船舶側擺式攪拌樁機施工水上軟基處理工程的經(jīng)濟效益分析

李得寧 中交四航局第二工程有限公司

于建國 中交第四航務工程局有限公司

海上深層水泥攪拌樁（DCM）工藝，可有效增強海床以下軟弱污泥的強度，形成穩(wěn)固的復合地基，為上部海堤及填海拓地工程施工贏得寶貴的時間。深圳機場三跑道擴建工程場域陸地形成及軟基處理工程（簡稱深圳三跑道工程），因施工海域的通航孔通航能力限制，不具備重型DCM船舶進場作業(yè)的條件。深圳三跑道工程項目組根據(jù)現(xiàn)場限制條件制定了《外海堤水泥攪拌樁船舶法施工方案》，在此項目的實施期間船舶法施工方案充分發(fā)揮船舶進場快、移船速度快、樁位定位更精確、施工效率高等優(yōu)勢，在深圳三跑道工程中發(fā)揮了重要作用。

為總結船舶側擺式攪拌樁機在水上軟基處理工程的經(jīng)濟效益，本文結合深圳三跑道工程外海堤軟基處工程船舶法及平臺法施工情況，對其進行經(jīng)濟效益分析，為類似水上軟基處理工程施工提供參考。

1.項目概況

某項目采用海上吹填造地形式擴建一條機場跑道，擴建跑道的外海堤總長7437.7m，分為外海堤斜坡段和外海堤直立段。斜坡段淤泥厚度在3m內的區(qū)段采用推填擠淤的方式；淤泥厚度1m內的區(qū)段采用拋石擠淤的方式；淤泥厚度1～8m的區(qū)段采用挖除淤泥的方式；局部淤泥厚度超過8m的區(qū)段采用水上水泥攪拌樁加固地基。直立段基礎處理采用水泥攪拌樁加固地基：攪拌樁直徑0.7m，格柵形布置。樁位平面布置如圖1所示。

圖1 水泥攪拌樁平面布置示意圖

2.船舶法施工方案

2.1 條件限制

本工程施工水域西側為既有沿江高速大橋，僅有一個蝦山涌通航孔可通航，其限寬48m，限高9.5m，在設計通航最高水位下，內河船舶通過蝦山涌通航孔時，船舶水位線以上高度應≦7.95m。按相關規(guī)定此通航孔通航能力最大僅為1000t，故只能采用1000噸級以下，某種固定尺寸的船型，該類船舶在市場已經(jīng)較為少有。

2.2 船機設備配置情況

船舶側擺式攪拌樁機（簡稱“船舶法”）的主要船機設備配置有自航平板駁船、錨艇、交通船、SBJⅡ型雙軸雙向水泥攪拌樁機、制漿機、臥式水泥罐、儲漿罐、壓漿泵、發(fā)電機等。船舶機械及施工人員配置如表1、表2所示。

表1 船舶機械配置

表2 施工人員配置

2.3 船舶及攪拌樁機設備簡介

現(xiàn)場水泥攪拌樁船采用1000t級平板駁船（船長49m，船寬14m，船高11m，吃水深度1.5m），水面固定采用艏艉四條錨（八字錨或交叉錨）和4根定位樁聯(lián)合定位，必要時也可用前后共六條錨進行固定，以最大化減少前后左右搖晃，確保船體穩(wěn)定。在每艘船一側布置3臺雙軸攪拌樁機，并設置1套注漿系統(tǒng)（包括1臺發(fā)電機、2個6m3儲漿罐及6臺壓漿泵），相關布置情況如圖2、圖3所示。

圖2 平板駁船水泥攪拌樁船布置示意圖

圖3 平板駁船水泥攪拌樁船側面示意圖

2.4 船舶法施工工藝

水泥攪拌樁船進入施工區(qū)域，采用順岸布置（或丁岸布置），先艏艉拋八字錨定位（也可拋交叉錨），精調船位后再下插四角定位樁進行剛性定位。施工時，沿外海堤長度方向同向推進，每打完一段作業(yè)范圍攪拌樁后，再通過鉸錨的方式使水泥攪拌樁船橫向移動，水泥攪拌樁樁位采用GPS放樣定位。水泥攪拌樁船施工過程中，因受漲落潮影響施工區(qū)域水位不斷變化，須安排專職人員利用水坨測定實時水深，調整樁機動力頭下沉深度，確保滿足設計樁長要求。實際施工工藝如圖4所示。

圖4 水泥攪拌樁工藝流程圖

3.船舶施工法作業(yè)功效分析

該水上水泥攪拌樁工程從2021年9月1日至2022年3月29日，采用船舶法已施工458092.10m，采用平臺法已施工278885.7m。經(jīng)過現(xiàn)場施工總結，船舶法相比傳統(tǒng)平臺法施工具有以下特點：

3.1 施工特點

3.1.1 前期進場速度快

深圳三跑道工程附近有碼頭可以使用，平板駁船進場后靠碼頭即可開始組裝，將3臺雙軸攪拌樁機通過岸上吊運至甲板，15天即可完成樁機、注漿系統(tǒng)、定位系統(tǒng)的安裝。

3.1.2 移船快、定位準、效率高

通過八字錨鉸纜進行初步的快速移位，再根據(jù)測量結果使用定位樁進行精準定位，可達到縮短移船時間，提高施工效率的目的。

3.1.3 安全性較高

海上風浪劇烈，船舶法平面布置所示，等同于陸地施工，人員落水風險較小。平臺法底部為框架結構，雖沿框架邊緣設有專門的人行通道，但仍存在較高的落水風險。

3.1.4 局限性

臺風期防臺工作啟動前4天，需要將攪拌樁樁機的樁架拆除放倒，船舶再行駛到避風錨地進行防臺。受臺風時間長短影響，將減少相應的工作時間。本次論述的配置方案僅適合一定風浪下較為寬闊的海域。

3.2 經(jīng)濟效益分析

3.2.1 人工費分析

船舶法施工時，單艘船舶需要1位班組長，1位測量員，2位拌漿工，2位注漿工，3位樁機操作手，共計9人，平均每臺樁機占用3人。平臺法施工時，單個平臺需要1位班組長，1位測量員，2位拌漿工，2位注漿工，2位樁機操作手，共計8人，平均每臺樁機占用4人。經(jīng)測算水泥攪拌樁船舶法單臺樁機人工成本約3.16元/m，水泥攪拌樁船舶法單臺樁機人工成本約4.63元/m，船舶法較平臺法施工人工費減少1.47元/m，具體成本對比分析如表3所示。

表3 水泥攪拌樁船舶法與平臺法人工成本對比

3.2.2 船機設備及材料費

經(jīng)統(tǒng)計測算，實際施工時因工藝不同而配置的發(fā)電機型號、功率不同，燃油消耗成本基本相同；海上施工所需的交通艇、加水船、后臺制漿鋼平臺屬共用性質，成本基本相同；相同之處不做分析對比。

水泥攪拌樁船舶法與平臺法施工的不同之處在于，船舶法施工主要由船舶租賃費（自帶錨艇）、船舶燃油費、定位樁改造費組成；平臺法施工主要由鋼管樁材料費、型鋼材料費、平臺施打勞務費組成。在工程量固定的情況下，船舶法屬于動態(tài)成本，受船舶租金上漲、工期延長等影響成本將隨之增加。平臺法施工屬于固定成本，受鋼材價格影響較大，隨時間增加，攤銷成本逐漸降低。根據(jù)綜合計算，船舶法施工直接成本約1.32元/m/臺；平臺法直接成本約5.12元/m/臺；具體成本差異分析如表4所示。

表4 船舶法與平臺法投入成本差異對比

根據(jù)以上各項成本分析，該水上水泥攪拌樁施工船舶法與傳統(tǒng)平臺法施工直接成本對照如表5所示。

表5 施工直接成本對比

4.結語

船舶側擺式攪拌樁機可實現(xiàn)快速移動船舶并進行精準定位，極大的縮短了定位時間，移動—定位時間較平臺法縮短約1.5～2.2h；同時船舶法不需要等待平臺二次搭拆，可大大節(jié)約非施工時間，極大縮短了工序的銜接時間。船舶法施工在節(jié)約5.27元/m的施工直接成本下，又極大的提升了水上攪拌樁施工效率。在不考慮其他影響因素情況下，采用船舶法施工可較傳統(tǒng)平臺法可提高50個工作日，對于縮短整體工期，降低施工成本具有重大意義。且當不存在通航限制時可采用更為大型的船舶配置方案，可達到以更高施工效率、降低更多施工成本的目的。

綜上所述，船舶側擺式攪拌樁機在一定風浪下的寬闊海域施工過程中具備良好的綜合效益，尤其對水上軟基處理工程施工過程中的安全性、整體進度、降低成本有較大提升，對類似水上軟基處理工程具有借鑒意義。