平臺船在水上鉆孔灌注樁施工中的應用

張雅琦 中國電建集團港航建設有限公司

1.引言

水上灌注樁施工平臺，作用是輔助護筒沉放、鉆孔及灌注等作業。傳統的搭設工藝，可由已沉放鋼護筒為基礎進行搭設，或由輔助樁為基礎進行搭設，或在工程樁區附近架設連續鋼棧橋作為平臺。

上述工法適用性不同，并在風浪、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工法的諸多限制問題。

本文運用案例法及比較法，結合案例項目施工條件及技術要求，對無輔助樁式鋼平臺（由已沉鋼護筒或灌注樁為基礎）、輔助樁基礎式鋼平臺、連續鋼棧橋、自升式平臺船幾種工法進行對比分析，為案例項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、優缺點及適用性進行梳理，并引入自升式平臺船作為優化解決方案，希望借此為今后同類項目提供借鑒。

2.工程概況

巴基斯坦某燃煤電站項目碼頭及航道工程，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淺灘和沙洲的掩護，施工作業基本不受波浪、海流及季風影響。漲落潮流速較急，需考慮潮汐影響，碼頭區最大流速為1.5～1.8m/s。樁基施工區地質較硬，為強風化礫巖和中風化砂巖。

其中樁基施工工期8個月，包括引橋和碼頭兩部分，結構為高樁梁板式，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。

護筒設計長度根據地質情況不同而異，保證鋼護筒打入強風化巖層不少于3米。護筒中心與樁位偏差不得大于100mm，護筒斜度偏差不大于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，其中靠岸側一排樁可常規陸上施工，靠海側四排樁需考慮施工平臺；碼頭前沿設計水深-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

先根據本項目護筒長度穩定性校核和樁基跨距進行方案適用性的初選。按圖1的判定路徑，經穩定性校核，本項目護筒無法單獨提供穩定支撐；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，主要比選圖1中的方式②～⑤。

3.2 船機選型及設計荷載

護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，其調遣及運行費用較高；且護筒精度受制于船身測量系統，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液壓振動錘，可避免高昂半潛駁調遣費；且配備導向架，可有效控制護筒精度。

鉆孔根據類似地質工程經驗選型，采用XR220D型旋挖鉆。

水上施工平臺主要設計荷載如表1。

經校核，自有平臺船長36m、寬22m，最大承重550t，可變動負荷520t（自行升降的最大負荷）。拼裝完成后，平臺船空間可滿足上述機械及裝置同時作業需求。

3.3 傳統搭設工法

3.3.1 無輔助樁式鋼平臺

利用護筒結合灌注樁為基礎。待已灌注樁達一定強度后，在鋼護筒上焊接牛腿，上部架設可移動鋼平臺。借此平臺施打下一排鋼護筒、鉆孔及灌注，并重復上述工序。施工可合理分段，每段完成后，將平臺整體起吊、運移并安裝至下一施工段。

優點是成本低，無輔助樁可大幅節約鋼材；工序簡單，無需反復插拔輔助樁。

缺點是復雜海況下搭設困難；無法流水作業，需待前排樁砼達一定強度再施工下排。

適用于海況較好、工期充足的工程。

3.3.2 輔助樁基礎式鋼平臺

利用在工程樁周圍施打的輔助樁為基礎，上部架設可移動鋼平臺。陸上進棧時，平臺形成后安裝導向架再施打鋼護筒；采用打樁船時，先施打護筒再架設平臺。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，待本段灌注樁完成且不影響上部結構施工時，再拆拔并安裝平臺至下施工段。

表1 施工平臺主要設計荷載

優點是可實現流水作業，無需等待混凝土齡期。

缺點是復雜海況下平臺搭設困難；受水深影響，愈深越增大施工難度和輔助樁樁長；輔助樁拔除費時，且長期接觸土層后受粘結力影響存在難拔出或斷樁風險；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連續鋼棧橋為作業平臺。具體是施打臨時鋼管樁，其上架設貝雷架以成棧橋，橋上設導向架、鉆機，再沉放護筒、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構，故此法多用連續式結構，不考慮分段攤銷模式。

優點是裝配式結構，整體穩定性好；平臺成型迅速，可實現流水作業。

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

適用于海況較好、具備陸上進棧條件、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控制船舶樁腿進行垂直運動，達到升船目的。施工中先進行平臺船初定位，此時船處懸浮態，再進行精定位，后落腿升船；定位導向架，可采用履帶吊配液壓錘施打鋼護筒，再進行鉆孔及灌注作業。之后平臺船移位，進行下段施工。

優點是精度可靠，可由導向架控制精度；解決了傳統工法風浪大不宜施工、深水工況可操作性低及成本增加的難題；省去傳統工法中的搭設時間及鋼材消耗；不受是否具備陸上進棧條件限制；平臺船尺寸合適時，可同時滿足沉護筒與鉆孔機械的荷載，實現排內流水作業、排間快速移船的高效作業模式；可結合施工需要變動平臺船頂高程，具備全潮位施工能力。

缺點是工作區水深仍應滿足船舶吃水要求；雖對風浪適應性較傳統搭設工藝強，但仍應遵守船舶規格書中的設計環境參數。

對風浪適用性較強，適合能滿足船舶吃水且環境參數滿足船舶技術規范的水域。

3.5 最終決策

本項目分別運用上述工法進行了耗材、施工機械、工期方面的比選，結果如表2和表3。

由表2可知，案3與案2成本及施工進度相近，但考慮境外項目貝雷架訂購周期較長、運輸成本較高，故排除案3。案1較案2成本優勢并不顯著，工期劣勢明顯，考慮到項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）在鋼材耗量和工期上均不占優，故排除4個滿鋪方案。4個無輔助樁式鋼平臺方案，工期均超過要求的8個月，故亦排除。

剩余4個方案，i)工期相差不大，ii)精度上使用導向架的3個方案更占優勢，iii)成本上平臺船方案優勢明顯，iv)施工便易性方面，平臺船更具優勢，具體表現為受風浪流限制小、有效作業時間更多，無反復插拔輔助樁的復雜工序、工藝簡單。

4.結語

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、成本優化及施工便易性上，相較傳統搭設平臺的方式具有諸多優勢，在水上灌注樁施工方面具體顯著的推廣及應用價值。同時，本文對各類灌注樁平臺工藝的原理、適用性、優缺點的分析及對比，也可為今后同類工程相關方案比選提供參考借鑒。