自动化振冲挤密施工技术

赵钦 赵坤

摘要：以色列阿什杜德港地基处理，采用国内传统的分离式国内振冲挤密施工技术还较为原始，供电系统、供水系统、记录控制系统、行走系统各自分散，因此，为了尽量减少移动设备（搬家）的频率而节省用工时间，一般采用了尽可能加长供水系统与行走系统之间高压水管的长度的方法。在施工过程中，由于上述设备原因，水压损失较大，造孔速度缓慢，且加密过程中卡孔情况频发，施工效率极低，因此吸取了欧洲发达国家的施工经验，对设备进行改造，实现了水流水压的变频控制，以及全自动化管理，保质保量的完成生产任务。

关键词：振冲挤密、变频水压、自动化管理、海外施工、施工技术

随着国民经济实力快速增长和国内港口专业技术的飞速发展，地基处理施工行业逐步走向海外。为此，针对海外施工环境的地基处理施工技术研究尤为关键。

目前，国内振冲挤密施工技术还较为原始，供电系统、供水系统、记录控制系统、行走系统各自分散，因此，为了尽量减少移动设备（搬家）的频率而节省用工时间，一般采用了尽可能加长供水系统与行走系统之间高压水管的长度的方法。在施工过程中，由于上述设备原因，水压损失较大，造孔速度缓慢，且加密过程中卡孔情况频发，施工效率极低，采用此常规施工工艺难以满足施工要求。所以，寻找一种更加科学先进的施工工艺，是按时完成振冲挤密施工的必要条件。

1 工程概况

1.1 工程简介

以色列阿什杜德港大吹填区，位于阿什杜德港码头主体位置。

整个工程需振冲挤密处理约1千万m³海沙，工后需进行CPT（Cone Penetration Test，静力触探试验）检测点位约600个。

1.2 技术要求

（1）据技术规格书要求，场地标高须吹填到高程2.0m，振冲挤密范围为从泥面（原海底面）以下2m至+0.5m。吹填料的细颗粒含量（粒径d<0.075mm）不大于10%（根据吹填之前的PSD颗粒筛分试验所得），吹填区域出现淤泥夹层的厚度每1m高度段内不得超过250mm

（2）振冲挤密施工完成后，采用Post-CPT（静力触探）试验进行工后检测，检测结果中的相对密实度Dr应大于等于70%。

2 工程特点及难点

2.1 工程特点

（1）工程量大：约1千万m³海沙，实际工期仅有40个月。

（2）检测要求高：CPT检测结果。

（3）沙中含泥较多：吹沙过程中出现部分含泥夹层，影响振冲挤密结果。

2.2 工程难点

（1）水泵压力过小，供水管径小，造孔效率低。

（2）卡孔情况频发，施工难度大。

（3）国内质量管理模式较为粗放，仅对工后检测结果有要求，而海外市场对振冲施工过程的质量控制把控更为严格。

3 施工工艺选择

根据本工程特点及难点，在此施工环境下，要想顺利完成施工任务，必须对施工设备进行改造，既能满足施工效率，又符合施工质量要求。通过分析调研，决定将供水系统、供电系统、记录控制系统与行走系统完美地整合到一起的新型振冲工艺。

4 设备改造关键技术

4.1 供水系统改造

联系到国内专业的水泵生产商，针对振冲挤密须大水压穿孔、而加密时又须将水压降至很低的特性，从该水泵生产商处订制了当时还未投放市场的全新型号大功率多级离心泵，并要求生产商为该水泵量身打造了变频系统，使得该型水泵能在非常短的时间内随意调整水压大小。

订购全新大功率供水系统的同时，我们又从德国生产商处定制了适合于整套全新供水系统的具有高承压能力的大直径高压水管与卡扣。我们又为该套全新供水系统配置了电磁流量计、抗震压力表、气动阀、压力变送器、压力传感器等一系列先进的电子附属装置。

项目现场的人员对振冲器射水系统也进行改进。振冲器头部从原有的1个主射水口增加至3个，再配合全新大功率供水系统+大直径供水高压水管，大大提高了施工时的穿孔速度。振冲器导管侧壁从原有的1个旁冲管增加至2个，且在旁冲管上加装了可向四周喷射水流的扇形喷嘴，用以提高振冲器在加密过程中对横向地层切割与扰动的能力，进而达到对砂质地层更加高效的液化处理效果。

4.2 供电系统改造

联系国内厂家，配置兼容变频水泵的电力系统，将操作系统集中到吊车后部，通过电力调节，控制水泵，进行造孔-加密的变频处理。

4.3 记录系统自动化改造

为了使全新供水、供电系统能与振冲挤密施工用自动记录控制系统完美结合，我公司又为自动记录控制系统特意设计编制了全新的操作程序，且将自动记录控制系统操作电脑集成安装于吊车驾驶室中，所有施工过程中的操作仅由吊车操作手一人即可完成。新自动记录控制系统在施工时可实时显示出电流、水压、流量与施工深度的关系，及该自动记录控制系统所生成的施工记录同时能记录穿孔、加密、留振等各施工阶段的能量消耗情况。

为了方便现场技术人员与咨工监督管理，还为现场技术人员配备了平板电脑，从自动记录控制系统制造商处定制了适合安装于平板电脑上的监控程序，该监控程序可与吊车驾驶室中自动记录控制系统操作电脑完美同步。现场技术、质检人员仅通过平板电脑就可在数十米外展开对振冲挤密施工过程的监控。此监控系统还预留了升级空间，可通过搭建网桥，将监控距离提升至数百米乃至数公里，即做到足不出办公室，便可监控现场施工质量与施工动向。

4.4 行走系统改造

为了提高振冲挤密施工系统整体的移动能力，还须将整套供电系统（包括发电机、电控柜等）集成安装在履带吊上，为此项目部联系到国内吊车生产厂家，由项目部提供吊车改造方案，即用钢梁加工成的供电系统承载支架替换吊车原有配重部件，再由吊车生产厂家专业工程师配合提供出详细的承载力计算书。

5结语

以色列阿什杜德项目通过对设备进行优化升级，主要实现了以下新功能：

1. 水压变频控制

包括振冲密实施工过程中的恒压供水系统以及振冲器与水泵的变频控制

振冲挤密施工主要分为造孔和振动密实两个阶段，由于普通振冲工艺水压无法变化，因为振动密实期间要求水压较小，为满足密实度要求，所以全程水压较小，造孔较慢。采用水压变频控制系统以后，造孔期间水压调大，10m孔深仅需数十秒钟。当造孔完毕后将水压调小，开始进行振动密实。单次造孔最高可以提高工效40%，且每套振冲设备可以节约1-2个作业人员。

2. 自动化管理

包括水、电全自动化控制，施工深度、密实度实时监控，数据处理系统及数据远程管理。

本套设备的控制集中于起重设备司机室的触屏显示器上，所有用电设备都可在电脑内通过起重司机完成，启动起重设备，移动到打桩位置，对准桩点位。启动发电机组，所有用电设备供电。打开司机室控制系统平板电脑，导入将要打桩区域的批文件（包含桩号，坐标，目标深度等信息），设置各个工序的预设参数（零点校准，各个阶段的阀门开度及压力值），选择桩号（桩号的先取是从先前输入的文件里读取，这里只做选择），选择自动/手动。

施工前可将具体参数预输入操作室界面中，与此同时通过自动变频控制系统实现不同深度的水道压力值的调节，自动控制系统通过调节各水道气动阀的开度改变压力从而满足整个环节的施工具体参数，实现自动可控。系统通过实时记录深度电流、水压、能量计算等一系列数据，直接生成记录表格，无需人工手动计算，同时也避免人为修改施工记录。

目前整体式自动化振冲设备改造过程中不少关键配件为外国进口，国内无可替代品，且价格较高，购买周期较长。因此此套施工工艺仍然需要不断优化。

参考文献

[1] 王勇超，振冲密实工艺在国外港口工程中的应用，水运工程，2008年，第25期：116-117

[2] V. Baumann and , G. E. A. Bauer，The Performance of Foundations on Various Soils Stabilized by the Vibro-compaction Method，Canadian Geotechnical Journal, 1974, 11(4): 509-530

[3] 以色列阿什杜德港地基处理技术规格书