利用平臺(tái)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(guó)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(tái)進(jìn)行施工，施工平臺(tái)可采用筑島平臺(tái)、樁基平臺(tái)、浮式平臺(tái)、移動(dòng)式自升平臺(tái)和導(dǎo)管架平臺(tái)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(tái)；樁位處于深水區(qū)時(shí)，可采用樁基平臺(tái)；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(tái)[1]；樁位處于風(fēng)浪和潮差較大的水域時(shí)，可采用移動(dòng)式自升平臺(tái)；水深、風(fēng)浪較大時(shí)，可采用導(dǎo)管架平臺(tái)。卡西姆港燃煤電站碼頭為7 萬(wàn)噸級(jí)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(tái)船（移動(dòng)式自升降平臺(tái)）進(jìn)行水上灌注樁施工，本文對(duì)該施工中的控制點(diǎn)、成本估算、進(jìn)度分析做簡(jiǎn)要分析。

2 工程案例

2.1 工程概況

卡西姆卸煤碼頭主體長(zhǎng)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(tái)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(tái)船進(jìn)行灌注樁施工作業(yè)。施工過(guò)程中需對(duì)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(tái)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(tái)船移位及打護(hù)筒過(guò)程需多次定位；護(hù)筒及鋼筋籠運(yùn)輸過(guò)程，船舶需在狹窄水域停靠；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(tái)船施工中控制點(diǎn)

3.1 施工范圍、平面布置

本工程平臺(tái)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(tái)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(tái)船進(jìn)行[2]。碼頭灌注樁平臺(tái)船施工平面布置圖如圖1 所示。

圖1 碼頭灌注樁平臺(tái)船施工平面布置示意圖

3.2 施工工藝及流程

平臺(tái)船組裝→施工測(cè)量→平臺(tái)船粗定位→平臺(tái)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(tái)船移位。

利用平臺(tái)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(tái)船停靠時(shí)，平臺(tái)船長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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(tái)全站儀控制，采用固定控制點(diǎn)前方任意角度交會(huì)進(jìn)行定位，保證前方交會(huì)角度在60°～120°，以80°～100°為最佳。

4）平臺(tái)船上鉆孔過(guò)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(guò)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(duì)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(duì)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(guò)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(cè)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(guò)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(duì)樁基質(zhì)量的影響。

3.4 平臺(tái)船施工安全注意事項(xiàng)

1）對(duì)于降平臺(tái)、拖航、預(yù)壓、升平臺(tái)整個(gè)作業(yè)過(guò)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(tái)升降過(guò)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(dòng)的部件。

3）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(píng)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(zhǎng)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(tái)作業(yè)時(shí)，裝載重量表應(yīng)保持每天更新，以確保可變載荷不超過(guò)對(duì)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(tái)正常站立作業(yè)時(shí)，應(yīng)保持船體重量不超過(guò)升降設(shè)備的承載能力。

6）樁腿過(guò)載會(huì)使平臺(tái)及人員處于危險(xiǎn)中，平臺(tái)船長(zhǎng)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(guò)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(tái)施工（開工初期平臺(tái)船尚未進(jìn)場(chǎng)），碼頭區(qū)域第7#～37#排架182 根灌注樁均采用平臺(tái)船進(jìn)行施工。

臨時(shí)鋼平臺(tái)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(tái)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(cè)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(tái)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(tái)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(tái)面板；鋼平臺(tái)搭設(shè)面積約1 300 m2，用鋼量約800 kg/m2。

所用平臺(tái)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(tái)船長(zhǎng)36 m，寬22 m，最大承重550 t，可變動(dòng)負(fù)荷520 t（平臺(tái)船有自行升降功能，此為自行升降的最大負(fù)荷）；平臺(tái)船主體造價(jià)約3 000 萬(wàn)元，船上輔助設(shè)施約120 萬(wàn)元，總造價(jià)約3 120 萬(wàn)元。碼頭區(qū)域7#～37#排架樁基均采用打樁平臺(tái)船進(jìn)行施工。

4.1 施工成本分析

4.1.1 臨時(shí)鋼平臺(tái)樁基施工成本分析

臨時(shí)鋼平臺(tái)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(chǎng)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(tái)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(tái)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(tái)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(tái)施工，分?jǐn)偟矫扛鶚痘馁M(fèi)用為：539.37/45=11.99 萬(wàn)元。

4.1.2 平臺(tái)船樁基施工成本分析

平臺(tái)船總造價(jià)為3 120 萬(wàn)元，按20 年使用年限折舊，每年折舊費(fèi)為：3 120 萬(wàn)元/20 年=156 萬(wàn)元/年；平臺(tái)船可拆卸采用散貨船發(fā)運(yùn)至項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)再進(jìn)行組裝，平臺(tái)船國(guó)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(wàn)元。平臺(tái)船國(guó)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(chǎng)，組裝、調(diào)試約需20d；平臺(tái)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(tái)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(tái)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(tái)船正常操作需3 人，人均工資按3 萬(wàn)元/月，一年人員工資需：3×3×12=108 萬(wàn)元[3]。

平臺(tái)船樁基施工總費(fèi)用約為：156+200+2.7+108=466.7 萬(wàn)元，其他船舶輔助費(fèi)用取150 萬(wàn)元/年，分?jǐn)偟矫扛鶚痘M(fèi)用為：（466.7+150）萬(wàn)元/182 根=3.39 萬(wàn)元/根。

4.1.3 施工成本分析比較

通過(guò)以上對(duì)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(wàn)元。因此，采用平臺(tái)船施工灌注樁的成本低于采用樁基鋼平臺(tái)施工灌注樁的成本；但平臺(tái)船首次投入成本較大，如無(wú)后續(xù)的樁基工程，則平臺(tái)船處于閑置狀態(tài)，可能造成成本無(wú)法收回。

4.2 施工進(jìn)度分析

4.2.1 臨時(shí)鋼平臺(tái)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(tái)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(tái)，鋼平臺(tái)拆除約需16 d。采用臨時(shí)鋼平臺(tái)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(tái)船施工進(jìn)度分析

平臺(tái)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(tái)船組裝、調(diào)試約需20d。采用平臺(tái)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(guò)以上對(duì)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(tái)船施工灌注樁的進(jìn)度快于樁基鋼平臺(tái)施工灌注樁的進(jìn)度。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目通過(guò)采用平臺(tái)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(tái)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(dòng)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(tái)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(tái)船施工優(yōu)于采用臨時(shí)鋼平臺(tái)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(tái)船（移動(dòng)式自升降平臺(tái)）進(jìn)行水上灌注樁施工。