利用平臺船施工作業(yè)水上灌注樁

潘亮亮，李彥林

（1.中交二航院工程咨詢監(jiān)理有限公司，武漢430000 ;2.國投哈密風(fēng)電有限公司，新疆 哈密 839000）

1 引言

在碼頭工程中，水上灌注樁施工主要是搭設(shè)施工平臺進(jìn)行施工，施工平臺可采用筑島平臺、樁基平臺、浮式平臺、移動式自升平臺和導(dǎo)管架平臺等形式。樁位處于淺水區(qū)且地層土質(zhì)較好時(shí)，可采用筑島平臺；樁位處于深水區(qū)時(shí)，可采用樁基平臺；樁位處于水流速度小且流態(tài)穩(wěn)定、水位升降緩慢和風(fēng)浪不大的水域時(shí)，可采用浮式平臺[1]；樁位處于風(fēng)浪和潮差較大的水域時(shí)，可采用移動式自升平臺；水深、風(fēng)浪較大時(shí)，可采用導(dǎo)管架平臺?？ㄎ髂犯廴济弘娬敬a頭為7 萬噸級高樁梁板式卸煤碼頭，位于巴基斯坦南海岸，處于三角洲潮汐通道內(nèi)，主要采用平臺船（移動式自升降平臺）進(jìn)行水上灌注樁施工，本文對該施工中的控制點(diǎn)、成本估算、進(jìn)度分析做簡要分析。

2 工程案例

2.1 工程概況

卡西姆卸煤碼頭主體長280 m，寬23 m，為高樁梁板式結(jié)構(gòu)，排架間距為8 m，每榀排架布置4 根直樁，兩排架之間前后軌道梁下各加設(shè)1 根樁；上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆橫縱梁、疊合（預(yù)制加現(xiàn)澆）面板的型式；碼頭設(shè)計(jì)高水位為+3.4 m，設(shè)計(jì)低水位為0.0 m。碼頭樁基結(jié)構(gòu)部分，樁設(shè)計(jì)直徑1 200 mm，護(hù)筒內(nèi)徑1 300 mm，護(hù)筒以下最小樁徑1 200 mm。碼頭工程施工中，平臺船用于進(jìn)行水上灌注樁鋼護(hù)筒的施打、混凝土灌注樁鉆孔、澆筑等工序施工。碼頭及引橋樁基工程量如表1 所示。

表1 碼頭及引橋樁基工程量表

2.2 工程特點(diǎn)

本工程為高樁梁板碼頭，樁基均為水上鉆孔灌注樁，施工作業(yè)受施工區(qū)域漲、落潮及風(fēng)浪影響，為保證工程的順利進(jìn)行，采用平臺船進(jìn)行灌注樁施工作業(yè)。施工過程中需對大風(fēng)大浪天氣進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，確保防風(fēng)、防浪措施落實(shí)到位。

平臺船上施工作業(yè)面較狹窄，需同時(shí)容納150 t 履帶吊和80 t 旋挖鉆機(jī)進(jìn)行作業(yè)，且經(jīng)常需要進(jìn)行交叉作業(yè)施工，施工組織、協(xié)調(diào)要求高；平臺船移位及打護(hù)筒過程需多次定位；護(hù)筒及鋼筋籠運(yùn)輸過程，船舶需在狹窄水域?？?；鋼護(hù)筒沉設(shè)完成后的鉆孔清渣時(shí)，需泥駁配合輔助棄土。

3 平臺船施工中控制點(diǎn)

3.1 施工范圍、平面布置

本工程平臺船施工的范圍為碼頭的7#～37#排架（1#～6a#排架及引橋?yàn)榇钤O(shè)鋼平臺施工灌注樁），按從西向東的方向行進(jìn)，鋼護(hù)筒打設(shè)、鉆孔、清孔及混凝土灌注施工均利用平臺船進(jìn)行[2]。碼頭灌注樁平臺船施工平面布置圖如圖1 所示。

圖1 碼頭灌注樁平臺船施工平面布置示意圖

3.2 施工工藝及流程

平臺船組裝→施工測量→平臺船粗定位→平臺船精確定位→導(dǎo)向架定位→吊鋼護(hù)筒入抱樁器→鋼護(hù)筒調(diào)整定位→吊錘施打→鉆孔、清孔及灌注→穩(wěn)樁→平臺船移位。

利用平臺船施工灌注樁混凝土灌注與其他方式施工灌注樁主要工藝基本相同。

3.3 施工控制要點(diǎn)

1）做好施工組織和協(xié)調(diào)，避免不同工序之間的相互干擾。護(hù)筒及鋼筋籠運(yùn)輸船舶在平臺船?？繒r(shí)，平臺船長需做好指揮工作，確保施工的順利進(jìn)行。

2）鋼筋籠安放前需對鋼筋籠制作質(zhì)量進(jìn)行檢查，鋼筋的規(guī)格、數(shù)量、鋼筋籠長度等是否符合設(shè)計(jì)要求，焊接質(zhì)量是否滿足規(guī)范要求等，并做好相應(yīng)的記錄。

3）檢查樁基定位精度是否滿足設(shè)計(jì)要求，水上樁基定位需采用多次定位和調(diào)整的方式進(jìn)行。先采用GPS 進(jìn)行粗定位，樁基精確定位由岸上2 臺全站儀控制，采用固定控制點(diǎn)前方任意角度交會進(jìn)行定位，保證前方交會角度在60°～120°，以80°～100°為最佳。

4）平臺船上鉆孔過程中，需保證孔內(nèi)泥漿面高于孔外水位1.5～2 m，防止塌孔；泥駁要隨時(shí)就位，嚴(yán)禁渣土直接傾倒入海，清孔過程中應(yīng)做好泥漿收集處理工作，避免泥漿泄漏污染環(huán)境。清孔完成后需對孔深、沉渣厚度進(jìn)行檢查，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求后，對鋼筋籠安放情況進(jìn)行檢查，是否按設(shè)計(jì)要求安放、四周保護(hù)層是否滿足設(shè)計(jì)要求等。

5）水下混凝土必須連續(xù)灌注，混凝土的首次灌注應(yīng)保證導(dǎo)管埋置深度不小于1.0 m，混凝土灌注過程中，埋管深度宜為2～6 m。水下混凝土灌注尤為重要，應(yīng)全程旁站，并做好記錄，重點(diǎn)檢查混凝土配合比通知單、檢測坍落度是否滿足設(shè)計(jì)要求；檢查料斗首灌混凝土方量能否保證導(dǎo)管埋深不小于1.0 m等；灌注過程中埋管深度宜為2～6 m，以保證導(dǎo)管能正常上提。

6）灌注樁灌注完成后，應(yīng)督促施工單位盡快采取措施，保證相鄰的樁基連接成整體，減少風(fēng)浪對樁基質(zhì)量的影響。

3.4 平臺船施工安全注意事項(xiàng)

1）對于降平臺、拖航、預(yù)壓、升平臺整個(gè)作業(yè)過程，應(yīng)確保海況良好，適合于風(fēng)浪較小，有掩護(hù)的海域或水域。

2）在平臺升降過程中，為保證安全，所有人員的手和衣物等應(yīng)遠(yuǎn)離升降插銷、導(dǎo)軌以及其他可移動的部件。

3）實(shí)時(shí)監(jiān)測樁腿與船體連接處附件樁腿上的可視標(biāo)志，以及升降設(shè)備上的載荷；如果提升樁腿時(shí)出現(xiàn)阻力增加的情況，應(yīng)降樁腿到最近的插銷孔然后檢查原因。

4）操作前，應(yīng)調(diào)查海床土質(zhì)特征以評估樁腿在最大的預(yù)壓力下的入泥深度，并估算樁腿剩余長度，以確保其能滿足船體正常作業(yè)的水深及氣隙。

5）當(dāng)平臺作業(yè)時(shí)，裝載重量表應(yīng)保持每天更新，以確?？勺冚d荷不超過對應(yīng)水深和環(huán)境載荷下的最大站立工況可變載荷。在平臺正常站立作業(yè)時(shí)，應(yīng)保持船體重量不超過升降設(shè)備的承載能力。

6）樁腿過載會使平臺及人員處于危險(xiǎn)中，平臺船長必須巡視檢查樁腿載荷情況并關(guān)注天氣，以確保各樁腿載荷不超過允許范圍。

4 成本估算和進(jìn)度分析

本工程引橋15 根灌注樁和碼頭第1#～6a#排架30 根灌注樁采用搭設(shè)樁基鋼平臺施工（開工初期平臺船尚未進(jìn)場），碼頭區(qū)域第7#～37#排架182 根灌注樁均采用平臺船進(jìn)行施工。

臨時(shí)鋼平臺需滿足50 t 履帶吊、80 t 旋挖鉆同時(shí)作業(yè)，臨時(shí)施工鋼平臺根據(jù)某設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的樁位布置圖及地質(zhì)勘測資料，由某工程勘察設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)。臨時(shí)鋼平臺設(shè)計(jì)頂標(biāo)高+4.55 m，橫向間距為6.5 m、4.05 m、6.9 m、7.0 m 或5.0 m，縱向間距8.0 m、5.5 m 或4 m 等布設(shè)鋼管樁，并打入基巖面；在鋼管樁之間加設(shè)的上框架梁部分為KJL-2（H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm 型鋼）、部分為KJL-1（采用H400 mm×200 mm×8 mm×13 mm 型鋼）；下框架梁為KJL-3（采用H250 mm×250 mm×9 mm×14 mm 型鋼）；框架梁均與鋼管樁焊接，上下框架梁之間為ZC-1（采用I20 a 工字鋼）作為斜支撐，平臺面為采用I36 a 工字鋼間距50 cm 作為分配梁，鋪鋼板作為平臺面板；鋼平臺搭設(shè)面積約1 300 m2，用鋼量約800 kg/m2。

所用平臺船由天津某船舶工程技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)，青島某重機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)制造；平臺船長36 m，寬22 m，最大承重550 t，可變動負(fù)荷520 t（平臺船有自行升降功能，此為自行升降的最大負(fù)荷）；平臺船主體造價(jià)約3 000 萬元，船上輔助設(shè)施約120 萬元，總造價(jià)約3 120 萬元。碼頭區(qū)域7#～37#排架樁基均采用打樁平臺船進(jìn)行施工。

4.1 施工成本分析

4.1.1 臨時(shí)鋼平臺樁基施工成本分析

臨時(shí)鋼平臺所用鋼材為巴基斯坦當(dāng)?shù)劁搹S生產(chǎn)，由分包商負(fù)責(zé)搭建，采用全焊接的方式搭建，樁基施工完成后，再采用氧割拆除，在材料使用方面損耗較大。據(jù)現(xiàn)場了解，當(dāng)?shù)劁摬膬r(jià)格折成人民幣約為5 600 元/t，臨時(shí)鋼平臺分包商給總承包商報(bào)價(jià)為：

人、材、機(jī)等一次投入費(fèi)用：5997 元/m2×1300m2=7796100 元；

可周轉(zhuǎn)使用費(fèi)用：1 848 元/m2×1 300m2=2 402 400 元；

臨時(shí)鋼平臺造價(jià)為：7 796 100-2 402 400=5 393 700 元。

按基礎(chǔ)搭建臨時(shí)鋼平臺的報(bào)價(jià)計(jì)算，引橋15 根灌注樁和碼頭第1～6a 排架30 根灌注樁，合計(jì)45 根灌注樁采用搭設(shè)樁基鋼平臺施工，分?jǐn)偟矫扛鶚痘馁M(fèi)用為：539.37/45=11.99 萬元。

4.1.2 平臺船樁基施工成本分析

平臺船總造價(jià)為3 120 萬元，按20 年使用年限折舊，每年折舊費(fèi)為：3 120 萬元/20 年=156 萬元/年；平臺船可拆卸采用散貨船發(fā)運(yùn)至項(xiàng)目現(xiàn)場，現(xiàn)場再進(jìn)行組裝，平臺船國內(nèi)發(fā)運(yùn)至卡拉奇，運(yùn)費(fèi)及清關(guān)等費(fèi)用約200 萬元。平臺船國內(nèi)發(fā)運(yùn)至卡拉奇海運(yùn)約需1 個(gè)月，清關(guān)約需15 d，于2016 年3 月初運(yùn)至現(xiàn)場，組裝、調(diào)試約需20d；平臺船于2016 年3 月23 日投入樁基生產(chǎn)，于2016 年11 月10 日完成第7#～37#排架182 根樁基施工。平臺船每升、降循環(huán)一次需消耗100 L 柴油，巴基斯坦當(dāng)?shù)夭裼蛢r(jià)格換算成人民幣約為：4.5 元/L，第7#～37#排架平臺船共需59 次循環(huán)升、降，油耗費(fèi)用為：4.5×100×59=26 550 元；平臺船正常操作需3 人，人均工資按3 萬元/月，一年人員工資需：3×3×12=108 萬元[3]。

平臺船樁基施工總費(fèi)用約為：156+200+2.7+108=466.7 萬元，其他船舶輔助費(fèi)用取150 萬元/年，分?jǐn)偟矫扛鶚痘M(fèi)用為：（466.7+150）萬元/182 根=3.39 萬元/根。

4.1.3 施工成本分析比較

通過以上對施工成本的分析，在施工成本方面，本工程樁基成本節(jié)約了約（11.98-3.39）×182=1 563.38 萬元。因此，采用平臺船施工灌注樁的成本低于采用樁基鋼平臺施工灌注樁的成本；但平臺船首次投入成本較大，如無后續(xù)的樁基工程，則平臺船處于閑置狀態(tài)，可能造成成本無法收回。

4.2 施工進(jìn)度分析

4.2.1 臨時(shí)鋼平臺施工進(jìn)度分析

φ800 mm 鋼輔樁于2016 年1 月10 日開始沉樁，標(biāo)志著臨時(shí)鋼平臺正式開始搭建，施工期間邊搭建、邊進(jìn)行灌注樁施工，于2016 年3 月10 日搭建完成。引橋15 根樁基及碼頭第1#～6a#排架30 根樁基，于2016 年1 月19 日開始施工，2016年3 月24 日全部完成；現(xiàn)澆混凝土橫縱梁底支撐焊接需拆除臨時(shí)鋼平臺，鋼平臺拆除約需16 d。采用臨時(shí)鋼平臺施工，每完成1 根灌注樁所需時(shí)間為：（74+16）/45=2 d/根。

4.2.2 平臺船施工進(jìn)度分析

平臺船于2016 年3 月23 日投入生產(chǎn)，2016 年11 月10日完成第7#～37#排架182 根樁基施工；平臺船組裝、調(diào)試約需20d。采用平臺船施工，每完成1 根灌注樁所需時(shí)間：（232+20）/182=1.38 d/根。

4.2.3 施工進(jìn)度分析比較

通過以上對施工進(jìn)度的分析，在施工進(jìn)度方面，本工程樁基進(jìn)度提前約（2-1.38）×182=112 d。因此，采用平臺船施工灌注樁的進(jìn)度快于樁基鋼平臺施工灌注樁的進(jìn)度。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目通過采用平臺船施工碼頭灌注樁，使得整個(gè)碼頭建設(shè)取得顯著的效益；在進(jìn)度控制方面，整個(gè)樁基工程進(jìn)度比原計(jì)劃提前了3 個(gè)多月，為碼頭提前完工奠定了基礎(chǔ)；在費(fèi)用控制方面，與搭設(shè)鋼平臺施工水上灌注樁相比較，大大節(jié)約了施工成本，充分調(diào)動了總包商的施工積極性，有效地保證了樁基的施工質(zhì)量；在安全控制方面，與傳統(tǒng)的搭設(shè)、拆除鋼平臺方式相比，降低了施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)，施工作業(yè)安全更有保障。因此，水上灌注樁采用平臺船施工優(yōu)于采用臨時(shí)鋼平臺施工。在條件允許的情況下（風(fēng)浪較小的水域），優(yōu)先考慮采用平臺船（移動式自升降平臺）進(jìn)行水上灌注樁施工。