張雅琦 中國電建集團(tuán)港航建設(shè)有限公司

1.引言

水上灌注樁施工平臺，作用是輔助護(hù)筒沉放、鉆孔及灌注等作業(yè)。傳統(tǒng)的搭設(shè)工藝，可由已沉放鋼護(hù)筒為基礎(chǔ)進(jìn)行搭設(shè)，或由輔助樁為基礎(chǔ)進(jìn)行搭設(shè)，或在工程樁區(qū)附近架設(shè)連續(xù)鋼棧橋作為平臺。

上述工法適用性不同，并在風(fēng)浪、水深、工期、成本和施工便易等方面存在不同程度的限制，自升式平臺船則可在一定條件下解決傳統(tǒng)工法的諸多限制問題。

本文運(yùn)用案例法及比較法，結(jié)合案例項(xiàng)目施工條件及技術(shù)要求，對無輔助樁式鋼平臺（由已沉鋼護(hù)筒或灌注樁為基礎(chǔ)）、輔助樁基礎(chǔ)式鋼平臺、連續(xù)鋼棧橋、自升式平臺船幾種工法進(jìn)行對比分析，為案例項(xiàng)目中的引橋及碼頭分別選擇合適的施工平臺工法。

本文嘗試通過對幾種水上施工平臺工法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及適用性進(jìn)行梳理，并引入自升式平臺船作為優(yōu)化解決方案，希望借此為今后同類項(xiàng)目提供借鑒。

2.工程概況

巴基斯坦某燃煤電站項(xiàng)目碼頭及航道工程，地處三角洲，緊鄰沿海灘涂。

由于受到河口島嶼及三角洲地區(qū)淺灘和沙洲的掩護(hù)，施工作業(yè)基本不受波浪、海流及季風(fēng)影響。漲落潮流速較急，需考慮潮汐影響，碼頭區(qū)最大流速為1.5～1.8m/s。樁基施工區(qū)地質(zhì)較硬，為強(qiáng)風(fēng)化礫巖和中風(fēng)化砂巖。

其中樁基施工工期8個(gè)月，包括引橋和碼頭兩部分，結(jié)構(gòu)為高樁梁板式，樁基為灌注樁。引橋長約27m、寬約12m，灌注樁φ1300/1200mm，排距8.5m，每榀排架3根樁，共15根；碼頭長280m、寬23m，灌注樁φ1300/1200mm，排距8m，每榀排架4根樁，共212根。

護(hù)筒設(shè)計(jì)長度根據(jù)地質(zhì)情況不同而異，保證鋼護(hù)筒打入強(qiáng)風(fēng)化巖層不少于3米。護(hù)筒中心與樁位偏差不得大于100mm，護(hù)筒斜度偏差不大于1%。

鉆孔孔深為25m～37m，其中引橋樁基入巖深度15.6m，碼頭樁基入巖平均深度17.1m。

圖1 工法選擇初步判定

引橋水深+5m至-6m，其中靠岸側(cè)一排樁可常規(guī)陸上施工，靠海側(cè)四排樁需考慮施工平臺；碼頭前沿設(shè)計(jì)水深-15.5m，全部需考慮施工平臺。

3.工法對比及決策過程

3.1 工法選擇的初步判定

先根據(jù)本項(xiàng)目護(hù)筒長度穩(wěn)定性校核和樁基跨距進(jìn)行方案適用性的初選。按圖1的判定路徑，經(jīng)穩(wěn)定性校核，本項(xiàng)目護(hù)筒無法單獨(dú)提供穩(wěn)定支撐；跨距8～8.5m，屬適中范圍，無跨距限制。因此，選擇施工平臺形式時(shí)，主要比選圖1中的方式②～⑤。

3.2 船機(jī)選型及設(shè)計(jì)荷載

護(hù)筒沉放工藝分打樁船和履帶吊配液壓錘兩種。前者選型為樁架57m打樁船，其調(diào)遣及運(yùn)行費(fèi)用較高；且護(hù)筒精度受制于船身測量系統(tǒng)，一旦偏位不利于保證灌注樁垂直度。后者選型為SCC1500C履帶吊和CG300液壓振動(dòng)錘，可避免高昂半潛駁調(diào)遣費(fèi)；且配備導(dǎo)向架，可有效控制護(hù)筒精度。

鉆孔根據(jù)類似地質(zhì)工程經(jīng)驗(yàn)選型，采用XR220D型旋挖鉆。

水上施工平臺主要設(shè)計(jì)荷載如表1。

經(jīng)校核，自有平臺船長36m、寬22m，最大承重550t，可變動(dòng)負(fù)荷520t（自行升降的最大負(fù)荷）。拼裝完成后，平臺船空間可滿足上述機(jī)械及裝置同時(shí)作業(yè)需求。

3.3 傳統(tǒng)搭設(shè)工法

3.3.1 無輔助樁式鋼平臺

利用護(hù)筒結(jié)合灌注樁為基礎(chǔ)。待已灌注樁達(dá)一定強(qiáng)度后，在鋼護(hù)筒上焊接牛腿，上部架設(shè)可移動(dòng)鋼平臺。借此平臺施打下一排鋼護(hù)筒、鉆孔及灌注，并重復(fù)上述工序。施工可合理分段，每段完成后，將平臺整體起吊、運(yùn)移并安裝至下一施工段。

優(yōu)點(diǎn)是成本低，無輔助樁可大幅節(jié)約鋼材；工序簡單，無需反復(fù)插拔輔助樁。

缺點(diǎn)是復(fù)雜海況下搭設(shè)困難；無法流水作業(yè)，需待前排樁砼達(dá)一定強(qiáng)度再施工下排。

適用于海況較好、工期充足的工程。

3.3.2 輔助樁基礎(chǔ)式鋼平臺

利用在工程樁周圍施打的輔助樁為基礎(chǔ)，上部架設(shè)可移動(dòng)鋼平臺。陸上進(jìn)棧時(shí)，平臺形成后安裝導(dǎo)向架再施打鋼護(hù)筒；采用打樁船時(shí)，先施打護(hù)筒再架設(shè)平臺。全部灌注樁施工完成后，拆除平臺并拔除輔助樁。分段施工時(shí)，待本段灌注樁完成且不影響上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)，再拆拔并安裝平臺至下施工段。

表1 施工平臺主要設(shè)計(jì)荷載

優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，無需等待混凝土齡期。

缺點(diǎn)是復(fù)雜海況下平臺搭設(shè)困難；受水深影響，愈深越增大施工難度和輔助樁樁長；輔助樁拔除費(fèi)時(shí)，且長期接觸土層后受粘結(jié)力影響存在難拔出或斷樁風(fēng)險(xiǎn)；滿鋪模式輔助樁量大成本高，分段模式利于成本攤銷但多次插拔將增加施工難度。

適用于海況較好、水深較淺、工期緊張、拔樁較易的工程。

3.3.3 鋼棧橋式平臺

利用在工程樁附近架設(shè)連續(xù)鋼棧橋?yàn)樽鳂I(yè)平臺。具體是施打臨時(shí)鋼管樁，其上架設(shè)貝雷架以成棧橋，橋上設(shè)導(dǎo)向架、鉆機(jī)，再沉放護(hù)筒、鉆孔及灌注，全部完成后拆除鋼棧橋。由于工程樁處未建立可形成通道的平臺結(jié)構(gòu)，故此法多用連續(xù)式結(jié)構(gòu)，不考慮分段攤銷模式。

優(yōu)點(diǎn)是裝配式結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定性好；平臺成型迅速，可實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)。

缺點(diǎn)則與輔助樁基礎(chǔ)式類似，存在受風(fēng)浪和水深影響工效、成本及可操作性的問題，以及臨時(shí)鋼管樁拔除問題；對境外項(xiàng)目而言，貝雷架需考慮跨境訂購時(shí)間及運(yùn)輸方式等問題。

適用于海況較好、具備陸上進(jìn)棧條件、工期緊張、拔樁較易的工程。

3.4 自升式平臺船工法

自成平臺，并通過液壓升降系統(tǒng)控制船舶樁腿進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng)，達(dá)到升船目的。施工中先進(jìn)行平臺船初定位，此時(shí)船處懸浮態(tài)，再進(jìn)行精定位，后落腿升船；定位導(dǎo)向架，可采用履帶吊配液壓錘施打鋼護(hù)筒，再進(jìn)行鉆孔及灌注作業(yè)。之后平臺船移位，進(jìn)行下段施工。

優(yōu)點(diǎn)是精度可靠，可由導(dǎo)向架控制精度；解決了傳統(tǒng)工法風(fēng)浪大不宜施工、深水工況可操作性低及成本增加的難題；省去傳統(tǒng)工法中的搭設(shè)時(shí)間及鋼材消耗；不受是否具備陸上進(jìn)棧條件限制；平臺船尺寸合適時(shí)，可同時(shí)滿足沉護(hù)筒與鉆孔機(jī)械的荷載，實(shí)現(xiàn)排內(nèi)流水作業(yè)、排間快速移船的高效作業(yè)模式；可結(jié)合施工需要變動(dòng)平臺船頂高程，具備全潮位施工能力。

缺點(diǎn)是工作區(qū)水深仍應(yīng)滿足船舶吃水要求；雖對風(fēng)浪適應(yīng)性較傳統(tǒng)搭設(shè)工藝強(qiáng)，但仍應(yīng)遵守船舶規(guī)格書中的設(shè)計(jì)環(huán)境參數(shù)。

對風(fēng)浪適用性較強(qiáng)，適合能滿足船舶吃水且環(huán)境參數(shù)滿足船舶技術(shù)規(guī)范的水域。

3.5 最終決策

本項(xiàng)目分別運(yùn)用上述工法進(jìn)行了耗材、施工機(jī)械、工期方面的比選，結(jié)果如表2和表3。

由表2可知，案3與案2成本及施工進(jìn)度相近，但考慮境外項(xiàng)目貝雷架訂購周期較長、運(yùn)輸成本較高，故排除案3。案1較案2成本優(yōu)勢并不顯著，工期劣勢明顯，考慮到項(xiàng)目急于形成引橋以作為砼澆筑的泵送通道，故選擇案2為引橋施工平臺方案。

表2 完成引橋樁的平臺耗材及工期

表3 完成碼頭樁的平臺耗材及工期

由表3可知，滿鋪模式較循壞模式（無輔助樁式以5排為初始平臺，輔助樁式以12排為初始平臺，漸次循環(huán)）在鋼材耗量和工期上均不占優(yōu)，故排除4個(gè)滿鋪方案。4個(gè)無輔助樁式鋼平臺方案，工期均超過要求的8個(gè)月，故亦排除。

剩余4個(gè)方案，i)工期相差不大，ii)精度上使用導(dǎo)向架的3個(gè)方案更占優(yōu)勢，iii)成本上平臺船方案優(yōu)勢明顯，iv)施工便易性方面，平臺船更具優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為受風(fēng)浪流限制小、有效作業(yè)時(shí)間更多，無反復(fù)插拔輔助樁的復(fù)雜工序、工藝簡單。

4.結(jié)語

自升式平臺船，作為灌注樁平臺的一種新型工藝，在適用性、工期控制、成本優(yōu)化及施工便易性上，相較傳統(tǒng)搭設(shè)平臺的方式具有諸多優(yōu)勢，在水上灌注樁施工方面具體顯著的推廣及應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，本文對各類灌注樁平臺工藝的原理、適用性、優(yōu)缺點(diǎn)的分析及對比，也可為今后同類工程相關(guān)方案比選提供參考借鑒。