威海金線頂護岸工程施工方案及造價分析

許佳佳 趙津平

摘要： 大開挖換填方式是護岸軟基處理的常見方法。設計人員在常規設計的基礎上本著更為經濟環保的原則，設計了擠密砂樁方案和淤泥固化樁方案，從可行性、施工方法、造價等方面進行了比選和研究。

Abstract： Excavation and replacement method is a common method to soft foundation treatment of revetment. On the basis of conventional design， more economical and environment-friendly schemes is designed by engineers. They have designed the scheme of compaction sand pile and silt solidified pile， which have been selected and studied from the aspects of feasibility， construction method and cost.

關鍵詞： 環保；大開挖換填；擠密砂樁；淤泥固化樁

Key words： environmental protection；excavation and replacement method；compaction sand pile；silt solidified pile

中圖分類號：U656.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）14-0158-03

1 工程概況

威海市金線頂區域整體開發改造生態水上公園及游艇碼頭區護岸工程位于金線頂區域整體改造水上項目中突堤式半圓體防波堤的內側，游艇碼頭北側，旅游碼頭南側。本工程設計理念為生態廊道，水工工程主要為景觀護岸，劃分為三個區域：生態步道區590m，陽光沙灘區290m，漫步休閑區370m。

1.1 水文及波浪

本工程極端高水位：2.08m，設計高水位：1.15m；極端低水位：-2.38m，設計低水位： - 1.13m。

擬建工程處50年一遇波浪要素見表1。

1.2 地質條件

根據工程周圍已有地質鉆孔資料，該區域地層自上而下依次為： ①2淤泥質黏土， ①1淤泥， ②2粉質黏土， ③殘積土， ③1全風化巖， ③2強風化巖。

2 護岸結構形式、施工工藝及造價分析

本工程為重力式直立護岸，水下安裝預制混凝土方塊結構和卸荷板之后現澆混凝土胸墻連成整體。 預制構件為混凝土方塊結構，方塊構件可在距工程所在地2公里左右的固定預制廠進行制作和堆放。

護岸施工首先進行的是基礎的施工，在設計中對基礎的處理方式分別采用了大開挖換填、擠密砂樁、淤泥固化三種方案來進行研究比選。

2.1 大開挖換填方案

基礎處理采用大開挖換填方案，這是一種比較常規且技術非常成熟的方案。 開挖換填方案的施工工序為： 首先確定拋泥地點，在淤泥開挖后運送至指定拋泥區域，由駁船拋填開山石和塊石形成水下基床。同時可以在預制場進行方塊結構和卸荷板結構的預制工作，待預制完成后可以在基床上安放混凝土方塊及卸荷板。安裝完畢可拋填方塊后方的塊石，鋪設二片石墊層及倒濾層，然后現澆混凝土胸墻、路面等上部結構。

大開挖換填方案施工工期約為每100米施工3～5天。這種施工工藝的優點是技術簡單成熟，工期短，應用案例廣泛。但是大開挖換填方案石材用量大，占用后方陸域面積大，開挖的淤泥是否具有合理的拋泥點還有待商榷，并且現在地材等一系列材料都是屬于穩步上漲的趨勢，是否經濟合理也是設計者在設計時考慮的因素之一。結合設計斷面計算，造價也相對較高，約為每延米14.47萬元。

開挖換填方案結構斷面見圖1。

2.2 擠密砂樁方案

擠密砂樁地基處理技術源自日本，是一種新型的施工工藝。國內應用案例較少，目前所熟知的使用該施工方法的案例工程有港珠澳大橋工程和深中通道工程等。其中港珠澳大橋工程是我國在外海區采用擠密砂樁軟基加固處理技術施工的首例。

擠密砂樁的施工主要由砂樁船、貯砂船、皮帶運砂船、拖輪、起錨艇、交通船等施工船舶組成。施工時所需要的水域范圍：200m×400m，如圖2所示。

擠密砂樁施工工藝流程如下：

①啟動海上SCP定位監測系統。提前在系統中輸入樁位的坐標，然后從庫內調出將要打設砂樁的數據，時刻關注目前位置，縮小與目標位置的偏差引導砂樁船進行精確定位。

②ASL砂面測量系統啟動。在砂樁開始打設前，啟動ASL砂面測量系統，實時觀察并測量出套管內砂面高度。

③水深、潮位輸入。打樁前，獲取并輸入水深和潮位，水深可由測深系統測量得到，潮位從海上SCP定位監測系統讀取。

④提升高度和下砂長度。根據不同區域擠密砂樁樁徑的不同，在打樁程序內進行參數設置。

⑤壓力設置。根據計算出的壓力，每5m為一段，分段設置。

⑥數據傳送。設置完成程序參數，由主控電腦將數據發送到操作主機，這時操作人員可以開始打設砂樁。

⑦打設套管、管內排水。當套管位置與目標位置偏差達到設計許可范圍內后，開始沉放砂樁套管。當套管底部接觸泥面時，開啟振動錘以保證套管下沉過程中的垂直度。當套管下沉至事先程序內設置為水深的一半時，套管內自動加壓，同時手動調整套管內壓力目標值。觀測監視器，當顯示套管內水面高度剩余2m～3m時，可在持壓狀態下繼續沉管。

⑧加砂、提管排泥、打至設計標高。套管內排水直至完成后，繼續沉放套管。套管進入土層達到一定深度后，進行套管內灌砂工藝，繼續打設套管接近設計標高，打開加壓閥加壓提管將管內泥柱排出（泥柱排出量大約為套管內砂面高度下降3m）。排泥完成后，關閉加壓閥，繼續打設套管至設計標高。

⑨提管、打回、逐段成樁。打設套管至設計標高后，提升套管至理論高度，同時管內排出理論砂量，在土層中形成砂柱，然后控制套管向下打回，使砂柱擠密擴徑，形成1m高擠密砂樁。繼續提管、打回多次循環，逐段形成砂樁，直至整根砂樁打設成。

打完砂樁后，基床拋石、上部方塊卸荷板安裝、現澆胸墻、倒濾層回填等施工做法和大開挖換填方案一致。

本工程可調用二公司砂樁3號船，船舶參數性能參照表2。

目前砂樁3號船在深中通道施工直徑1600mm的擠密砂樁，樁間距為1850mm，樁底標高-33m至-37m，有效樁長約14m，平均施工效率約30根/天，最大效率為36根/天，用砂量約1000方/天。

本工程中設計樁底標高約-16m，有效樁長約10m，打設深度較深中通道淺，將設計參數按深中通道參數折算每一百延米約486根，按36根/天計算，有效工期14天，考慮砂樁船硬性損壞率約35%，施工工期約為每100米施工21天。

擠密砂樁地基處理估算成本約310元，不含砂的材料及運輸費用。如采用風化砂（含泥量小于10%）每方約62元，水上運輸費用暫按15元/方。成本折合約387元/方。結合本工程設計斷面，計算造價為每延米13.94萬元。

擠密砂樁方案結構斷面見圖3。

擠密砂樁地基處理技術原材料為中粗砂，相比同類型軟基處理工藝如水泥攪拌樁等，擠密砂樁施工工藝對環境污染較小，利于環境保護。而且擠密砂樁施工方法速度快，工序及質量可控性好，地基加固效果明顯，對后繼工序的快速推進十分有利。

但該施工方法存在以下問題：

①砂樁船系統為日文，沒有進行漢化，出現問題后需請日本專家解決問題，人力費用高，修復時間長。

②設備配件易磨損（例如：上下擋板、套管上的加強螺絲等），部分配件需向日本進口，配件價格高、購買周期長。

③砂樁標貫檢測需要使用砂樁船做為平臺，檢測效率低，檢測需要的船機配合費用高。

2.3 淤泥固化樁方案

淤泥固化樁軟基加固技術也是目前比較先進的軟基處理方式。 這種技術非常環保，可以最大限度的就地取材。與打設傳統的鋼筋混凝土樁比較，可以節省很多鋼材，投資也是更為經濟。

淤泥固化樁施工工藝流程大致為：設備調試—設備就位—供漿試驗—下鉆噴漿攪拌—提升噴漿攪拌—復攪—移位。

設備調試要求每1cm厚土層均勻攪拌26次以上，調節設定設備的下鉆與提升速度。然后根據設計施工圖紙確定相應施工的區位和機位并控制施工邊線。這時進行供漿試驗，為保證漿劑的輸送暢通，供漿試驗需等所有設備就位，然后開啟高壓泵進行試噴。啟動馬達（攪拌樁馬達及升降馬達），攪拌頭沿著導向架下鉆，邊噴漿、邊下鉆攪拌，嚴格控制下鉆的速度與噴漿的流量。為了保證固化劑材料與土體之間充分拌和，需攪拌下沉到設計深度，定噴完成后，提升復噴攪拌，邊噴漿、邊提升攪拌，嚴格控制下鉆速度。當上升到工作基準面后停止噴漿攪拌。重復一次下鉆、提升攪拌，只進行二次攪拌不噴漿，下鉆和提升的速度與第一次相同，以保證軟土層與固化劑材料之間攪拌均勻。固化機設備移至進行下一樁位，重復下鉆噴漿攪拌、提升噴漿攪拌、復攪的工序。打完淤泥固化樁后，基床拋石、上部方塊卸荷板安裝、現澆胸墻、倒濾層回填等施工做法和大開挖換填方案一致。

可以看出，淤泥固化地基處理方法和擠密砂樁處理類似，施工時都需要使用專業的施工設備且需進行典型施工并結合檢測確定處理效果是否達到要求。

本工程固化樁強度指標1MPa，固化劑摻入量暫定15%，42.5水泥暫定600元/t，套用水利水電建筑工程預算定額，則淤泥固化樁單價287.2元/m3。綜合考慮，本工程單價采用為310元/m3（設備進退場費另計，大約55萬/艘船），結合設計斷面計算約為每延米14.07萬元。施工工期經核算約為每100米施工40天。

淤泥固化方案結構斷面見圖4。

3 結論

通過三個方案的比選研究可以看出，傳統的大開挖換填地基處理方式技術成熟，施工簡單，對施工隊伍的專業化程度要求不高。擠密砂樁和淤泥固化樁都需要用到專業的施工設備，對施工隊伍的專業化程度要求較高，工程開工時施工設備是否可以到位也是決策時需要考慮的因素之一。但是這兩種地基處理方式都相對環保經濟，也是今后港口建設的趨勢。

隨著國民經濟的不斷發展，港口建設也應該與時俱進，這要求港口設計人員要不斷提升自己勇于創新。綠色港口的建設理念應貫穿于一項工程從策劃、設計、建設到竣工交付使用的全過程。在策劃設計階段尤為重要，前人栽樹后人乘涼，我們發展經濟不能以犧牲環境為代價，可持續發展才是硬道理。設計者應在常規的設計理念方法下，思考是否有更為環保經濟的方法來建設一項工程。

參考文獻：

[1]威海市金線頂區域整體開發改造生態水上公園區及游艇碼頭區護岸工程施工圖方案設計匯報.

[2]黃孝.新型淤泥固化樁施工與監理控制[J].施工技術，2015，5（16）.

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