拋石基床振動夯平工藝及裝備研究與應用

王翔，曲振華，馮甲鑫

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

拋石基床的整平作業可以采用人工整平或機械整平工藝。隨著國內外水工工程的建設，涌現了多種形式的基床整平裝備，但其普遍存在著設備較大、調遣費用較高等不足。因此目前基床整平作業依然廣泛采用人工整平，但人工整平也存在受限條件較多，整平質量不夠穩定，后續施工等待時間長，費用不斷提高等問題。

為了解決目前所遇到的問題，研發應用了振動夯實整平工藝及裝備。

振動夯實整平工藝是直接在拋石基床上進行夯平[1-2]的工藝，該工藝將人工整平中的錘夯、細平層拋石與細平工序簡化為夯平工序，將工序合三為一。

在基床細平施工中，國內還沒有振動夯實整平裝備應用先例，本次依托青島萬達東方影都游艇碼頭堤岸及防波堤工程進行了水下拋石基床振動夯平工藝及裝備研究。

1 振動夯實整平船設計

1.1 設計條件

作業水深：2～20 m；單個錘位面積：3 m2；單個船位夯平尺寸：10 m×1．76 m；石料規格：10～100 kg塊石；適應拋石高差：±40 cm；整平精度：±5 cm。

1.2 結構設計

振動夯實設備采用DZJ135電動振動錘，振動夯實整平船設計[3-4]包括：船體、振動結構模塊、軌道結構模塊、臺車結構模塊，如圖1所示。

圖1 振動夯平船結構布置Fig.1 Structure layout of vibration tamping vessel

1） 振動結構

振動結構包括：振動管、振動錘、錘籠、夯板等。振動結構直接作用于拋石基床，通過振動錘帶動結構對拋石基床進行振動夯實。振動結構決定著夯平性能。如圖1所示。

2）臺車結構

臺車結構包括：振動管約束結構、臺車主體結構、提升卷揚機、配重、換錘位卷揚機等。其作用為將振動結構根據施工工藝進行移位。如圖1所示。

3）軌道結構

軌道采用C形結構，根據甲板載荷情況針對性設置4個軌道靴，以便能夠承受夯平結構受力；軌道結構是臺車的載體，與船體通過鎖固點相連接，具有工作和拖航兩種位置，如圖1、圖2所示。

圖2 拖航位置Fig.2 Towing position

2 工程應用

本次典型施工區域為防波堤堤頭，距離陸地150 m，基床底地質為粗礫砂。拋10～100 kg塊石，厚度4．9 m，基床頂寬度26 m，長度44 m。基床底標高-13．2 m，沉箱底標高-8．3 m，沉箱寬度22 m，基床無倒坡，石料分2層拋放，底層采用錘夯，頂層采用振動夯平工藝，沉箱結構如圖3所示。

圖3 沉箱結構圖Fig.3 Caisson structure diagram

2.1 施工工藝

施工工藝流程如圖4所示。

圖4 工藝流程圖Fig.4 Process flow chart

2.2 施工關鍵流程

1）確定頂層拋石標高

頂層拋石標高以第一個沉箱位置底層錘夯完的平均標高為基礎進行確定。夯實完底層平均標高為-10．23 m。

頂層拋石厚度1．93 m，頂層拋石高差±40 cm，考慮夯實率 10%，實際拋石厚度 1．93/0．9=2．144 m，平均振沉深度0．214 m，拋石控制標高-8．086 m。

2）拋石檢驗

拋石完畢后多波束掃測，查看拋石標高是否滿足要求，如圖5所示。

圖5 拋石完畢后多波束掃測結果Fig.5 Results of multi beam scanning after the end of the riprap

3）船舶定位

船舶定位按照研發的定位軟件要求進行。

4）振動結構落至基床

振動結構落至基床后，打開提升卷揚機剎車，使鋼絲繩處于被動受拉狀態。鋼絲繩狀態隨船舶姿態而變化。

5）夯平作業

船舶就位完成后開始夯平作業，控制系統根據設定后的標高，自動監測高程，待夯實到達預設標高后，系統自動提升振動結構。

6）換錘位

按照預定搭接量，移動臺車實現錘位變化。錘位搭接量可據實際情況調整，以提高施工效率。

7）標高自檢

完成船位內的夯平工作后，也可以完成幾個船位后，利用振動結構進行標高自檢。

8）換船位

按照施工順序調整船位，按照軟件進行定位。

2.3 施工質量

采用水準儀驗收，驗收標準-8．3 m±0．05 m，驗收數據分布如圖6所示。

圖6 數據分布圖Fig.6 Data distribution map

驗收有效數據144個，不合格點均為低點，共計11個（超出標高區域點），合格率為92%。滿足施工規范要求。

3 結語

1）國內首次研發了適用于拋石基床細平工序振動夯平工藝與裝備，并成功應用，水下拋石基床整平精度達到JTS 257—2008《水運工程質量檢驗標準》[5]細平標準±5 cm的要求。

2）水下拋石基床振動夯平工藝與裝備克服了傳統錘夯法工效低、爆夯法對環境影響大等問題，并且施工質量可控。將人工整平中的錘夯、細平層拋石與細平工序簡化為夯平工序，顯著提高了施工效率，降低了施工成本，有效保障了水下夯平質量和作業安全。

3）研發的振動夯平設備，實現了基床整平裝備的小型化、組裝式，拆裝運輸便捷，可集裝箱運輸，造價低，減少了施工現場船舶種類和數量。

4）本次研究所形成的水下拋石基床振動夯平工藝與裝備加速了我國拋石基床施工技術的發展，為基床整平提供了一種新工藝。