威海金线顶护岸工程施工方案及造价分析

许佳佳 赵津平

摘要： 大开挖换填方式是护岸软基处理的常见方法。设计人员在常规设计的基础上本着更为经济环保的原则，设计了挤密砂桩方案和淤泥固化桩方案，从可行性、施工方法、造价等方面进行了比选和研究。

Abstract： Excavation and replacement method is a common method to soft foundation treatment of revetment. On the basis of conventional design， more economical and environment-friendly schemes is designed by engineers. They have designed the scheme of compaction sand pile and silt solidified pile， which have been selected and studied from the aspects of feasibility， construction method and cost.

关键词： 环保；大开挖换填；挤密砂桩；淤泥固化桩

Key words： environmental protection；excavation and replacement method；compaction sand pile；silt solidified pile

中图分类号：U656.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）14-0158-03

1 工程概况

威海市金线顶区域整体开发改造生态水上公园及游艇码头区护岸工程位于金线顶区域整体改造水上项目中突堤式半圆体防波堤的内侧，游艇码头北侧，旅游码头南侧。本工程设计理念为生态廊道，水工工程主要为景观护岸，划分为三个区域：生态步道区590m，阳光沙滩区290m，漫步休闲区370m。

1.1 水文及波浪

本工程极端高水位：2.08m，设计高水位：1.15m；极端低水位：-2.38m，设计低水位： - 1.13m。

拟建工程处50年一遇波浪要素见表1。

1.2 地质条件

根据工程周围已有地质钻孔资料，该区域地层自上而下依次为： ①2淤泥质黏土， ①1淤泥， ②2粉质黏土， ③残积土， ③1全风化岩， ③2强风化岩。

2 護岸结构形式、施工工艺及造价分析

本工程为重力式直立护岸，水下安装预制混凝土方块结构和卸荷板之后现浇混凝土胸墙连成整体。 预制构件为混凝土方块结构，方块构件可在距工程所在地2公里左右的固定预制厂进行制作和堆放。

护岸施工首先进行的是基础的施工，在设计中对基础的处理方式分别采用了大开挖换填、挤密砂桩、淤泥固化三种方案来进行研究比选。

2.1 大开挖换填方案

基础处理采用大开挖换填方案，这是一种比较常规且技术非常成熟的方案。 开挖换填方案的施工工序为： 首先确定抛泥地点，在淤泥开挖后运送至指定抛泥区域，由驳船抛填开山石和块石形成水下基床。同时可以在预制场进行方块结构和卸荷板结构的预制工作，待预制完成后可以在基床上安放混凝土方块及卸荷板。安装完毕可抛填方块后方的块石，铺设二片石垫层及倒滤层，然后现浇混凝土胸墙、路面等上部结构。

大开挖换填方案施工工期约为每100米施工3～5天。这种施工工艺的优点是技术简单成熟，工期短，应用案例广泛。但是大开挖换填方案石材用量大，占用后方陆域面积大，开挖的淤泥是否具有合理的抛泥点还有待商榷，并且现在地材等一系列材料都是属于稳步上涨的趋势，是否经济合理也是设计者在设计时考虑的因素之一。结合设计断面计算，造价也相对较高，约为每延米14.47万元。

开挖换填方案结构断面见图1。

2.2 挤密砂桩方案

挤密砂桩地基处理技术源自日本，是一种新型的施工工艺。国内应用案例较少，目前所熟知的使用该施工方法的案例工程有港珠澳大桥工程和深中通道工程等。其中港珠澳大桥工程是我国在外海区采用挤密砂桩软基加固处理技术施工的首例。

挤密砂桩的施工主要由砂桩船、贮砂船、皮带运砂船、拖轮、起锚艇、交通船等施工船舶组成。施工时所需要的水域范围：200m×400m，如图2所示。

挤密砂桩施工工艺流程如下：

①启动海上SCP定位监测系统。提前在系统中输入桩位的坐标，然后从库内调出将要打设砂桩的数据，时刻关注目前位置，缩小与目标位置的偏差引导砂桩船进行精确定位。

②ASL砂面测量系统启动。在砂桩开始打设前，启动ASL砂面测量系统，实时观察并测量出套管内砂面高度。

③水深、潮位输入。打桩前，获取并输入水深和潮位，水深可由测深系统测量得到，潮位从海上SCP定位监测系统读取。

④提升高度和下砂长度。根据不同区域挤密砂桩桩径的不同，在打桩程序内进行参数设置。

⑤压力设置。根据计算出的压力，每5m为一段，分段设置。

⑥数据传送。设置完成程序参数，由主控电脑将数据发送到操作主机，这时操作人员可以开始打设砂桩。

⑦打设套管、管内排水。当套管位置与目标位置偏差达到设计许可范围内后，开始沉放砂桩套管。当套管底部接触泥面时，开启振动锤以保证套管下沉过程中的垂直度。当套管下沉至事先程序内设置为水深的一半时，套管内自动加压，同时手动调整套管内压力目标值。观测监视器，当显示套管内水面高度剩余2m～3m时，可在持压状态下继续沉管。

⑧加砂、提管排泥、打至设计标高。套管内排水直至完成后，继续沉放套管。套管进入土层达到一定深度后，进行套管内灌砂工艺，继续打设套管接近设计标高，打开加压阀加压提管将管内泥柱排出（泥柱排出量大约为套管内砂面高度下降3m）。排泥完成后，关闭加压阀，继续打设套管至设计标高。

⑨提管、打回、逐段成桩。打设套管至设计标高后，提升套管至理论高度，同时管内排出理论砂量，在土层中形成砂柱，然后控制套管向下打回，使砂柱挤密扩径，形成1m高挤密砂桩。继续提管、打回多次循环，逐段形成砂桩，直至整根砂桩打设成。

打完砂桩后，基床抛石、上部方块卸荷板安装、现浇胸墙、倒滤层回填等施工做法和大开挖换填方案一致。

本工程可调用二公司砂桩3号船，船舶参数性能参照表2。

目前砂桩3号船在深中通道施工直径1600mm的挤密砂桩，桩间距为1850mm，桩底标高-33m至-37m，有效桩长约14m，平均施工效率约30根/天，最大效率为36根/天，用砂量约1000方/天。

本工程中设计桩底标高约-16m，有效桩长约10m，打设深度较深中通道浅，将设计参数按深中通道参数折算每一百延米约486根，按36根/天计算，有效工期14天，考虑砂桩船硬性损坏率约35%，施工工期约为每100米施工21天。

挤密砂桩地基处理估算成本约310元，不含砂的材料及运输费用。如采用风化砂（含泥量小于10%）每方约62元，水上运输费用暂按15元/方。成本折合约387元/方。结合本工程设计断面，计算造价为每延米13.94万元。

挤密砂桩方案结构断面见图3。

挤密砂桩地基处理技术原材料为中粗砂，相比同类型软基处理工艺如水泥搅拌桩等，挤密砂桩施工工艺对环境污染较小，利于环境保护。而且挤密砂桩施工方法速度快，工序及质量可控性好，地基加固效果明显，对后继工序的快速推进十分有利。

但该施工方法存在以下问题：

①砂桩船系统为日文，没有进行汉化，出现问题后需请日本专家解决问题，人力费用高，修复时间长。

②设备配件易磨损（例如：上下挡板、套管上的加强螺丝等），部分配件需向日本进口，配件价格高、购买周期长。

③砂桩标贯检测需要使用砂桩船做为平台，检测效率低，检测需要的船机配合费用高。

2.3 淤泥固化桩方案

淤泥固化樁软基加固技术也是目前比较先进的软基处理方式。 这种技术非常环保，可以最大限度的就地取材。与打设传统的钢筋混凝土桩比较，可以节省很多钢材，投资也是更为经济。

淤泥固化桩施工工艺流程大致为：设备调试—设备就位—供浆试验—下钻喷浆搅拌—提升喷浆搅拌—复搅—移位。

设备调试要求每1cm厚土层均匀搅拌26次以上，调节设定设备的下钻与提升速度。然后根据设计施工图纸确定相应施工的区位和机位并控制施工边线。这时进行供浆试验，为保证浆剂的输送畅通，供浆试验需等所有设备就位，然后开启高压泵进行试喷。启动马达（搅拌桩马达及升降马达），搅拌头沿着导向架下钻，边喷浆、边下钻搅拌，严格控制下钻的速度与喷浆的流量。为了保证固化剂材料与土体之间充分拌和，需搅拌下沉到设计深度，定喷完成后，提升复喷搅拌，边喷浆、边提升搅拌，严格控制下钻速度。当上升到工作基准面后停止喷浆搅拌。重复一次下钻、提升搅拌，只进行二次搅拌不喷浆，下钻和提升的速度与第一次相同，以保证软土层与固化剂材料之间搅拌均匀。固化机设备移至进行下一桩位，重复下钻喷浆搅拌、提升喷浆搅拌、复搅的工序。打完淤泥固化桩后，基床抛石、上部方块卸荷板安装、现浇胸墙、倒滤层回填等施工做法和大开挖换填方案一致。

可以看出，淤泥固化地基处理方法和挤密砂桩处理类似，施工时都需要使用专业的施工设备且需进行典型施工并结合检测确定处理效果是否达到要求。

本工程固化桩强度指标1MPa，固化剂掺入量暂定15%，42.5水泥暂定600元/t，套用水利水电建筑工程预算定额，则淤泥固化桩单价287.2元/m3。综合考虑，本工程单价采用为310元/m3（设备进退场费另计，大约55万/艘船），结合设计断面计算约为每延米14.07万元。施工工期经核算约为每100米施工40天。

淤泥固化方案结构断面见图4。

3 结论

通过三个方案的比选研究可以看出，传统的大开挖换填地基处理方式技术成熟，施工简单，对施工队伍的专业化程度要求不高。挤密砂桩和淤泥固化桩都需要用到专业的施工设备，对施工队伍的专业化程度要求较高，工程开工时施工设备是否可以到位也是决策时需要考虑的因素之一。但是这两种地基处理方式都相对环保经济，也是今后港口建设的趋势。

随着国民经济的不断发展，港口建设也应该与时俱进，这要求港口设计人员要不断提升自己勇于创新。绿色港口的建设理念应贯穿于一项工程从策划、设计、建设到竣工交付使用的全过程。在策划设计阶段尤为重要，前人栽树后人乘凉，我们发展经济不能以牺牲环境为代价，可持续发展才是硬道理。设计者应在常规的设计理念方法下，思考是否有更为环保经济的方法来建设一项工程。

参考文献：

[1]威海市金线顶区域整体开发改造生态水上公园区及游艇码头区护岸工程施工图方案设计汇报.

[2]黄孝.新型淤泥固化桩施工与监理控制[J].施工技术，2015，5（16）.

[3]黄建华.水上挤密砂桩的施工工艺与质量控制[J].山西建筑，2012（15）.