海上稳桩基床袋装碎石灌包工艺和抛投工艺创新

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cscec83
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  摘要:经过30余年港口水工工程的发展与建设,符合天然良港的海岸线已越来越少。近年来,浙江海域码头工程项目的地质条件越来越复杂,大坡度裸岩嵌岩桩在水工工程中也时常出现。多数海上嵌岩桩钢护筒须采用人工基床稳桩,在流速较大的深海中一般采用袋装碎石作为稳桩基床的主材料。传统袋装碎石灌包工艺存在占地面积大,灌包人员多,难于管理等缺陷,在运输和抛投中也耗时费力。为了减少灌包对人员和场地的依赖,通过采用机械漏斗对大容积编织袋进行灌包和抛投工艺的创新,从而提高袋装碎石的灌包和抛投效益。
  关键词:人工基床;稳桩;袋装碎石;机械灌包;抛投工艺
  中图分类号:TU473文献标识码: A
  1工程概况
  宁波-舟山港衢山港区鼠浪湖矿石中转码头工程地处岱山县鼠浪湖孤岛,工程内容包括卸船码头和装船码头各一座,卸船码头长835m,装船码头长870m,装、卸码头各布置一座引桥,成喇叭形与陆域相连。卸船码头第一阶段自南至北将码头共分为7个分段。第1分段为高桩墩式结构,共36根Ф1500mm钢管桩。第2~7分段为高桩梁板式结构,共161根嵌岩桩,其中Ф3000mm 嵌岩桩69根,Ф2800mm嵌岩桩92根,嵌岩深度均不小于9m。
  卸船码头嵌岩桩施工区域覆盖层较薄,在风、浪、流的作用下,为保证钢护筒的稳定性,设计采用抛填人工基床进行稳桩,卸船码头稳桩基床有效厚度不小于8.5m。卸船码头人工基床理论抛填量约为396000m3。稳桩基床典型断面图见图1、图2。
  
  
  
  图1 稳桩基床典型断面图1
  图2 稳桩基床典型断面图2
  2传统人工基床常见问题
  2.1传统人工灌包工艺
  传统袋装碎石灌包工艺,是人工用铁铲将堆放的碎石铲进30kg容量编织袋内进行灌包。这种灌包工艺每个班组需要两个人配合作业:一个铲碎石,一个张拉袋口。每个班组均需要独立的场地进行灌包。熟练灌包人员人均灌包为12.7m3/天,产量相当小。针对目前国内工程工期普遍较紧的情况,必须大面积提高人工灌包工效,才能满足稳桩基床抛填大方量需求。依照传统工艺,就存在材料堆载占地面积大,灌包区域场地受限,人员组织难度大,灌包人员多,难于管理等缺陷;这种灌包堆载比较分散,装船运输过程中比较浪费时间。
  2.2传统抛投工艺
  稳桩基床袋装碎石传统抛投工艺一般有两种。一种工艺是采用海吊船起吊钢丝网兜进行抛投。这种方式先将袋装碎石放入钢丝网兜内,再吊至船上。抛投时需要人工上钩,这个过程比较耗时。钢丝网兜在吊运和翻投时,编织袋经常被刮破,成散料进入水下,而散料容易随水流流失。另一种方式是采用开体驳进行整体抛投。这种方式需利用装载车将袋装碎石运至开体驳内,对装卸码头的要求较高。
  通过对传统灌包和抛投工艺的分析,为了适应当前稳桩基床大面积大方量的需求,减小袋装碎石抛填流失量和加快施工进度,从船机、原材料、袋装碎石灌包工艺、袋装碎石抛投工艺等方面考虑,确定采用机械漏斗对大容积编织袋进行灌包,开体驳、平板驳进行抛投的工艺,以提高稳桩基床袋装碎石灌包和抛投效益。
  3机械灌包和抛投工艺创新
  3.1机械灌包工艺
  机械灌包是用钢板和钢管等材料制成一个能盛放碎石的容器,通过与容器连接在一起的漏嘴将碎石放到漏嘴下方的编制袋内,代替人工灌包。根据市场上编制袋规格、质量及承重能力,袋子先进行石子初装试验,确定满袋后的体积,以及在吊运过程中袋子是否发生破损。把装好的袋装碎石运至开体驳里,进行试抛,确定开体驳在投放过程中不会卡包。
  根据石料粒径,确定漏斗的尺寸及灌包能力,进行漏斗设计、绘制图纸、加工制作。漏斗结构主要分为四个部分:料斗、漏嘴、支腿和其他辅助结构。装石料的漏斗为钢制容器,在漏斗底部漏嘴位置处设置钢板闸阀,方便石子下漏;漏嘴作为出料口,焊接于三角漏斗底下,漏嘴处的钢板闸阀,可以随时控制石子的速度与量;整个漏斗由8根钢管支撑,钢管支腿里面灌满沙子增加其抗弯能力;其他辅助结构由料斗桁架支撑、固定袋口的橡皮弹簧装置等组成,提高其安全性和操作便易性。每个灌包漏斗只需要配置6名工人就能进行,漏斗能够满足1m3编制袋连续灌包需求,灌包速度比传统人工灌包速度快,能够极大的提高袋装碎石产量。
  
  
  图3 机械漏斗平面图
  
  
  图4 机械漏斗正面图
  
  
  图5 机械漏斗剖面图
  图示漏斗适用于0.9m*0.9m*1.2m容积的编织袋灌包,灌好的大包利用挖机挖斗吊起运至开体驳上,吊运装船速度较快。
  
  
  
  图6 挖机吊包图
  3.2平板驳船上机械灌包
  根据机械灌包方案的创新,考虑到机械灌包在实践中的实用性和经济性,把这套设备安装在平板驳上,在船上机械灌包可以减少中间转运过程。
  具体工艺:1条平板驳、2台灌包漏斗及配套抛投控制系统;平板驳尺寸理论上要满足
  
  
  
  图7 船上灌包漏斗及滑板详图
  铲车能给漏斗装料的空间,船舷边安装2扇2m*4m可活动铁板平台,将袋子内边缘搁置在船舷外,装满碎石后能沿着活动铁门滑入海中;所用漏斗尺寸参照图3~图5,将其焊在船舷边,保证从漏嘴出来的石料能装入袋内;抛投系统主要由两台小型卷扬机和一个活动铁板平台组成,铁板平台设置在船舷边,以铁栓栓住,外侧用钢丝绳连接卷扬机带动铁板平台升降;灌包之前,用卷扬机将铁板平台拉至水平位置,待漏嘴下的编织袋全部灌好,同时啟动两个卷扬机使平台慢慢放下,待袋装碎石滑入海内,再将平台拉至水平位置(具体结构参照结构图)。通过这套设备能实现船上灌包,灌包速度与陆上差不多,过程中还减少了吊包装运等环节,节约了铲车等吊运机械成本,船上可直接将灌好的袋装碎石抛入稳桩基床区域,无需堆载场地。
  4效果分析
  通过稳桩基床袋装碎石灌包工艺和抛投工艺创新,不仅保证了稳桩基床抛投量,还能大大节约了施工工期和施工成本。下面从产量和成本效益两个方面进行效果比较。
  4.1产量效益
  以人工灌包方量计算q=kVQ, k=1/(V*N1)
  式中: Q—人均每天能灌包0.5*0.85m的袋子数量,取值600包;
  q—人均每天灌包方量
   N1—叠成1m3需要袋装数量,取值47包/m3;
   k—灌包饱满系数,1/(0.5*0.85*47)=0.05;
  通过计算传统人工灌包方量q=0.05*0.5*0.85*600=12.7 m3
  以机械漏斗灌包方量计算q=kVQ, k=1/(V*N1)
  式中: Q—人均每天能灌包0.9*0.9*1.2m的袋子数量,取值65包;
  q—人均每天灌包方量;
   N1—叠成1m3需要袋装数量,取值1包/m3;
   k—灌包饱满系数,1/(0.9*0.9*1.2)=1.029;
  通过计算机械漏斗灌包方量q=1.029*0.9*0.9*1.2*65=65 m3
  
  图8 每日人均方量对比图
  4.2成本效益
  以人工灌包成本计算P=(P1+P2)*N1
  式中: P—1m3袋装碎石成本;
  P1—编织袋单价;
   P2—人工单价;
   N1—叠成1m3需要袋装数量,取值47包/m3;
  通过计算传统人工灌包成本P=(0.4+0.6)*47=47元;
  以机械漏斗灌包成本计算P=(P1+P2)*N1
  式中: P—1m3袋装碎石成本;
  P1—编织袋单价;
   P2—人工单价;
   N1—叠成1m3需要袋装数量,取值1包/m3;
  通过计算机械漏斗灌包成本P=(28+230/65)*1=31.5元;
  
  
  
  图9 1m3袋装碎石成本对比图
  5结语
  通过稳桩基床袋装碎石灌包工艺和抛投工艺创新,克服了对灌包人员、灌包场地以及船机的依赖性,提高了灌包和抛投工效,降低了施工成本。目前,市场上适用于机械灌包的大体积编织袋较少,基本上需要定做。但与传统小编织袋施工工艺相比,创新灌包工艺和抛投工艺的施工质量更有保证。大体积袋装碎石理论上稳桩效果更好,抛投过程中受水流影响较小,抛投位置精准,能较好控制袋装碎石流失量。该袋装碎石机械灌包工艺适用性强,工艺简单,在类似工程中推广价值较大。
  
  
  
  参考文献:
  [1] 孙东坡.水力学[M].河南:黄河水利出版社,2009.
  [2] 交通部《港口工程灌注桩设计与施工规程》 JTJ 248-4-2001.
  [3] 交通部《港口工程桩基规范》 JTS 167-4-2012.
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