MBZ海岛桩基工程施工方案优化造价分析及控制

2022-09-12

1 工程概况

MBZ海岛罐区扩容建设项目综合考虑了中海油某地一期炼油、国家石油储备基地和二期炼油的进油的要求, 拟在原油储油能力的基础上扩建3台10万立方原油储罐以及配套的锅炉、给排水、消防、供电、自动控制等公用工程和行政办公设施扩建。

桩基工程初步设计方案填海拟采取602根Φ1200mm冲击钻、冲孔灌注桩的施工工艺。工程要求在保证质量和完善环境保护的条件下, 在6-8个月内必须完成桩基工程。

2 地质描述

MBZ海岛总体呈近南北走向, 岛上为岩质山峰, 山顶高约60m, 南侧为正在运营的HD石化有限公司油库区, 其北侧为投产的MBZ海岛一期原油库区。扩建项目位于MBZ海岛中部山体及其两侧, 山体为基岩, 地形陡峭, 相对高度约50-60m。

根据区域地质资料揭示, 扩建项目基底建造为燕山期侵入旋回的花岗岩及泥盆系砂岩, 表层覆盖层为第四系砂土及人工回填土。扩建区域岩土层空间分布特征较明显, 规律性较强。各单元土体工程主要特性如下:

(1) 人工填土 (Q4m L) 层, 主要由砂岩的碎块石组成, 该层平均层厚6.93m。

(2) 细砂 (Q4m) 层, 松散-稍密, 混贝壳屑, 局部混淤泥及含少量角砾。平均层厚2.37m, 具松散、低强度的特点。

(3) 中粗砂 (Q4m) 层, 稍密-中密, 颗粒不均, 混贝壳屑, 部分钻孔中揭示该层平均层厚3.19m, 该层强度一般。

(4) 砂混粘性土 (Q4m) 层, 砂以粗砾砂为主, 颗粒不均, 混多量粘性土, 有粘性。

(5) 粘性土混砂 (Q4m) 层, 可塑状, 饱和, 混砂较多;该层仅在两个钻孔 (ZK34、ZK37) 中揭示到, 层厚0.9-4.3m。

(6) 粉质粘土 (Q4m) 层, 褐黄色为主, 可塑状, 饱和, 土质较纯, 韧性强;层厚3.2m。

(7) 中粗砂 (Q4m) 层, 中密-密实状, 颗粒不均, 混少许粘性土。该层平均层厚2.98m。

(8) 粉质粘土 (Q3al+pl) 层, 坚硬状, 混砂、碎石及岩屑, 该土层多呈薄层状或透镜体状覆盖于下伏基岩之上, 分布不连续, 该层平均层厚1.81m。

(9) 强风化砂岩 (D) 层, 原岩风化强烈, 裂隙极发育, 岩体破碎, 岩芯呈砂土夹碎块状。本次勘察中仅在钢烟囱区域有所揭示, 该层平均层厚5.40m, 强度较高。

(10) 中风化砂岩 (D) 层, 褐黄色, 暗红色, 粒状结构, 块状构造, 岩质坚硬, 节理裂隙较发育, 岩芯呈柱状及块状, 岩芯较完整, 强度好。

⑾强风化花岗岩 (Γ5) 层, 灰绿色, 原岩风化强烈, 裂隙极发育, 岩体破碎, 岩芯呈砂土夹碎块状, 碎块大部手掰可断。该层多在勘区西侧分布, 该层平均层厚5.14m, 强度较高。

⑿中风化花岗岩 (Γ5) 层, 灰绿色, 粗粒结构, 块状构造, 略微变质, 岩质坚硬, 节理裂隙较发育, 岩芯呈柱状、长柱状, 局部碎块状、块状。该层平均层顶标高-4.82m (-20.74m-10.28m) , 本次勘察未揭穿。该单元层在勘区范围内均有揭示, 分布连续稳定, 强度高。

3 原施工方案主要问题

3.1 方案脱离施工实际

MBZ海岛罐区扩容建设项目位于一孤岛, 四面环水, 岛上不具备生活条件, 人居岛外, 材料设备需岛外进场, 需开工前联系好人员和设备材料的进场运输船只。而且岛上仅有一台搅拌机的混凝土搅拌站, 混凝土及时供应问题需提前协商解决。施工水电不具备条件, 施工用淡水需从岛外运入, MBZ海岛一期项目用电仅够岛上一期工程正常运行, 无多余电量供二期项目施工使用, 罐区扩容建设工程施工用电用自备发电机发电。

初步设计施工方案拟采用Φ1200mm冲击钻孔灌注桩, 灌注C35混凝土。使用冲击钻孔方案需要建造泥浆池, 沉淀池, 施工过程中现场将会产生大量沉渣, 无处堆放。上返泥浆造成现场泥泞, 极不整洁, 同时容易流入海中, 造成海洋污染。

3.2 施工未考虑工程造价

MBZ海岛罐区扩容项目因其特定的孤岛环境, 材料、设备的供应量更加严格。材料、设备的上岛及仓储都将成为项目的额外费用支出。如若材料供应过多, 项目后期还要考虑材料余量运输下岛费用。施工机械设备的数量也受岛上施工作业面的制约, 但机械设备的数量又制约着项目进度的开展。项目进度的超前或滞后, 都需要额外支付赶工费用或罚款。

施工方案的确定不仅要以现场实际情况为原则, 还要兼顾项目的工期、质量, 但最主要的是在工程合同的控制价下制定先进, 高效的施工方案。工期的长短, 质量的好坏, 与是否选用合适的机械设备、材料, 施工人员数量有着直接关系。MBZ海岛罐区扩容建设项目的陆域形态以及特定的Φ1200mm灌注桩, 在很大程度上已经否定了初步设计施工方案采用的冲击钻孔灌注桩。

3.3 技术和经济相分离的状况

工程造价三要素:工程量、基价及取费。基价又由人工费、材料费和机械费组成。选用不同的施工方案, 投入的人力资源、材料物资及施工机械种类及数量都不同。最佳的施工方案不仅要符合现场实际情况, 还需要考虑工程进度、工程质量都能达到预期效果为前提的最佳工程造价。

在工程项目施工中, 以往大多数工程项目的技术人员认为工程造价是财务、概预算人员的职责, 与己无关, 因而只注重工程质量控制和工程进度控制, 而忽略对建设项目的造价控制;而工程造价人员又不太了解相关的工程技术知识, 工程造价就难以发挥造价优势和合理确定以及有效控制。

如本案灌注桩施工的选择, 应该注意到旋挖和冲击钻两种工艺在工程造价上的相同或差异, 在满足技术要求的前提下, 合理的选择会使经济效益取得最大化。

4 工程造价优化分析及实施控制

在相同的地质条件下, 在保证施工质量和达到环保要求的前提下, 我们从施工方法、采用设备、施工工期、方案优化等方面进行分析对比, 以从中找出合理的施工方案。

4.1 两种施工方法介绍

旋挖成孔灌注桩施工方法是采用动力钻头形式, 利用强大的扭矩直接将土或砂砾等钻渣旋转挖掘, 然后利用旋挖斗快速提出孔外。出土后放在钻机周围, 用别的机械运出场地。

冲击钻孔灌注桩施工方法是要先调泥浆才能钻孔。钻头只有旋挖齿没有旋挖斗, 扰动的土在孔内搅成泥浆抽出来, 钻头不用每次都提上来放土。通过向孔里灌注调制好的泥浆, 排出钻渣。钻头的高速转动, 直接在孔洞周边形成泥浆护壁, 防止孔洞坍塌。场地内要建立、造浆池、沉淀池, 用挖掘机把沉淀下的砂砾和稠泥浆挖出。

旋挖成孔灌注桩施工中用不着泥浆, 孔内有水反而容易塌孔。所以旋挖旋挖成孔灌注桩不需要泥浆护壁, 但有砂层除外。冲击钻孔灌注桩在钻进的过程中通过钻头挤压和旋转会在孔壁上形成泥浆护壁, 将泥浆和地下水分开。

通过上述MBZ海岛的地勘资料分析得出, MBZ海岛地下存在2m左右厚砂层, 海岛地下水源丰富, 不采取护壁措施, 成孔容易坍塌。经项目部协商, 采用钢筒护壁的方式钻进。

4.2 施工工期优化分析

依据初步设计施工方案规定, MBZ海岛扩容建设项目桩基工程需打桩602根Φ1200mm冲击钻孔灌注桩。项目为进一步确定地勘资料的准确性, 在地勘资料模糊地区域拟采取2#和3#罐基础桩基工程各抽5根试验桩。具体桩长参数见表1。

由上表可以直观看出冲击钻孔灌注桩的一个缺点, 就是设计要求入岩深度2m, 冲击钻基本都超挖50%-100%, 入岩的位置不好直观的判断, 为确保入岩深度达到设计要求, 只能超挖。

在试验桩施工过程中发现:因MBZ罐区扩容项目为海岛开山填海项目, 场地经6000k N.m能级强夯处理过。由于强夯处理能级低, 仅上方6m左右密实度能达到要求, 6.0m以下回填层土质比较松散, 试验桩证实地下-8.00m至-12.00m区域存在大面积砂层, 所以在冲击钻孔过程中常有塌方、漏浆现象发生, 造成成孔困难。经现场测算冲击钻机平均8天 (每天工作24小时) 完成一根桩施工, 大大超过了11天定额标准工期天数, 且成桩质量差。为提高钻孔效率, 项目部又在原来冲击钻孔灌注桩方案基础上, 增加了旋挖旋挖成孔灌注桩方案, 增加1台旋挖钻孔机, 桩机平均1.5天 (每天工作24小时) 完成一根桩施工, 效率为冲击钻孔灌注桩的5倍。

因MBZ罐区扩容项目施工作业面受限。每台10万立方储罐直径80m, 施工作业面积5000m2, 单台罐最多允许20台冲击钻孔机作业。因岛上一期项目富余的电量仅够办公用, 桩基施工只能配柴油发电机。每4台冲击钻机固定配一台400kw柴油发电机, 假如当4台中的1台冲击钻需要维修, 400k W发电机供3台冲击钻使用, 造成资源浪费。

根据试验桩收集的资料, 每台10万立方储罐需打灌注桩301根。不考虑南方海岛台风、雨季等因素影响, 需工期121天, 折合18周的工期大大突破原计划预定的16周的工期需求。如采用旋挖旋挖成孔灌注桩, 不存在施工作业面限制, 也不存在电力资源浪费, 因为旋挖机靠汽缸自己提供动力。仅需6台旋挖桩机连续施工80天, 折合12周的工期完全满足原计划要求还有富余。

参考MBZ海岛地勘资料, 若采用冲击钻孔灌注桩方案, 大概需要15000方泥浆, 产生的沉渣量也大, 沉渣不能直接倾倒入海, 运送至岛外需额外加一笔费用, 也未必有地方接收 (地方考虑环保因素) , 只能存放在岛上, 给原本紧张的场地增加了压力。项目位处海岛, 考虑冲孔需造浆且冲出的沉渣无处堆放, 还不能污染海洋, 否定了冲孔桩的方案。

4.3 施工方案优化分析

由试验桩的资料结合原始地勘资料, 可以测算出平均桩长为28.5m。经项目部核算, 602根Φ1000mm的灌注桩完全可以满足10万立方储罐罐基础强度需求。项目部结合广东省建筑与装饰工程综合定额 (2010版) 三类地区取费, 截取Φ1000mm及Φ1200mm桩径, 对比钻孔灌注、冲孔灌注、旋挖钻孔灌注的基价, 详见表2 (未统一调整取费) 。

由上表可以看到, 在前述相同的地质条件下, 采用不同的施工工艺, 旋挖成孔灌注桩的工程造价是最低的施工方法, 在满足10万立方储罐罐基础强度需求的前提下, 桩径由Φ1200mm改为Φ1000mm, 可节约工程造价30%。

5 结语

MBZ海岛罐区扩容项目桩基工程上运用旋挖成孔灌注桩, 使用工期98天圆满完成592根灌注桩施工。充分验证了在狭长孤岛上运用旋挖成孔灌注桩, 造价方面优势明显, 不但节约了资源, 还比较环保。尤其是旋挖成孔灌注桩比冲击钻孔灌注桩在施工过程中判定桩入岩的准确性更加直观, 节约了一大笔“超前钻”的费用。

摘要：本文以MBZ海岛罐区扩容建设工程的桩基工程为实例, 对在孤岛狭小区域成孔灌注桩施工方案的选择上, 通过运用工程造价优化分析方法得出采用旋挖成孔灌注桩的优势。文章介绍了该工程的地质状况、采用的施工方法、工程造价、施工作业面局限性等因素和存在的问题, 通过优化初始设计施工方案的工程造价, 由施工方法、施工工期、环保、质量等层面的对比分析, 进行优化造价工程控制并实施, 改变原设计施工方案使该项目的施工取得较好经济效益, 同时也为类似项目施工方案的优化造价提供了参考。

关键词：旋挖成孔灌注桩,冲击钻孔灌注桩,工程造价