長江中上游內河港口港池開挖施工工藝選擇及其經濟分析

陸高飛 中交四航局第三工程有限公司

1.工程概況

1.1 基本情況

宜賓港志城作業區散貨泊位工程位于宜賓市合江門下游約15km的長江北岸，共建設有3個1000t級（兼顧3000t級）散貨泊位；設計年吞吐量為550×104t，結構形式為框架直立式碼頭，基礎為灌注樁樁基礎。

散貨泊位工程前沿港池區域總長約400m，總寬度約50m，開挖底高程為252.15m，超挖深度為0.4m，其中共需開挖土方約為40000m3，平均開挖厚度約2m，共需開挖石方約為8000m3，石方由砂巖和泥巖組成，分部在碼頭前沿共3個區域，分別為巖石A區，該區域巖層開挖厚度為0～3m，從岸側往江濱側逐步降低，巖石B區與A區厚度基本一致，坡度稍緩，巖層C區巖層較薄，最厚處深度為1.5m。

施工區域汛期平均水位（5～10月份）為264m，枯期平均水位約為258m（11～4月份），港池開挖施工擬計劃在枯期實施。

1.2 地質情況

根據工程地質資料，本工程港池區域的土方均為中密實狀態的卵石土，巖石分為砂巖和粉砂質泥巖兩類，泥巖為強風化，飽水抗壓強度約10MPa，砂巖基本為中風化砂巖，飽水抗壓強度約為20～25MPa，強度較高。

1.3 工程特點

常規內河疏浚工程均可直接進場疏浚作業，內河碼頭港池疏浚需結合碼頭建設，綜合考慮施工安排及工藝選擇，其特點如下：內河碼頭樁基及承臺的常規施工方法是筑島圍堰法，土石圍堰所處區域也在港池開挖范圍內，故港池開挖工程均是在樁基承臺施工完成后，采用陸上挖掘機械再將原圍堰拆除后再進場進行港池開挖疏浚作業。

2.港池開挖工藝選擇

本工程的主要難點是港池區域巖石的開挖方式的選取，目前長江中上游及其支流流域內航道整治及內河港口工程中常用的水下開挖石方有如下三種方法：

2.1 鉆爆法

長江中上游炸礁工程常采用的爆破方式是運用專門的鉆空炸礁船，在船上完成鉆孔，裝藥、布設導爆裝置，在船駛離至安全區域后爆破的方式。鉆爆法炸礁施工效率較高，但對周邊構筑物震動影響大，在施工時需對航道進行封航且對水下生物影響大，不利于環保。由于本項目所處位置為長江生態保護核心區，環保部門禁止在水下爆破。另外由于該段航道較為繁忙，辦理爆破手續非常困難，且本項目港池開挖需在樁基及承臺施工完成后才能施工，而樁基于承臺緊挨著需開挖的石方，采取爆破法其震動將危及樁基承臺的結構安全。綜上所述，故本項目無法采用鉆爆開挖的方式。

2.2 重錘碎巖法

重錘碎巖法是將挖泥船抓斗更換為碎巖錘，利用碎巖錘來擊打巖石，能夠使巖石破碎。在應用重錘碎巖法施工時，在挖泥船組上增加配置一個碎巖錘即可，另外施工時對航道影響較小，重錘敲擊的過程中不會對周邊建筑物產生極大的影響，也不會對水下生物具有較大的影響。但因碎巖錘質量較大，其只能配套使用4m3挖泥船，而該挖泥船作業要求水深＞4m，故在枯水期無法開挖靠按側部分巖石，另外本區域港池巖石區大部分區域挖深不到一米，采取此方法效率過低。綜合分析下本項目無法采用此方法。

2.3 液壓破碎錘水下鑿巖法

為解決水下機械鑿巖難題，瑞典阿特拉斯·科普柯集團發明了可用于水下鑿巖的液壓破碎錘HB4100型破碎錘，該破碎錘與其生產的空壓機配套使用后可確保其在水下有效作業。將此破碎錘安裝在液壓挖掘機上即可進行機械鑿巖作業，液壓挖掘機可采用14m長臂挖機，該挖機固定在帶定位樁的特制平板駁上，其下臂可深入水中6m，錘頭長度2m，最大可鑿巖深度達到8m，此方法在作業時不會對航道往來船只產生影響，對周邊構筑物及水下生物基本無影響，故本項目石方較適合采用該方法進行破碎開挖。

通過綜合分析，本項目港池開挖僅能采取第三種方法，即挖掘機在駁船上固定后用挖掘機清除卵石土，再換水下專用液壓破碎錘進行鑿巖，鑿巖后再換鏟斗進行清渣。

3.施工工藝經濟分析

通過前述分析，本項目巖石開挖僅能采用液壓破碎錘水下鑿巖法，通過市場調研以及結合其他項目經驗，對此工藝下的水下鑿巖費用進行測定：完成本項目港池石方開挖總成本將達到475萬元，由于本項目投標報價是按照水下鉆爆工藝報價，投標總價僅160萬元，如采取此工藝項目將產生巨大虧損。

單價過高的主要原因在于施工效率過低，其原因由如下四方面：（1）水下鑿巖不可視，操作人員只能憑感覺，無法有效選取合適位置進行開鑿；（2）液壓挖掘機作業時要求駁船特別穩定，只能采用定位樁固定駁船，無法像普通挖泥船采用帶纜作業，導致其每次開鑿范圍僅限于駁船周邊，開鑿完后又要重新定位；（3）水下液壓破碎錘因用途較少，其市場租賃單價過高；（4）本項目巖層較薄，單次固定后工作量過少，船只需頻繁移動定位。

4.優化后施工工藝

通過上述分析可知，如要減少虧損，只能盡量減少水下鑿巖工程量，結合地勘資料及設計斷面圖，計算后發現本項目總量8000m3需開挖的石方中有7000m3分布在距離碼頭前沿15m范圍內，即現有土石圍堰下方，該區域巖石頂標高在254～255m之間，開挖厚度為2～3m，考慮到原設計土石圍堰需陸上進行拆除，擬通過將原土石圍堰往江側翻挖填筑新圍堰的方式，利用原樁基承臺的筑島圍堰材料，以碼頭前沿線15m以外為新圍堰坡腳邊界線，內側坡比按1∶1，圍堰頂寬度按2m，外側按1∶1.5的方式形成新的圍堰，因此圍堰底部所處區域為石方開挖區，圍堰底部無滲水，翻挖填筑圍堰時只需按原設計填筑圍堰要求，做好堰體本身靠江一側的防水措施再輔以抽水泵抽水就可在堰體內實現全過程干施工作業。

干施工作業環境下，此區域巖石采用常規的液壓挖掘機帶破碎頭即可機械鑿巖，石方破碎后采用液壓挖掘機直接挖除，施工效率將比水下開挖大幅提高，工程成本也將大幅下降。

本項目最終實際采取上述方案實施，選擇在2017年12月份至2018年1月份年度水位最低時期進行翻挖填筑圍堰及機械鑿巖作業，圍堰翻挖總方量為約1.5×104m3，總機械費用18萬元，機械破碎共消耗破碎臺班110個，機械費總計66萬元，圍堰外止水用麻袋土護面共約720m3，總造價約6.4萬元，抽水費人工、電費及水泵購置費用總計8.24萬元，實際共破除巖石總方量為5500m3，巖石清運費用為11萬元。綜上所述，上述5500m3石方開挖實際總成本為109.64萬元，折合綜合單價為199.35元/m3，較直接采用水下鑿巖每m3可節約成本394.15元，總成本節約217萬元。

由于開挖至253m標高時，圍堰內外水壓差變大，滲水速度已大于水泵抽水速度，圍堰內剩余1500m3石方未能干施工開挖，該部分石方最終與圍堰底部及外部剩余石方在圍堰拆除后一并采用液壓破碎錘水下鑿巖破碎方式開挖，本項目港池開挖工作最終于2018年5月份完成，通過掃床后無淺點，順利通過交驗。

5.結束語

長江中上游內河碼頭港池開挖疏浚中如港池內有石方需要開挖，雖然工程量較少，但由于水下作業的特殊性，如果施工工藝選擇錯誤將可能會給給項目帶來巨大的虧損。本文闡述了在施工前如何通過方案比選及經濟分析的方法為項目選取合理的施工工藝，以期節約工程造價，同時針對類似項目，如果只能采用水下液壓錘破碎工藝時，在投標報價時需充分考慮其效率低下導致的單價極高的情況，以避免按照常規水下鉆爆法去盲目報價，進而導致項目產生巨大虧損。