內河水上移動平臺旋挖樁集成技術案例研究

楊帆 鄭潔

摘 要：灌注樁傳統的水上施工工藝存在水、陸交叉作業，水上需要搭設平臺、陸上需要建立臨時交通，對周邊條件要求高。由于航道建設存在里程長，周邊交通條件差，制約因素多，傳統的建設工藝已不適應當前的建設環境，迫切需要結合依水而建的項目特點，不斷改變和提升原有的施工設備和施工工藝。本文以某航道整治護岸工程為例，探討研究內河水上移動平臺旋挖樁集成技術的施工方案，為類似灌注樁水上施工提供參考。

關鍵詞：鉆孔灌注樁;旋挖;鉆機;水上移動平臺;鉆具;減摩劑

現澆混凝土護岸結構具有剛度大、承載能力強，后期易于維護的特點，在航道工程中得到了廣泛采用。目前，常見的現澆混凝土護岸結構為現澆混凝土重力式擋墻和連排灌注樁兩種形式。當擬建護岸周邊無建構筑物，施工制約因素少，具備大范圍基坑開挖條件時，多采用現澆混凝土重力式擋墻結構。當岸邊開挖范圍受限制，制約因素多時，為減少開挖范圍，保護周邊建筑物，多采用連排灌注樁護岸。

聯排灌注樁傳統的水上施工工藝存在水、陸交叉作業，水上需要搭設平臺、陸上需要建立臨時交通，對周邊條件要求高。由于航道建設存在里程長，周邊交通條件差，制約因素多[1]，傳統的建設工藝已不適應當前的建設環境，迫切需要結合依水而建的項目特點，不斷改變和提升原有的施工設備和施工工藝。本文以某航道整治護岸工程為例，探討研究內河水上移動平臺旋挖樁集成技術的施工方案。

1工程概況

該航道整治已基本進行了交工驗收，僅剩下零星尾留段在施工，由于尾留段落兩岸均為廠區的重要設施，如若整治拓寬將造成一半以上的廠區停產（圖1），經過數次論證暫時不具備拓寬條件。而老護岸破損較為嚴重，除了少量廠區進行修復的護岸外，大多也受到船行波影響，水位變幅區掏空嚴重，還有部分護岸墻身已經倒塌（圖2、3）。因此，對該段尾留航道老駁岸利用灌注樁進行加固，并對河床進行疏浚。

2地質條件

據地勘揭露，中天鋼鐵段整個航段土質從上至下為：1-2a粉質粘土（f=120～140kPa）、2-1粘土（f=200～240kPa）、2-2粉質粘土（f=130～140kPa）、2-3粉質粘土（f=150～170kPa）。段落內土質均為硬質粘土。

3設計加固方案

對于護岸受到船行波沖刷已倒塌段落，由于倒塌后水下有大量墻身塊石，故采用鉆孔灌注樁結構形式（圖4）。對于中底板埋深較淺，但現狀完好的老駁岸加固護岸，采用灌注樁+貼面的結構型式（圖5）。

4施工工藝

結合本案例不具備岸側施工條件的特點，擬采用水上鉆孔灌注樁施工工藝。傳統水中灌注樁施工工藝一般采用水中平臺（或圍堰）+回旋鉆機進行鉆孔作業[2]，但是，該施工工藝存在下列問題：

（1）泥漿排放量大，解決泥漿排放對環境影響的難度較大;

（2）對于硬質土層，回旋鉆成孔速度慢，施工效率低;

（3）占用水域面積大;

（4）施工船舶安全調度難度大;

（5）水上作業安全風險較高。

因此，傳統的水上鉆孔灌注樁施工工藝無法滿足現在環保集約型施工技術的要求，針對傳統水上鉆孔灌注樁存在的問題展開研究，聚焦環保、集約型施工工藝的發展，提出旋挖式灌注樁水上施工工藝，通過旋挖工藝，抽離成孔過程中產生的泥漿，以避免傳統回旋鉆施工將泥漿直接排放至航道中，并且可以大幅提高硬質土層中的成孔速度，提高施工效率[3]。體現了該施工工藝環保、集約的優勢。

4.1旋挖鉆機及鉆頭型式的選型

采用 360挖機+SE-30旋挖鉆機改裝組合，通過拆除挖機小臂，在大臂上安裝旋挖鉆桿及動力系統，并在操作室內加裝旋挖鉆孔控制系統，使之滿足旋挖鉆孔的需要。由于該型旋挖鉆保留了原挖機大臂，因此其旋轉半徑能達到4.3m左右，滿足在多功能平臺上施工作業的需要（圖6、7）。

初步選用了三種鉆頭型式進行試樁：開瓣式筒鉆，短螺旋鉆和底開式筒鉆，結合現場試鉆，推薦筒徑為0.78cm、鉆齒傾角≤30°、進渣孔口寬20cm的底開式筒鉆。

4.2水上移動施工平臺研究

經過現場試驗，通過在多功能船四邊加裝了定位樁以及在作業區一側船幫加裝兩個φ400 的抱箍裝置（其中一個固定，一個可縱向滑移）， 使多功能船能與預先打設的固定樁抱扣鎖緊，確保移動平臺的穩定性不受船行波和鉆孔反作用力的影響。且平臺自身抗撞擊能力強，有效降低水上作業安全風險，為航道正常通航提供了保障（圖8、9）。

4.3 護筒選型及減摩方案研究

通過對雙護筒、鋼套箱+護筒、開瓣式護筒、護筒內襯PE板、護筒內刷減摩劑等方案的比選，選擇最佳的護筒方案。結合現場試驗，分析混凝土的冷卻硬化情況，以及成樁的完整性和成樁過程中的漏漿情況，分析護筒的拆卸時間、尺寸以及高度。最終采用上口內徑0.82m，下口內徑為0.85m，長3.75m的推拔式護筒。護筒埋設前應烘干內壁，涂刷減摩劑（圖10），護筒入土埋深≥1.5m。

4.4施工工藝應用

案例共計2569根灌注樁，且施工段落航道口寬窄（整治后最窄處口寬僅57m），船舶流量大（日均流量800艘次），傳統水上灌注樁水上施工工藝不具備可行性。

采用前文所述的水上移動平臺旋挖樁集成技術研究成果，相較于傳統水上固定平臺+回旋鉆施工，實際有效工日較傳統施工工藝節省約55%，所需配套船舶約為回旋鉆施工所需船舶數量的一半，直接節約工程投資達到150萬元，具備良好的社會及經濟效益。

4.5灌注樁水上旋挖工藝綜合效益實例分析

通過AHP層次分析法進行綜合效益分析，直接效益評價可以通過施工技術、施工效率、方案綜合造價、社會影響、環境影響等指標進行;間接經濟效益評價可以通過行業帶動效應、低碳效應、示范效應等指標進行。

對于工程實例，綜合評價的結果顯示傳統灌注樁施工工藝效益主要體現在直接效益，對行業帶動、節能減排的間接效益體系較弱。灌注樁水上旋挖工藝具有較好的示范效益，且直接效益和間接效益均良好。傳統灌注樁施工工藝屬于一般項目范圍。

4.6灌注樁水上旋挖工藝綜合效益適用性分析

在施工技術成功應用在案例的基礎上，結合工程的應用情況，開展本施工工藝的適應性分析。

（1）工程地質：案例工程的土質為粉質粘土+粉砂，采用筒鉆取得了較好的成孔效果。而江蘇省內河航道工程基本均為粉質黏土和粉砂的地質情況，因此，該施工工藝適應省內大部分航道的工程地質條件。

（2）作業環境：案例工程岸側建筑過多，不具備陸上施工條件，并且施工期不斷航，現場水域條件有限。采用本施工工藝進行施工，取得了良好的施工效果。因此，該施工工藝對于不具備岸側施工條件，進出場道路以及水域條件受限的作業環境具有較大優勢。

（3）通航凈空及水深：水上移動平臺+旋挖鉆機，在進場時需滿足凈空尺度不小于5.5m，通航凈寬不小于10m，旋挖鉆機施工時，平臺船的吃水約為1.5m。因此，本專題的研究成果適用于現狀Ⅴ級及以上的航段。

5結語

通過本工程案例的分析，我們提出了包含旋挖鉆機，鉆具，水上移動平臺，護筒選型的一系列成套設備和集成技術。并對以上設備的選型、施工、適用性等關鍵技術進行研究應用。形成了相關的成套設備和施工體系。并對其在內河航道護岸應用的綜合效益，建立了綜合評價體系。最終通過依托項目進行試驗段工程建設，通過實際設計、生產、施工對研究成果進行了驗證和優化，并對實際工程的綜合效益進行了分析。

運用內河水上移動平臺旋挖樁集成技術作為內河航道受限制段落航道灌注樁護岸的施工工藝，能夠有效縮短施工時間，減小對周邊環境的影響，減少施工水運占用，減少人工和能耗，減小泥漿排放，減小水上作業安全風險。內河水上移動平臺旋挖樁集成技術不僅可以直接應用于依托工程，并且可為存在類似施工條件的內河航道工程中應用，具有廣闊的工程應用前景。

參考文獻：

[1]沈保漢.水下混凝土灌注施工技術[J].施工技術，2002，31（3）：50-52.

[2]陸青濤.旋挖鉆孔灌注樁施工技術[J].技術與市場，2012，19（1）：24-25.

[3]沈保漢.旋挖鉆斗鉆成孔灌注樁（續）[J].工程機械與維修，2012（10、12）.