利用平臺船施工作業水上灌注樁

潘亮亮，李彥林

（1.中交二航院工程咨詢監理有限公司，武漢430000 ;2.國投哈密風電有限公司，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施工平臺進行施工，施工平臺可采用筑島平臺、樁基平臺、浮式平臺、移動式自升平臺和導管架平臺等形式。樁位處于淺水區且地層土質較好時，可采用筑島平臺；樁位處于深水區時，可采用樁基平臺；樁位處于水流速度小且流態穩定、水位升降緩慢和風浪不大的水域時，可采用浮式平臺[1]；樁位處于風浪和潮差較大的水域時，可采用移動式自升平臺；水深、風浪較大時，可采用導管架平臺。卡西姆港燃煤電站碼頭為7 萬噸級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，主要采用平臺船（移動式自升降平臺）進行水上灌注樁施工，本文對該施工中的控制點、成本估算、進度分析做簡要分析。

2 工程案例

2.1 工程概況

卡西姆卸煤碼頭主體長280 m，寬23 m，為高樁梁板式結構，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1 根樁；上部結構采用現澆橫縱梁、疊合（預制加現澆）面板的型式；碼頭設計高水位為+3.4 m，設計低水位為0.0 m。碼頭樁基結構部分，樁設計直徑1 200 mm，護筒內徑1 300 mm，護筒以下最小樁徑1 200 mm。碼頭工程施工中，平臺船用于進行水上灌注樁鋼護筒的施打、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

本工程為高樁梁板碼頭，樁基均為水上鉆孔灌注樁，施工作業受施工區域漲、落潮及風浪影響，為保證工程的順利進行，采用平臺船進行灌注樁施工作業。施工過程中需對大風大浪天氣進行及時預警，確保防風、防浪措施落實到位。

平臺船上施工作業面較狹窄，需同時容納150 t 履帶吊和80 t 旋挖鉆機進行作業，且經常需要進行交叉作業施工，施工組織、協調要求高；平臺船移位及打護筒過程需多次定位；護筒及鋼筋籠運輸過程，船舶需在狹窄水域停靠；鋼護筒沉設完成后的鉆孔清渣時，需泥駁配合輔助棄土。

3 平臺船施工中控制點

3.1 施工范圍、平面布置

本工程平臺船施工的范圍為碼頭的7#～37#排架（1#～6a#排架及引橋為搭設鋼平臺施工灌注樁），按從西向東的方向行進，鋼護筒打設、鉆孔、清孔及混凝土灌注施工均利用平臺船進行[2]。碼頭灌注樁平臺船施工平面布置圖如圖1 所示。

圖1 碼頭灌注樁平臺船施工平面布置示意圖

3.2 施工工藝及流程

平臺船組裝→施工測量→平臺船粗定位→平臺船精確定位→導向架定位→吊鋼護筒入抱樁器→鋼護筒調整定位→吊錘施打→鉆孔、清孔及灌注→穩樁→平臺船移位。

利用平臺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

1）做好施工組織和協調，避免不同工序之間的相互干擾。護筒及鋼筋籠運輸船舶在平臺船停靠時，平臺船長需做好指揮工作，確保施工的順利進行。

2）鋼筋籠安放前需對鋼筋籠制作質量進行檢查，鋼筋的規格、數量、鋼筋籠長度等是否符合設計要求，焊接質量是否滿足規范要求等，并做好相應的記錄。

3）檢查樁基定位精度是否滿足設計要求，水上樁基定位需采用多次定位和調整的方式進行。先采用GPS 進行粗定位，樁基精確定位由岸上2 臺全站儀控制，采用固定控制點前方任意角度交會進行定位，保證前方交會角度在60°～120°，以80°～100°為最佳。

4）平臺船上鉆孔過程中，需保證孔內泥漿面高于孔外水位1.5～2 m，防止塌孔；泥駁要隨時就位，嚴禁渣土直接傾倒入海，清孔過程中應做好泥漿收集處理工作，避免泥漿泄漏污染環境。清孔完成后需對孔深、沉渣厚度進行檢查，滿足設計和規范要求后，對鋼筋籠安放情況進行檢查，是否按設計要求安放、四周保護層是否滿足設計要求等。

5）水下混凝土必須連續灌注，混凝土的首次灌注應保證導管埋置深度不小于1.0 m，混凝土灌注過程中，埋管深度宜為2～6 m。水下混凝土灌注尤為重要，應全程旁站，并做好記錄，重點檢查混凝土配合比通知單、檢測坍落度是否滿足設計要求；檢查料斗首灌混凝土方量能否保證導管埋深不小于1.0 m等；灌注過程中埋管深度宜為2～6 m，以保證導管能正常上提。

6）灌注樁灌注完成后，應督促施工單位盡快采取措施，保證相鄰的樁基連接成整體，減少風浪對樁基質量的影響。

3.4 平臺船施工安全注意事項

1）對于降平臺、拖航、預壓、升平臺整個作業過程，應確保海況良好，適合于風浪較小，有掩護的海域或水域。

2）在平臺升降過程中，為保證安全，所有人員的手和衣物等應遠離升降插銷、導軌以及其他可移動的部件。

3）實時監測樁腿與船體連接處附件樁腿上的可視標志，以及升降設備上的載荷；如果提升樁腿時出現阻力增加的情況，應降樁腿到最近的插銷孔然后檢查原因。

4）操作前，應調查海床土質特征以評估樁腿在最大的預壓力下的入泥深度，并估算樁腿剩余長度，以確保其能滿足船體正常作業的水深及氣隙。

5）當平臺作業時，裝載重量表應保持每天更新，以確保可變載荷不超過對應水深和環境載荷下的最大站立工況可變載荷。在平臺正常站立作業時，應保持船體重量不超過升降設備的承載能力。

6）樁腿過載會使平臺及人員處于危險中，平臺船長必須巡視檢查樁腿載荷情況并關注天氣，以確保各樁腿載荷不超過允許范圍。

4 成本估算和進度分析

本工程引橋15 根灌注樁和碼頭第1#～6a#排架30 根灌注樁采用搭設樁基鋼平臺施工（開工初期平臺船尚未進場），碼頭區域第7#～37#排架182 根灌注樁均采用平臺船進行施工。

臨時鋼平臺需滿足50 t 履帶吊、80 t 旋挖鉆同時作業，臨時施工鋼平臺根據某設計院設計的樁位布置圖及地質勘測資料，由某工程勘察設計有限公司設計。臨時鋼平臺設計頂標高+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 等布設鋼管樁，并打入基巖面；在鋼管樁之間加設的上框架梁部分為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，鋪鋼板作為平臺面板；鋼平臺搭設面積約1 300 m2，用鋼量約800 kg/m2。

所用平臺船由天津某船舶工程技術有限公司設計，青島某重機有限責任公司生產制造；平臺船長36 m，寬22 m，最大承重550 t，可變動負荷520 t（平臺船有自行升降功能，此為自行升降的最大負荷）；平臺船主體造價約3 000 萬元，船上輔助設施約120 萬元，總造價約3 120 萬元。碼頭區域7#～37#排架樁基均采用打樁平臺船進行施工。

4.1 施工成本分析

4.1.1 臨時鋼平臺樁基施工成本分析

臨時鋼平臺所用鋼材為巴基斯坦當地鋼廠生產，由分包商負責搭建，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。據現場了解，當地鋼材價格折成人民幣約為5 600 元/t，臨時鋼平臺分包商給總承包商報價為：

人、材、機等一次投入費用：5997 元/m2×1300m2=7796100 元；

可周轉使用費用：1 848 元/m2×1 300m2=2 402 400 元；

臨時鋼平臺造價為：7 796 100-2 402 400=5 393 700 元。

按基礎搭建臨時鋼平臺的報價計算，引橋15 根灌注樁和碼頭第1～6a 排架30 根灌注樁，合計45 根灌注樁采用搭設樁基鋼平臺施工，分攤到每根樁基的費用為：539.37/45=11.99 萬元。

4.1.2 平臺船樁基施工成本分析

平臺船總造價為3 120 萬元，按20 年使用年限折舊，每年折舊費為：3 120 萬元/20 年=156 萬元/年；平臺船可拆卸采用散貨船發運至項目現場，現場再進行組裝，平臺船國內發運至卡拉奇，運費及清關等費用約200 萬元。平臺船國內發運至卡拉奇海運約需1 個月，清關約需15 d，于2016 年3 月初運至現場，組裝、調試約需20d；平臺船于2016 年3 月23 日投入樁基生產，于2016 年11 月10 日完成第7#～37#排架182 根樁基施工。平臺船每升、降循環一次需消耗100 L 柴油，巴基斯坦當地柴油價格換算成人民幣約為：4.5 元/L，第7#～37#排架平臺船共需59 次循環升、降，油耗費用為：4.5×100×59=26 550 元；平臺船正常操作需3 人，人均工資按3 萬元/月，一年人員工資需：3×3×12=108 萬元[3]。

平臺船樁基施工總費用約為：156+200+2.7+108=466.7 萬元，其他船舶輔助費用取150 萬元/年，分攤到每根樁基費用為：（466.7+150）萬元/182 根=3.39 萬元/根。

4.1.3 施工成本分析比較

通過以上對施工成本的分析，在施工成本方面，本工程樁基成本節約了約（11.98-3.39）×182=1 563.38 萬元。因此，采用平臺船施工灌注樁的成本低于采用樁基鋼平臺施工灌注樁的成本；但平臺船首次投入成本較大，如無后續的樁基工程，則平臺船處于閑置狀態，可能造成成本無法收回。

4.2 施工進度分析

4.2.1 臨時鋼平臺施工進度分析

φ800 mm 鋼輔樁于2016 年1 月10 日開始沉樁，標志著臨時鋼平臺正式開始搭建，施工期間邊搭建、邊進行灌注樁施工，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；現澆混凝土橫縱梁底支撐焊接需拆除臨時鋼平臺，鋼平臺拆除約需16 d。采用臨時鋼平臺施工，每完成1 根灌注樁所需時間為：（74+16）/45=2 d/根。

4.2.2 平臺船施工進度分析

平臺船于2016 年3 月23 日投入生產，2016 年11 月10日完成第7#～37#排架182 根樁基施工；平臺船組裝、調試約需20d。采用平臺船施工，每完成1 根灌注樁所需時間：（232+20）/182=1.38 d/根。

4.2.3 施工進度分析比較

通過以上對施工進度的分析，在施工進度方面，本工程樁基進度提前約（2-1.38）×182=112 d。因此，采用平臺船施工灌注樁的進度快于樁基鋼平臺施工灌注樁的進度。

5 結論

本項目通過采用平臺船施工碼頭灌注樁，使得整個碼頭建設取得顯著的效益；在進度控制方面，整個樁基工程進度比原計劃提前了3 個多月，為碼頭提前完工奠定了基礎；在費用控制方面，與搭設鋼平臺施工水上灌注樁相比較，大大節約了施工成本，充分調動了總包商的施工積極性，有效地保證了樁基的施工質量；在安全控制方面，與傳統的搭設、拆除鋼平臺方式相比，降低了施工中的安全風險，施工作業安全更有保障。因此，水上灌注樁采用平臺船施工優于采用臨時鋼平臺施工。在條件允許的情況下（風浪較小的水域），優先考慮采用平臺船（移動式自升降平臺）進行水上灌注樁施工。