[工作精品论文]台山某护岸工程施工方案优化勇

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集台山某护岸工程施工方案优化王勇（中交四航局第二工程有限公司，广东广州510300）摘要介绍台山某护岸工程施工方案优化的原因及方案形成过程，通过施工方案优化前后的施工工序、工程量及船机投入对比，结合优化后的施工质量，证明优化后的方案方便施工、经济合理。关键词护岸爆破挤淤淤泥包方案优化1引言台山某护岸工程位于广东省台山市，是某大型项目的海工配套工程，护岸主要作用是围海造地，形成厂区用地，并为主厂区及过境道路提供安全防护。护岸为顺岸抛石斜坡堤结构，长1551M，主要包括爆填开山石、挖泥、抛理各类规格石形成堤身断面、预制和安装扭王块、现浇挡浪墙等，原护岸结构典型断面图见图1。原泥面115平台爆夯（含泥量10）0500KG扭王字块挡浪墙118350回填开山石1111侧槽挖泥平台爆夯原泥面1212（含泥量10）回填开山石1004505209抛理护底块石301112108抛填基础块石抛填反压平台108抛理垫层石小于10M泥石混合物3粗砂22淤泥质土2淤泥1198103876815爆填堤心石图1原护岸结构典型断面图2优化前施工方案按原设计方案，护岸拟采用以陆上推填堤心爆填两侧平台爆夯侧槽挖泥（临时航道及堤头清淤）抛填反压平台开山石抛填100150KG基础块石抛理8001200KG护底块石（回填内侧35M以下开山石）抛理垫层石安装扭王字块上部结构施工的施工方法，该施工方法广泛应用于顺岸式护岸工程，如在阳江核电护岸工程、宁德核电护岸工程均成熟应用。3提出优化方案的原因通过详细的现场踏勘发现，护岸位于宽阔的浅滩上，护岸轴线往外2KM仍为浅滩，铜鼓航道在30KM以外，施工区域淤泥层厚约10M，泥面标高约10M，在施工水位时水深仅2M，如进行挖泥、抛石施工，需在护岸与铜鼓航道之间、沿侧槽外侧开挖临时航道才能满足抓斗船、泥驳及抛石船的吃水要求，临时航道挖泥约27万M3，临时航道平面布置见图2。607中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集道分线界陆海道航鼓铜2KM深水区约10M浅滩区域约3KM进场道路路进场临时航道时道航侧外槽泥挖槽侧临侧护岸工程临时码头施工方向图2临时航道平面布置图按原设计方案，侧槽挖泥、临时航道挖泥及堤头清淤共1037万M3，采用抓斗船配自航泥驳的施工方法，所有挖泥均外卸，距现场约30KM；抛填反压平台开山石及抛填100150KG基础块石共468万M3，采用开体驳粗抛、平板船细抛的施工方法。由于本工程是议标工程，在议标阶段，业主结合自身需要，从节约投资、确保开工方面考虑，提出4点改进建议护岸工程位于浅滩上，挖泥的工程量较大、费用较高，仅挖泥费用就需近2千万，希望能降低挖泥费用；水上施工需增加临时航道挖泥，增加工程造价，施工需跨越台风季节，临时航道容易淤积，维护疏浚风险大，潜在费用高；海上卸泥地点申请手续繁琐、时间长，可能会影响开工；业主希望利用挖出的淤泥造陆，以减少场平工程土方平衡的借方。因此，业主希望集成施工单位、设计单位的优势来优化方案，达到节约投资、按期开工的目的。4优化方案结合浅滩区域不利于水上施工的实际情况，我们提出取消侧槽挖泥、反压平台开山石，将堤身爆填扩宽至侧槽坡脚、再回挖形成设计断面的思路，即堤身全断面爆填方案，护岸优化后典型断面图见图3。在经有关专家对扩宽爆破挤淤断面的可行性论证后，结合物模试验结果，认为堤身采用全断面爆填方案是可行的，但需在施工工艺及结构设计上解决两个问题，一是堤头淤泥包清理；二是堤身结构需设计进行局部适应性修改。608中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集05原泥面泥面线爆破挤淤施工过程线爆填堤心石3800500KG10850回填开山石113粗砾砂115121180挡浪墙045209抛理护底块石108抛理垫层石扭王字块小于10M泥石混合物（含泥量10）图3护岸优化后典型断面图41堤头淤泥包清理411堤头淤泥包形成原理堤身爆破挤淤时，起爆瞬间淤泥向四周挤出并向上抛掷形成空腔，抛石体在爆炸负压与强烈振动下滑入空腔，形成定向滑移及泥、石置换，塌落石料滑入空腔后，形成“石舌”，淤泥被置换挤出，经多次推填爆破后，在堤头及堤身内外侧形成隆起的淤泥包。多次爆填后淤泥包隆起范围可达6080M，向堤头和两侧扩散；剖面上呈抛物线状，一般最高点离堤头约810M位置，隆起高度视土质、抛填块石厚度、淤泥层厚度、爆填次数及消散边界条件等的不同而异，本工程淤泥质土隆起的淤泥包可达3M。412清淤的必要性由于护岸地处浅滩，淤泥包不易被潮流、波浪冲走；护岸顺岸布置形式、且堤身较宽，使淤泥包不易往两侧消散。在浅滩区，淤泥包隆起后很容易露出水面，如淤泥包不断隆起累积，高于原泥面超过2M后（即淤泥包达10M），在低潮时将露出水面，露出水面的淤泥包经日晒风吹，表面风干成层，形成表层龟裂状的塑状土层，增加了淤泥的强度，也使淤泥包更难消散，不利于爆填作业；如堤头淤泥包隆起达3M时（即淤泥包达20M），爆破后淤泥会在石舌上方大量堆积，继续抛填挤淤时存在泥石夹层隐患；在下一循环爆破前，隆起的淤泥在堤头呈包围状，相当于增加了淤泥层的厚度，弱化了爆破挤淤效果。爆破挤淤及淤泥包示意图见图4。因此，为确保爆破挤淤质量，需在爆填过程中及时清除堤头淤泥包。根据经验及土质计算，堤头清淤量约36万M3。50堤头爆前加高持力层石舌低潮位淤泥包隆起范围爆后淤泥包线爆前淤泥包线爆后塌落线爆前抛填线下一循环抛填线原泥面图4爆破挤淤及淤泥包示意图609中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集413清淤船机选择针对浅滩，不能满足抓斗式挖泥船吃水的情况，我们提出使用吃水较浅的绞吸船清淤方法。绞吸船的优势在于A、绞吸船吃水浅，不需开挖航道即可满足施工要求，避免了航道维护疏浚风险；B、节省了开挖航道及办理卸泥许可证的费用，还为按时开工赢得时间。经计算，吹填能力为250M3/H的绞吸船能满足施工强度要求；平均吃水约15M，适合现场原泥面约10M、施工水位时约2M水深的浅滩海域施工。施工时绞吸船趁高水位进入堤头隆起的淤泥包前沿，由外往内、先堤头后两侧的清除隆起的淤泥包，清除至原泥面标高即可。绞吸船清除淤泥包示意图见图5。50堤头绞吸船高潮位原泥面抛填线淤泥包线淤泥包隆起范围持力层图5绞吸船清除淤泥包示意图414弃泥点选择响应业主要求，为减小业主场平工程中的借方，将清淤的淤泥吹填到护岸后方，护岸后方原为村民的养殖渔塘，面积约100万M2，能储备土方约300万M3，满足吹填弃泥的要求。42堤身结构局部进行适应性修改堤身优化为全断面爆填施工工艺后，施工方法及工序上产生了较大变化，在不改变结构安全性及断面轮廓的条件下，经设计计算后对护岸断面局部进行了修改，对局部施工工序作了调整。断面结构上取消侧槽挖泥、抛填反压平台开山石、100150KG基础块石及两侧平台爆夯。爆破挤淤宽度由44M扩宽至69M后，爆破挤淤标高由35M调整为50M，以满足抛石体破坏地基极限平衡产生自沉的要求；原设计断面的100150KG基础块石由爆填的0500KG堤心石替代；原断面的两侧平台在全断面爆填时属于堤心的一部份，平台位置经堤身多次爆破振动及侧爆振动而密实，外侧平台通过回挖形成。简化了50M以下的断面结构，也减少了规格石种类，实现了陆上施工形成堤身断面。5施工方案优化前、后的工序对比610中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集按原设计断面，35M以下的施工工序如下350350350350350350回填内侧35M以下开山石安装35M以下扭王块原泥面海侧陆侧堤心爆填、堤头清淤原泥面两侧平台爆夯侧槽挖泥原泥面抛填反压平台开山石抛填基础块石原泥面抛理护底块石原泥面原泥面原泥面350抛理35M以下垫层石118上部结构施工堤心爆填611中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集施工方案优化后，50M以下的施工工序如下安装50M以下扭王块堤心爆填、堤头清淤回挖外侧堤心石抛理护底块石抛理50M以下垫层石上部结构施工50堤心爆填原泥面陆侧海侧原泥面5050原泥面原泥面50118可见，施工方案优化为全断面爆填后，压缩了3道施工工序，仅剩堤头清淤为水上施工作业，堤身施工均由陆上完成。6施工方案优化前、后工程量对比护岸施工方案优化后，除挖泥清淤工程量大幅减少外，护岸实体结构的工程量并未发生变化（回挖的387万M3石料循环利用），但由于施工方案的改变，原抛填反压平台开山石、水上抛填基础块石转移到陆上施工。具体工程量变化详见表1。表1优化前后水上、陆上施工工程量对比表优化前工程量优化后工程量项目施工方式工程量万M3项目施工方式工程量万M3侧槽挖泥水上612临时航道挖泥水上27堤头清淤水上155堤头清淤水上325爆炸挤淤开山石陆地854爆炸挤淤开山石陆地1951侧爆坡脚平台陆地水上278回挖开山石陆地387抛填反压平台开山石水上368水上抛填基础块石水上100上部结构回填开山石陆地395上部结构回填开山石陆地153护岸结构的垫层石、护底块石、扭王块及挡浪墙工程量不变，本表略。612中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集7施工方案优化前、后主要船机设备对比护岸施工方案优化后，在工期不变的情况下，由抓斗挖泥船改为吃水较浅的绞吸船，取消了泥驳、拖轮、定位方驳、平板船、开体驳共12艘船舶。由于石料为业主甲供料，虽然陆上抛填石料增加了约71万M3（回挖石料循环利用），但对业主来说只是71万M3石料卸料点的改变，即卸料点由原来在护岸旁的临时码头改为堤头，并未增加业主的供料设备及难度。通过船机设备配置总量比较，取消了12艘大小船机及1座卸石料临时码头，增加了1台推土机、2台挖掘机及6辆载重汽车，具体船机设备变化详见表2。可见，优化后减少大量船机投入，陆上施工设备的调迁比船舶调迁更方便、便宜，节省了一笔可观的船机费用。减少水上施工船舶后，解决了挖泥、水上抛填块石同时施工时避让航道的问题，也大大减少了爆破挤淤起爆时对作业船机的影响（要求水上船舶距离爆破点不少于250M的安全距离），同时也减轻了船舶的防台压力。表2优化前、后主要船机设备对比表优化前主要船机设备优化后主要船机设备设备名称规格型号数量用途设备名称规格型号数量用途抓斗船斗容6M31艘绞吸船250M3/H1艘自航泥驳500M34艘锚艇1艘堤头清淤拖轮441KW1艘推土机220KW3台锚艇1艘挖泥堤头清淤布药机2台爆破挤淤定位方驳挖掘机200T1艘挖掘机PC2502台载石平板船200T4艘载重汽车20T6辆回挖开山石小型开体驳30M32艘抛填反压平台开山石挖掘机PC3002台倒运护底块石推土机220KW2台挖掘机PC2502台理坡布药机2台爆破挤淤挖掘机PC3002台倒运护底块石挖掘机PC2502台理坡临时码头1座装载石料安装扭王块、现浇挡浪墙的机械设备不变，本表略。8施工方案优化后的质量情况护岸施工方案优化后的质量控制重点是爆破挤淤施工，爆破挤淤施工的主要检测手段为体积平衡法、探地雷达法及钻孔检测法，三种方法互相校核检验，为全面、动态控制爆填质量提供了较好的依据。检测频率如下体积平衡法按每5060M进行一次计算校核；探地雷达法分横断面、纵剖面分别检测，横断面检测间距10M，纵剖面检测线布设3道，分别位于轴线、前后坡脚平台外边线位置，测点间距均为025M；钻孔检测横断面间距为100M，每断面钻3个孔，分别在轴线、堤身前后趾位置（或在探地雷达法检测有疑异的位置），钻孔深入设计持力层不小于2M。根据第三方检测资料分析，体积平衡法计算的平均抛填比达097，最小计算段位的抛613中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集填比为095，满足规范大于09的要求；探地雷达法检测的堤心石落底标高基本与设计相符，实际底宽普遍大于设计底宽，堤心底部断面轮廊线基本平顺，未发现底部高差突变情况；钻孔探摸共检测48个孔，其中26个孔位的堤心石深入到设计持力层，最大超深达31M，15个孔位的泥石混合层厚度在005M之间，7个孔位的泥石混合层厚度在0608M之间，最大泥石混合层厚度为08M，满足设计泥石混合层厚度小于1M的要求。通过体积平衡法、探地雷达法及钻孔检测法相互验证检测证明，护岸施工方案优化后的施工质量满足设计要求。其实，对护岸整体结构来说，优化后有个不可突视的优点，就是原设计断面的堤心石与反压平台开山石分两道工序施工；施工方案优化后，一次性爆填成型，使结构整体性更好、块石间更密实。9施工方案优化后的优点及改进建议91方案优化后的优点本方案优化过程中，充份考虑自然条件及业主需求，化不利条件为优势，成功的从传统“陆上水上”施工方法优化为以陆上为主的施工方法，主要优点如下（1）不需侧槽挖泥、开挖临时航道、水上抛石作业，减少了远距离海上卸泥的成本和风险，也大大降低了工程投资；（2）把水上施工的抛填反压平台开山石、基础块石工程量转移到陆上施工后，施工受自然条件的影响更小，进度更有保障，单价更低，节约了投资；（3）大量缩减了海上施工船舶投入，降低了现场的管理难度；（4）不需申请海上卸泥地点，实现了按期开工，也实现了业主吹淤造陆的需求；（5）优化后断面结构更加简洁、整体性更好，同时减少了规格石种类、减少了施工工序。92改进建议护岸优化为全断面爆填后，扩宽了爆破挤淤范围，也增加了合拢段施工难度，合拢段是护岸重要的结构段。建议合拢段选在淤泥层较薄、