m，超挖深度為0.4m，其中共需開挖土方約為40000m3，平均開挖厚度約2m，共需開挖石方約為8000m3，石方由砂巖和泥巖組成，分部在碼頭前沿共3個(gè)區(qū)域，分別為巖石A區(qū)，該區(qū)域巖層開挖厚度為0～3m，從岸側(cè)往江濱側(cè)逐步降低，巖石B區(qū)與A區(qū)厚度基本一致，坡度稍緩，巖層C區(qū)巖層較薄，最厚處深度為1.5m。

施工區(qū)域汛期平均水位（5～10月份）為264m，枯期平均水位約為258m（11～4月份），港池開挖施工擬計(jì)劃在枯期實(shí)施。

1.2 地質(zhì)情況

根據(jù)工程地質(zhì)資料，本工程港池區(qū)域的土方均為中密實(shí)狀態(tài)的卵石土，巖石分為砂巖和粉砂質(zhì)泥巖兩類，泥巖為強(qiáng)風(fēng)化，飽水抗壓強(qiáng)度約10MPa，砂巖基本為中風(fēng)化砂巖，飽水抗壓強(qiáng)度約為20～25MPa，強(qiáng)度較高。

1.3 工程特點(diǎn)

常規(guī)內(nèi)河疏浚工程均可直接進(jìn)場(chǎng)疏浚作業(yè)，內(nèi)河碼頭港池疏浚需結(jié)合碼頭建設(shè)，綜合考慮施工安排及工藝選擇，其特點(diǎn)如下：內(nèi)河碼頭樁基及承臺(tái)的常規(guī)施工方法是筑島圍堰法，土石圍堰所處區(qū)域也在港池開挖范圍內(nèi)，故港池開挖工程均是在樁基承臺(tái)施工完成后，采用陸上挖掘機(jī)械再將原圍堰拆除后再進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行港池開挖疏浚作業(yè)。

2.港池開挖工藝選擇

本工程的主要難點(diǎn)是港池區(qū)域巖石的開挖方式的選取，目前長(zhǎng)江中上游及其支流流域內(nèi)航道整治及內(nèi)河港口工程中常用的水下開挖石方有如下三種方法：

2.1 鉆爆法

長(zhǎng)江中上游炸礁工程常采用的爆破方式是運(yùn)用專門的鉆空炸礁船，在船上完成鉆孔，裝藥、布設(shè)導(dǎo)爆裝置，在船駛離至安全區(qū)域后爆破的方式。鉆爆法炸礁施工效率較高，但對(duì)周邊構(gòu)筑物震動(dòng)影響大，在施工時(shí)需對(duì)航道進(jìn)行封航且對(duì)水下生物影響大，不利于環(huán)保。由于本項(xiàng)目所處位置為長(zhǎng)江生態(tài)保護(hù)核心區(qū)，環(huán)保部門禁止在水下爆破。另外由于該段航道較為繁忙，辦理爆破手續(xù)非常困難，且本項(xiàng)目港池開挖需在樁基及承臺(tái)施工完成后才能施工，而樁基于承臺(tái)緊挨著需開挖的石方，采取爆破法其震動(dòng)將危及樁基承臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全。綜上所述，故本項(xiàng)目無(wú)法采用鉆爆開挖的方式。

2.2 重錘碎巖法

重錘碎巖法是將挖泥船抓斗更換為碎巖錘，利用碎巖錘來(lái)?yè)舸驇r石，能夠使巖石破碎。在應(yīng)用重錘碎巖法施工時(shí)，在挖泥船組上增加配置一個(gè)碎巖錘即可，另外施工時(shí)對(duì)航道影響較小，重錘敲擊的過(guò)程中不會(huì)對(duì)周邊建筑物產(chǎn)生極大的影響，也不會(huì)對(duì)水下生物具有較大的影響。但因碎巖錘質(zhì)量較大，其只能配套使用4m3挖泥船，而該挖泥船作業(yè)要求水深＞4m，故在枯水期無(wú)法開挖靠按側(cè)部分巖石，另外本區(qū)域港池巖石區(qū)大部分區(qū)域挖深不到一米，采取此方法效率過(guò)低。綜合分析下本項(xiàng)目無(wú)法采用此方法。

2.3 液壓破碎錘水下鑿巖法

為解決水下機(jī)械鑿巖難題，瑞典阿特拉斯·科普柯集團(tuán)發(fā)明了可用于水下鑿巖的液壓破碎錘HB4100型破碎錘，該破碎錘與其生產(chǎn)的空壓機(jī)配套使用后可確保其在水下有效作業(yè)。將此破碎錘安裝在液壓挖掘機(jī)上即可進(jìn)行機(jī)械鑿巖作業(yè)，液壓挖掘機(jī)可采用14m長(zhǎng)臂挖機(jī)，該挖機(jī)固定在帶定位樁的特制平板駁上，其下臂可深入水中6m，錘頭長(zhǎng)度2m，最大可鑿巖深度達(dá)到8m，此方法在作業(yè)時(shí)不會(huì)對(duì)航道往來(lái)船只產(chǎn)生影響，對(duì)周邊構(gòu)筑物及水下生物基本無(wú)影響，故本項(xiàng)目石方較適合采用該方法進(jìn)行破碎開挖。

通過(guò)綜合分析，本項(xiàng)目港池開挖僅能采取第三種方法，即挖掘機(jī)在駁船上固定后用挖掘機(jī)清除卵石土，再換水下專用液壓破碎錘進(jìn)行鑿巖，鑿巖后再換鏟斗進(jìn)行清渣。

3.施工工藝經(jīng)濟(jì)分析

通過(guò)前述分析，本項(xiàng)目巖石開挖僅能采用液壓破碎錘水下鑿巖法，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研以及結(jié)合其他項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此工藝下的水下鑿巖費(fèi)用進(jìn)行測(cè)定：完成本項(xiàng)目港池石方開挖總成本將達(dá)到475萬(wàn)元，由于本項(xiàng)目投標(biāo)報(bào)價(jià)是按照水下鉆爆工藝報(bào)價(jià)，投標(biāo)總價(jià)僅160萬(wàn)元，如采取此工藝項(xiàng)目將產(chǎn)生巨大虧損。

單價(jià)過(guò)高的主要原因在于施工效率過(guò)低，其原因由如下四方面：（1）水下鑿巖不可視，操作人員只能憑感覺，無(wú)法有效選取合適位置進(jìn)行開鑿；（2）液壓挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)要求駁船特別穩(wěn)定，只能采用定位樁固定駁船，無(wú)法像普通挖泥船采用帶纜作業(yè)，導(dǎo)致其每次開鑿范圍僅限于駁船周邊，開鑿?fù)旰笥忠匦露ㄎ?；?）水下液壓破碎錘因用途較少，其市場(chǎng)租賃單價(jià)過(guò)高；（4）本項(xiàng)目巖層較薄，單次固定后工作量過(guò)少，船只需頻繁移動(dòng)定位。

4.優(yōu)化后施工工藝

通過(guò)上述分析可知，如要減少虧損，只能盡量減少水下鑿巖工程量，結(jié)合地勘資料及設(shè)計(jì)斷面圖，計(jì)算后發(fā)現(xiàn)本項(xiàng)目總量8000m3需開挖的石方中有7000m3分布在距離碼頭前沿15m范圍內(nèi)，即現(xiàn)有土石圍堰下方，該區(qū)域巖石頂標(biāo)高在254～255m之間，開挖厚度為2～3m，考慮到原設(shè)計(jì)土石圍堰需陸上進(jìn)行拆除，擬通過(guò)將原土石圍堰往江側(cè)翻挖填筑新圍堰的方式，利用原樁基承臺(tái)的筑島圍堰材料，以碼頭前沿線15m以外為新圍堰坡腳邊界線，內(nèi)側(cè)坡比按1∶1，圍堰頂寬度按2m，外側(cè)按1∶1.5的方式形成新的圍堰，因此圍堰底部所處區(qū)域?yàn)槭介_挖區(qū)，圍堰底部無(wú)滲水，翻挖填筑圍堰時(shí)只需按原設(shè)計(jì)填筑圍堰要求，做好堰體本身靠江一側(cè)的防水措施再輔以抽水泵抽水就可在堰體內(nèi)實(shí)現(xiàn)全過(guò)程干施工作業(yè)。

干施工作業(yè)環(huán)境下，此區(qū)域巖石采用常規(guī)的液壓挖掘機(jī)帶破碎頭即可機(jī)械鑿巖，石方破碎后采用液壓挖掘機(jī)直接挖除，施工效率將比水下開挖大幅提高，工程成本也將大幅下降。

本項(xiàng)目最終實(shí)際采取上述方案實(shí)施，選擇在2017年12月份至2018年1月份年度水位最低時(shí)期進(jìn)行翻挖填筑圍堰及機(jī)械鑿巖作業(yè)，圍堰翻挖總方量為約1.5×104m3，總機(jī)械費(fèi)用18萬(wàn)元，機(jī)械破碎共消耗破碎臺(tái)班110個(gè)，機(jī)械費(fèi)總計(jì)66萬(wàn)元，圍堰外止水用麻袋土護(hù)面共約720m3，總造價(jià)約6.4萬(wàn)元，抽水費(fèi)人工、電費(fèi)及水泵購(gòu)置費(fèi)用總計(jì)8.24萬(wàn)元，實(shí)際共破除巖石總方量為5500m3，巖石清運(yùn)費(fèi)用為11萬(wàn)元。綜上所述，上述5500m3石方開挖實(shí)際總成本為109.64萬(wàn)元，折合綜合單價(jià)為199.35元/m3，較直接采用水下鑿巖每m3可節(jié)約成本394.15元，總成本節(jié)約217萬(wàn)元。

由于開挖至253m標(biāo)高時(shí)，圍堰內(nèi)外水壓差變大，滲水速度已大于水泵抽水速度，圍堰內(nèi)剩余1500m3石方未能干施工開挖，該部分石方最終與圍堰底部及外部剩余石方在圍堰拆除后一并采用液壓破碎錘水下鑿巖破碎方式開挖，本項(xiàng)目港池開挖工作最終于2018年5月份完成，通過(guò)掃床后無(wú)淺點(diǎn)，順利通過(guò)交驗(yàn)。

5.結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)江中上游內(nèi)河碼頭港池開挖疏浚中如港池內(nèi)有石方需要開挖，雖然工程量較少，但由于水下作業(yè)的特殊性，如果施工工藝選擇錯(cuò)誤將可能會(huì)給給項(xiàng)目帶來(lái)巨大的虧損。本文闡述了在施工前如何通過(guò)方案比選及經(jīng)濟(jì)分析的方法為項(xiàng)目選取合理的施工工藝，以期節(jié)約工程造價(jià)，同時(shí)針對(duì)類似項(xiàng)目，如果只能采用水下液壓錘破碎工藝時(shí)，在投標(biāo)報(bào)價(jià)時(shí)需充分考慮其效率低下導(dǎo)致的單價(jià)極高的情況，以避免按照常規(guī)水下鉆爆法去盲目報(bào)價(jià)，進(jìn)而導(dǎo)致項(xiàng)目產(chǎn)生巨大虧損。