陆高飞 中交四航局第三工程有限公司

1.工程概况

1.1 基本情况

宜宾港志城作业区散货泊位工程位于宜宾市合江门下游约15km的长江北岸，共建设有3个1000t级（兼顾3000t级）散货泊位；设计年吞吐量为550×104t，结构形式为框架直立式码头，基础为灌注桩桩基础。

散货泊位工程前沿港池区域总长约400m，总宽度约50m，开挖底高程为252.15m，超挖深度为0.4m，其中共需开挖土方约为40000m3，平均开挖厚度约2m，共需开挖石方约为8000m3，石方由砂岩和泥岩组成，分部在码头前沿共3个区域，分别为岩石A区，该区域岩层开挖厚度为0～3m，从岸侧往江滨侧逐步降低，岩石B区与A区厚度基本一致，坡度稍缓，岩层C区岩层较薄，最厚处深度为1.5m。

施工区域汛期平均水位（5～10月份）为264m，枯期平均水位约为258m（11～4月份），港池开挖施工拟计划在枯期实施。

1.2 地质情况

根据工程地质资料，本工程港池区域的土方均为中密实状态的卵石土，岩石分为砂岩和粉砂质泥岩两类，泥岩为强风化，饱水抗压强度约10MPa，砂岩基本为中风化砂岩，饱水抗压强度约为20～25MPa，强度较高。

1.3 工程特点

常规内河疏浚工程均可直接进场疏浚作业，内河码头港池疏浚需结合码头建设，综合考虑施工安排及工艺选择，其特点如下：内河码头桩基及承台的常规施工方法是筑岛围堰法，土石围堰所处区域也在港池开挖范围内，故港池开挖工程均是在桩基承台施工完成后，采用陆上挖掘机械再将原围堰拆除后再进场进行港池开挖疏浚作业。

2.港池开挖工艺选择

本工程的主要难点是港池区域岩石的开挖方式的选取，目前长江中上游及其支流流域内航道整治及内河港口工程中常用的水下开挖石方有如下三种方法：

2.1 钻爆法

长江中上游炸礁工程常采用的爆破方式是运用专门的钻空炸礁船，在船上完成钻孔，装药、布设导爆装置，在船驶离至安全区域后爆破的方式。钻爆法炸礁施工效率较高，但对周边构筑物震动影响大，在施工时需对航道进行封航且对水下生物影响大，不利于环保。由于本项目所处位置为长江生态保护核心区，环保部门禁止在水下爆破。另外由于该段航道较为繁忙，办理爆破手续非常困难，且本项目港池开挖需在桩基及承台施工完成后才能施工，而桩基于承台紧挨着需开挖的石方，采取爆破法其震动将危及桩基承台的结构安全。综上所述，故本项目无法采用钻爆开挖的方式。

2.2 重锤碎岩法

重锤碎岩法是将挖泥船抓斗更换为碎岩锤，利用碎岩锤来击打岩石，能够使岩石破碎。在应用重锤碎岩法施工时，在挖泥船组上增加配置一个碎岩锤即可，另外施工时对航道影响较小，重锤敲击的过程中不会对周边建筑物产生极大的影响，也不会对水下生物具有较大的影响。但因碎岩锤质量较大，其只能配套使用4m3挖泥船，而该挖泥船作业要求水深＞4m，故在枯水期无法开挖靠按侧部分岩石，另外本区域港池岩石区大部分区域挖深不到一米，采取此方法效率过低。综合分析下本项目无法采用此方法。

2.3 液压破碎锤水下凿岩法

为解决水下机械凿岩难题，瑞典阿特拉斯·科普柯集团发明了可用于水下凿岩的液压破碎锤HB4100型破碎锤，该破碎锤与其生产的空压机配套使用后可确保其在水下有效作业。将此破碎锤安装在液压挖掘机上即可进行机械凿岩作业，液压挖掘机可采用14m长臂挖机，该挖机固定在带定位桩的特制平板驳上，其下臂可深入水中6m，锤头长度2m，最大可凿岩深度达到8m，此方法在作业时不会对航道往来船只产生影响，对周边构筑物及水下生物基本无影响，故本项目石方较适合采用该方法进行破碎开挖。

通过综合分析，本项目港池开挖仅能采取第三种方法，即挖掘机在驳船上固定后用挖掘机清除卵石土，再换水下专用液压破碎锤进行凿岩，凿岩后再换铲斗进行清渣。

3.施工工艺经济分析

通过前述分析，本项目岩石开挖仅能采用液压破碎锤水下凿岩法，通过市场调研以及结合其他项目经验，对此工艺下的水下凿岩费用进行测定：完成本项目港池石方开挖总成本将达到475万元，由于本项目投标报价是按照水下钻爆工艺报价，投标总价仅160万元，如采取此工艺项目将产生巨大亏损。

单价过高的主要原因在于施工效率过低，其原因由如下四方面：（1）水下凿岩不可视，操作人员只能凭感觉，无法有效选取合适位置进行开凿；（2）液压挖掘机作业时要求驳船特别稳定，只能采用定位桩固定驳船，无法像普通挖泥船采用带缆作业，导致其每次开凿范围仅限于驳船周边，开凿完后又要重新定位；（3）水下液压破碎锤因用途较少，其市场租赁单价过高；（4）本项目岩层较薄，单次固定后工作量过少，船只需频繁移动定位。

4.优化后施工工艺

通过上述分析可知，如要减少亏损，只能尽量减少水下凿岩工程量，结合地勘资料及设计断面图，计算后发现本项目总量8000m3需开挖的石方中有7000m3分布在距离码头前沿15m范围内，即现有土石围堰下方，该区域岩石顶标高在254～255m之间，开挖厚度为2～3m，考虑到原设计土石围堰需陆上进行拆除，拟通过将原土石围堰往江侧翻挖填筑新围堰的方式，利用原桩基承台的筑岛围堰材料，以码头前沿线15m以外为新围堰坡脚边界线，内侧坡比按1∶1，围堰顶宽度按2m，外侧按1∶1.5的方式形成新的围堰，因此围堰底部所处区域为石方开挖区，围堰底部无渗水，翻挖填筑围堰时只需按原设计填筑围堰要求，做好堰体本身靠江一侧的防水措施再辅以抽水泵抽水就可在堰体内实现全过程干施工作业。

干施工作业环境下，此区域岩石采用常规的液压挖掘机带破碎头即可机械凿岩，石方破碎后采用液压挖掘机直接挖除，施工效率将比水下开挖大幅提高，工程成本也将大幅下降。

本项目最终实际采取上述方案实施，选择在2017年12月份至2018年1月份年度水位最低时期进行翻挖填筑围堰及机械凿岩作业，围堰翻挖总方量为约1.5×104m3，总机械费用18万元，机械破碎共消耗破碎台班110个，机械费总计66万元，围堰外止水用麻袋土护面共约720m3，总造价约6.4万元，抽水费人工、电费及水泵购置费用总计8.24万元，实际共破除岩石总方量为5500m3，岩石清运费用为11万元。综上所述，上述5500m3石方开挖实际总成本为109.64万元，折合综合单价为199.35元/m3，较直接采用水下凿岩每m3可节约成本394.15元，总成本节约217万元。

由于开挖至253m标高时，围堰内外水压差变大，渗水速度已大于水泵抽水速度，围堰内剩余1500m3石方未能干施工开挖，该部分石方最终与围堰底部及外部剩余石方在围堰拆除后一并采用液压破碎锤水下凿岩破碎方式开挖，本项目港池开挖工作最终于2018年5月份完成，通过扫床后无浅点，顺利通过交验。

5.结束语

长江中上游内河码头港池开挖疏浚中如港池内有石方需要开挖，虽然工程量较少，但由于水下作业的特殊性，如果施工工艺选择错误将可能会给给项目带来巨大的亏损。本文阐述了在施工前如何通过方案比选及经济分析的方法为项目选取合理的施工工艺，以期节约工程造价，同时针对类似项目，如果只能采用水下液压锤破碎工艺时，在投标报价时需充分考虑其效率低下导致的单价极高的情况，以避免按照常规水下钻爆法去盲目报价，进而导致项目产生巨大亏损。