铁板砂土层基槽开挖施工工艺

2012年12月（中）建筑科学科技创新与应用

“铁板砂”土层基槽开挖施工工艺研究

程振雷1，2陆剑2

（1、同济大学土木工程学院，上海2000922、上海交通建设总承包有限公司，上海200136）

1工程概况

浙江省嵊泗县某渔用码头工程建设规模为新建渔业专用码头一座以及连接码头的南北通道。其中码头区域总长255米、宽15米，北通道长114米、宽15米，南通道长57.4米，宽6米。结构形式码头平台区及北通道采用沉管基础直立式码头结构，而南通道采用锚筋基础直立式驳岸结构。沉管基础直立式码头结构具体为：采用预制大直径沉管并排安放形成连续挡墙，管内抛填10~150Kg级配块石，上部浇筑卸荷板使沉管基础形成整体连续结构，管后抛填15~150Kg块石形成墙后减压棱体，并在抛石棱体陆侧设置碎石倒滤层，倒滤层后回填石渣形成码头及陆域。

2铁板砂开挖传统施工工艺介绍

铁板砂开挖在疏浚界内最先使用的就是抓斗船，由于该种船舶品种多、易于操作、使用成本低，得到大多数人的青睐。其次，采用是采用平板船安放长臂挖机，该种工艺将长臂挖机放置在平板驳上，利用挖机开挖，利用平板驳的锚缆收缩改变工作位置。该工艺的主要特点是：多种设备配合作业要求组织能力强、基槽边线控制准确、受水深影响大、效率不高。

3基槽开挖施工工艺选择

3.1基槽土质情况

根据业主提供的地质资料及设计要求，本工程基槽开挖区域土层情况为：含淤泥粉、细砂，夹有淤泥薄层，颗粒级配较好。承载力特征值为90Kpa，变形模量为7Mpa，标准贯入击数最大7.8击，最小5.6击，平均6.43击。

3.2施工方案选择

根据业主提供基槽土质情况采用最常用的4方抓斗船足以满足工程要求，但是在施工时发现实际地质与原地址资料情况相差甚大，该施工区域土层实为“铁板砂”，甚至比传统意义上的“铁板砂”土层还要密实——

—土质颗粒更细、含泥量更少，现场使用4方抓斗船挖泥成槽根本无法进行有效施工，后在各专家指导下采用6方专用“铁板砂”地基挖泥船挖泥成槽，发现由于砂质特殊，每天吸砂100方左右，而本工程总开挖量约为50000方，这样吸砂成本远远高出投标报价成本，且工期大大延长，无法满足施工需要。采用平板船安放长臂挖机的施工工艺经现场应用，每天开挖方量在300方左右，也难以满足工期要求。在这样的情况下，受长江口深水航道整治工程中袋装砂棱体施工采用的吸运吹工作原理启发，通过对海上吸砂船改造，应用在本工程，现场实际开挖方量平均每天可完成2000方，有效完成了本工程的基槽开挖。

4具体施工工艺

4.1船型改造

长江口深水航道整治工程袋装砂棱体施工采用吸运吹施工工艺是非常成功的，而本工程所处区域为海域，内河船无法适在该处施工，而海上吸砂船都是专门用于吸取海砂作为基础材料的设备，没有应用在工程建设上的先例，本工程基槽是作为码头基础的重要部分，不仅要求把基槽的砂吸走，还要求基槽成型并满足工程要求，海上原有吸砂船不进行改造是无法实施的，这就要求必须对船舶进行改造。

首先增加吸砂船的锚和锚机数量，海上吸砂船普遍采用两个锚和两个锚机，无法满足吸砂船准确定位和边施工边移动的要求，因此我们在此基础上增加两个大抓力锚和锚机，做到船上有4个大抓力锚，并且4个锚都单独配有锚机，各锚收放锚缆互不影响，满足吸砂点的准确定位和移动要求；其次变换吸砂船的吸砂头装置，原吸砂船吸砂管都是一点或两点式分布在施工船的船舷中间位置，这样一是难以控制吸砂高度，二是由于该处砂层砂子不易流动，吸砂船吸砂后都是孤立洞形的，无法满足基槽验收要求，对此我们将吸砂管改制成线型，并将其安置在船头，便于移动操作，吸砂管上部设置

简易吊机悬吊，有效控制吸砂管头下放深度，同时在吸砂管旁边设置清水泵，清水泵冲击土层有效解决砂层流动性不足问题；最后在船上增加GPS和测深仪，确定船舶位置和及时控制基槽深度。

4.2工艺流程

本工程基槽施工按设计要求采用从码头一端连续向另一端施工方式，吸砂船采取垂直码头轴线施工。本工程基槽开挖分层分段施工，根据以往工作经验每层厚度1.5m，根据吸砂管宽度及吸砂船锚缆长度每段60m。施工流程可概括为：测量放样，吸砂船就位，清水泵打水，打水完成后，运砂船及吹砂船就位，接着进行吸砂船吸砂，运砂船运砂及吹砂船吹沙；该流程完成后，进行吸砂船移位，进行基槽下层吸砂，直至一段基槽成型。

4.3现场施工

鉴于本工程采用吸砂船取砂成槽，必须对所取砂合理排放，经实地考察本地区存在较多围海造地工程，于是我们将吸取砂吹填到围海造地工地，这样既解决了抛砂问题，又做到了基槽内砂的重复利用；同时由于本工程要求基槽吸砂宽度约为60m，基槽吸砂厚度为3m，我们采用分层施工方法，根据吸砂管的宽度（2.5m）确定每次吸砂宽度，从码头一端依次向另一端施工，直至全部吸砂完成。

首先吸砂船进入施工地点并准确定位，根据吸砂船和吹砂船施工能力及运距确定运砂船数量，并将足够数量的运砂船安排到位，吹砂船及吹砂管线布置到位，然后根据分层厚度确定吸砂管头应插入砂层最优深度，再按照吸砂时潮位确定管头下放高度；其次需先打开清水泵将吸砂区域砂层变成砂浆，再开动吸砂泵吸砂，吸砂到指定深度后发现砂浆浓度降低，立即着手移船工作，并尽量做到移船时不影响吸砂效率，因为在吸砂过程中移船，船舶本身及运砂船重量很大，且受不同方向风浪影响，同时吸砂位置要缓慢准确移动，既要保证吸砂质量又要保证吸砂效率，需要四个锚机同时进行收放锚缆，有机结合；最后随着船舶的不断移动和吸砂管头的不断下放，基槽形状逐渐形成，后经形成水深仪和水陀检测，基槽完全能满足工程需要。

5结语

通过本工程的具体施工实践，得出下列一些工程经验，为同类工程施工提供参考。

①此工艺合理解决了本工程铁板砂土层基槽开挖的难题，为“铁板砂”土层开挖提供了一个卓有成效的工艺。

②此工艺与传统工艺相比施工简单、效率高、成本低。

③本工程由于附近有围海造地工程，基槽内的砂做到了重复利用，节约了能源，同时为工程创造了利润，此工艺有扩张应用的大好前景。

④此工艺是首次采用并实施，中间还有很多不足和需改进的地方，相信随着以后的发展和使用会不断完善。

参考文献

[1]戴碧江.杭州东部“铁板砂”土层基础桩型优化与基础[J].浙江建筑.2002。

[2]洪国军.自航耙吸挖泥船耙头模型试验研究[J].中国港湾建设. 2008。

作者简介：程振雷（1979-），男，山东临朐人，工学学士，现任上海交通建设总承包有限公司水工事业部副经理，主要从事港口工程施工管理。

摘要：“铁板砂”开挖在疏浚行业一直是一个难题，而开挖后作为基槽的工程是凤毛麟角，国内鲜有成熟的案例，浙江某地一重力式码头座落在铁板砂基础上，要求对该基础进行块石换填，使用常规基槽开挖施工工艺均难以满足工程进展，后经多方研究采用改进海上吸砂船，通过吸砂成槽圆满完成施工要求，缩短了施工工期，节约了工程成本，为“铁板砂”基础成槽施工提供了一项卓有成效的施工工艺。

关键词：铁板砂；基槽；开挖

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