0 引 言

隨著內(nèi)陸可用土地資源日益減少，我國(guó)部分重大基礎(chǔ)工程的建設(shè)已逐步從陸地轉(zhuǎn)移到沿海，尤其是近年來(lái)為保護(hù)領(lǐng)海主權(quán)和推進(jìn)海洋發(fā)展戰(zhàn)略，我國(guó)加大了對(duì)沿海港口碼頭、防波堤、護(hù)岸和人工島圍海造地等海上工程的規(guī)劃與建設(shè)。此外，我國(guó)長(zhǎng)江流域的港口碼頭和護(hù)岸等大量原有沿岸工程的水下基礎(chǔ)也需加固維護(hù)。這些海上工程及其配套的輔助工程都需進(jìn)行水下軟質(zhì)地基加固，對(duì)水下基礎(chǔ)加固設(shè)備形成了持續(xù)性、規(guī)模性的市場(chǎng)需求。但是，目前我國(guó)的水下基礎(chǔ)加固施工工法及配套的施工裝備技術(shù)相對(duì)比較落后，主要還是采用傳統(tǒng)的成樁法、注漿法和開(kāi)挖回填等施工方法，加固施工主要依靠船用挖機(jī)、樁機(jī)和搭建的設(shè)備臨時(shí)工作平臺(tái)等配合進(jìn)行，存在單次加固面積小、施工效率低和施工成本高等不足?，F(xiàn)有的施工設(shè)備和加固方法已成為制約我國(guó)海上資源開(kāi)發(fā)和海上工程建設(shè)發(fā)展的重要因素。

1 深層攪拌工法

深層攪拌（Deep Cement Continuous Mixing, DCCM）工法的原理是以水泥為主固化劑，通過(guò)鉆攪機(jī)械就地對(duì)水泥固化劑和軟質(zhì)地基進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，使水泥和地基土等產(chǎn)生一系列物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)，形成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥加固基礎(chǔ)[1-2]。對(duì)于水下需深層密實(shí)、加固處理區(qū)域大和承載能力小的基礎(chǔ)加固來(lái)說(shuō)，DCCM 工法是世界上公認(rèn)的軟質(zhì)地基加固的最佳工法，已在很多國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。DCCM工法作為一種無(wú)污染、無(wú)振動(dòng)、高效經(jīng)濟(jì)的施工方法，在當(dāng)前環(huán)境保護(hù)要求日益嚴(yán)格的情況下，已成為各國(guó)施工技術(shù)發(fā)展的必然需求，其經(jīng)濟(jì)性和可靠性已得到國(guó)內(nèi)外大量實(shí)際工程的驗(yàn)證[2-3]。水泥攪拌加固技術(shù)已在我國(guó)陸上工程的地基加固處理中得到廣泛應(yīng)用，但因海上的施工環(huán)境和條件不同于陸地，在機(jī)械設(shè)備上集成和實(shí)現(xiàn)該技術(shù)難度較大，目前還沒(méi)有在海上投入應(yīng)用。

2 研究介紹

研究一種以工程船為載體，采用 DCCM 工法，用于對(duì)海上軟質(zhì)地基進(jìn)行加固處理的專(zhuān)用施工設(shè)備，已成為我國(guó)海上基礎(chǔ)施工裝備領(lǐng)域急需突破的技術(shù)瓶頸。該設(shè)備研制成功之后，能更好地服務(wù)于我國(guó)沿海及遠(yuǎn)海開(kāi)發(fā)建設(shè)，維護(hù)我國(guó)的海洋權(quán)益，有著廣闊的市場(chǎng)前景。中鐵工程機(jī)械研究設(shè)計(jì)院根據(jù)多年來(lái)在樁工機(jī)械和船用樁機(jī)領(lǐng)域積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用深層攪拌加固技術(shù)研發(fā)一種以工程船為載體，滿足船舶與海上設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范[4]要求，專(zhuān)用于水下基礎(chǔ)加固處理的施工機(jī)械設(shè)備。

2.1 總體設(shè)計(jì)技術(shù)

該設(shè)備主要由樁架系統(tǒng)、鉆進(jìn)攪拌系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、施工管理系統(tǒng)和漿液制造及輸送系統(tǒng)組成。設(shè)備的加固處理深度大、一次攪拌成樁數(shù)量多，具有成樁離散度可調(diào)的功能，不僅能對(duì)水下基礎(chǔ)形成間距可調(diào)的離散攪拌樁加固，而且可形成水下連續(xù)水泥土墻以承受載荷或隔水。設(shè)備總體設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖 1，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

數(shù)據(jù)分析是統(tǒng)計(jì)的核心，是數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分[12]．它能幫助人們從許多雜亂無(wú)章的數(shù)據(jù)中，通過(guò)信息的集中、萃取和提煉，找出研究對(duì)象的內(nèi)在規(guī)律[13]．然而，從國(guó)內(nèi)數(shù)學(xué)教學(xué)實(shí)踐來(lái)看，有關(guān)數(shù)據(jù)分析的教學(xué)還存在許多困難和問(wèn)題，比如雖然學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)收集與表示、平均數(shù)、中位數(shù)與眾數(shù)的掌握不錯(cuò)，但他們的應(yīng)用意識(shí)不強(qiáng)，數(shù)學(xué)分析觀念薄弱．這種教學(xué)現(xiàn)狀令人堪憂．造成這些情況的原因很多，但是教師對(duì)數(shù)據(jù)分析及其教學(xué)的認(rèn)識(shí)不足是其重要成因之一[2，13]．

通常在軟土路基施工中，為了提升路基的承載能力，降低路基出現(xiàn)不均勻沉降的概率，會(huì)考慮將土工織物作為鋪墊材料，將其鋪墊在軟土路基的表面。土工織物是一種具有連續(xù)性良好、耐腐蝕性而且抗拉強(qiáng)度高的材料，大部分的土工格柵和機(jī)織土工布都可以運(yùn)用于軟土路基的施工鋪墊上，而且其具有分離、排水、反過(guò)濾等功能。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①存在血液透析治療禁忌患者；②心、肝、腎功能障礙者；③精神障礙，不可自主溝通者；④凝血功能障礙者。

圖1 設(shè)備總體設(shè)計(jì)圖

表1 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

參數(shù) 鉆桿軸數(shù)/軸 攪拌翼最大直徑/m m鉆桿扭矩/(k N·m)處理面積/(m2/次)處理深度/m貫入/上拔速度/(m/m i n)制供漿能力/(m3/h)數(shù)值 4×3 φ 1 3 0 0 6 0 4.8×3 4 5 0～1 1 2 0×3

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 樁架系統(tǒng)

設(shè)備的樁架系統(tǒng)采用3幅樁架橫向并行布置的設(shè)計(jì)，每幅樁架上安裝1套可沿導(dǎo)軌上下滑移的鉆進(jìn)攪拌裝置和泥漿輸送系統(tǒng)，中間樁架的位置固定，兩側(cè)樁架相對(duì)于中間樁架的橫向距離可調(diào)，調(diào)節(jié)距離為0～2400mm（見(jiàn)圖2）。該設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)成樁的離散度可調(diào)，不僅滿足對(duì)水下地基離散成樁加固的要求，而且能實(shí)現(xiàn)連續(xù)成墻加固。

圖2 樁架布置圖

2.2.2 鉆進(jìn)攪拌系統(tǒng)

鉆攪設(shè)備采用4軸1噴設(shè)計(jì)，其中：4根攪鉆軸承采用正方形四角點(diǎn)布置方式，與鉆桿連接；加固劑噴口布置在中心，與輸漿管連接（見(jiàn)圖 3）。 鉆桿具有螺旋鉆進(jìn)翼與攪拌翼相間設(shè)置的特點(diǎn)，可根據(jù)不同的地質(zhì)和成樁要求，選擇與之相適應(yīng)的強(qiáng)度、直徑和長(zhǎng)度等鉆桿參數(shù)，鉆桿最大扭矩為 60kN·m，最大成孔直徑為φ1300mm，單次處理面積為4.8m2，最大鉆進(jìn)深度為水下45m。

2.2.3 工作選擇模式

該設(shè)備設(shè)有3套鉆進(jìn)攪拌處理系統(tǒng)，每幅鉆進(jìn)攪拌處理系統(tǒng)都設(shè)有4根鉆攪軸，鉆桿攪拌翼和鉆進(jìn)翼布置見(jiàn)圖4。該設(shè)備最多可實(shí)現(xiàn)3幅鉆進(jìn)攪拌系統(tǒng)的12根鉆桿同時(shí)工作，也可實(shí)現(xiàn)單幅或其中2幅鉆進(jìn)攪拌系統(tǒng)組合施工，且每幅鉆進(jìn)攪拌系統(tǒng)的攪拌翼的直徑可根據(jù)成樁厚度進(jìn)行增減。多樣化的工作選擇模式增強(qiáng)了該設(shè)備的適應(yīng)性和靈活性，提升了施工效率和經(jīng)濟(jì)性。

2.2.4 提升系統(tǒng)

每套鉆攪設(shè)備對(duì)應(yīng)2組提升系統(tǒng)（見(jiàn)圖5），即主提升系統(tǒng)和輔助提升系統(tǒng)，其中：主提升系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)鉆攪裝置的貫入和上拔，鉆攪裝置可通過(guò)提升系統(tǒng)沿樁架導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)垂直升降；輔助提升系統(tǒng)用于更換或加長(zhǎng)鉆桿。

這段話說(shuō)明了一個(gè)道理，藝術(shù)家必須通過(guò)自己的工作創(chuàng)造出藝術(shù)，這個(gè)工作不僅僅是憑藉技藝的一種職業(yè)，更重要的是“現(xiàn)實(shí)中根本沒(méi)有藝術(shù)這種東西”，也就是說(shuō)，藝術(shù)是藝術(shù)家創(chuàng)造出來(lái)的。藝術(shù)家個(gè)體何以能夠創(chuàng)造？對(duì)于綜合材料藝術(shù)而言，結(jié)論是重新認(rèn)識(shí)材料與技藝的關(guān)系，在物我互動(dòng)過(guò)程中反省自我，通過(guò)陌生化的創(chuàng)作方法呈現(xiàn)物性，達(dá)到藝術(shù)創(chuàng)作的獨(dú)特性，以此開(kāi)啟并拓展觀眾的視野范圍和視覺(jué)思維。這正是藝術(shù)家個(gè)體保持創(chuàng)造活力，介入社會(huì)現(xiàn)實(shí)的價(jià)值所在。

2.2.5 施工管理系統(tǒng)

施工管理系統(tǒng)是DCCM處理系統(tǒng)的指揮控制中心，以各類(lèi)傳感器、工業(yè)電腦和可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC）為核心，通過(guò)軟件控制程序?qū)κ┕?shù)進(jìn)行設(shè)定和控制，用顯示器實(shí)時(shí)顯示施工參數(shù)和制供漿系統(tǒng)的運(yùn)行情況，具有對(duì)施工數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、保存和打印等功能，供用戶對(duì)加固的過(guò)程和質(zhì)量進(jìn)行分析。

圖3 鉆攪設(shè)備

圖4 鉆桿攪拌翼和鉆進(jìn)翼布置

圖5 提升系統(tǒng)

3 成果應(yīng)用

上述研究成果已獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利[5]，并在“四航固基”號(hào)深層水泥攪拌船（圖6）上得到成功應(yīng)用。該船為國(guó)內(nèi)首臺(tái)基于DCCM工法、采用三樁架處理系統(tǒng)的攪拌船，交付之后完成了香港大嶼山機(jī)場(chǎng)海域和香港機(jī)場(chǎng)第三跑道擴(kuò)建圍海造地的軟基處理工程施工建設(shè)，各項(xiàng)性能均達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。

圖6 “四航基固”號(hào)深層水泥攪拌船

4 結(jié) 語(yǔ)

與傳統(tǒng)的海上軟質(zhì)地基加固方法相比，水泥深層攪拌加固技術(shù)不會(huì)顯著改變海底的動(dòng)力特性，不會(huì)造成環(huán)境污染；所形成基礎(chǔ)的強(qiáng)度、整體性和抗震性非常好，特別適用于對(duì)差異沉降和工后殘余沉降、抗震性要求較高的工程項(xiàng)目?；贒CCM工法的海上加固處理設(shè)備不僅能滿足當(dāng)前對(duì)海上軟質(zhì)基礎(chǔ)加固的迫切需求，而且將是未來(lái)海上基礎(chǔ)加固處理的必然趨勢(shì)；同時(shí)，其設(shè)計(jì)原理可用于水下及陸地污染區(qū)域的土壤改良，技術(shù)成果能更好地服務(wù)于我國(guó)海上工程建設(shè)，并將帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

CRS病因復(fù)雜，至今尚未明確，可能與反復(fù)上呼吸道感染、 變態(tài)反應(yīng)、 腺樣體肥大、扁桃體炎、免疫力低下等因素有關(guān)[9]，其中二手香煙煙霧和主動(dòng)吸煙是CRS的危險(xiǎn)因素[10]。CRS的發(fā)病率為8%～15%，目前國(guó)內(nèi)CRS患者正以每年0.3%的速度增加，尤其是因變態(tài)反應(yīng)而引起的鼻竇炎患者[11]。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周?chē)?guó)鈞. 深層攪拌法加固黏土技術(shù)[J]. 巖土工程報(bào)，1981, 3 (4): 54-65.

[2]交通運(yùn)輸部. 水運(yùn)工程地基設(shè)計(jì)規(guī)范：JTS147-2017[S]. 北京：人民交通出版社，2017.

[3]建設(shè)部. 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范：JGJ79-2012[S]. 北京：中國(guó)建設(shè)工業(yè)出版社，2012.

[4]中國(guó)船級(jí)社. 船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范[S]：北京：人民交通出版社，2007.

[5]謝繼偉. 一種水泥深層攪拌船樁架系統(tǒng)及成樁方法：ZL201611022122.6[P]. 2006-06-12.