水上擠密砂樁在珠港澳大橋島隧工程中的應用

張明偉 李長虹

(中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000)

?

水上擠密砂樁在珠港澳大橋島隧工程中的應用

張明偉 李長虹

(中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000)

介紹了擠密砂樁加固軟土地基的原理與所用設備，從施工準備、套管貫入、排泥、制樁、打樁結(jié)束移位五方面，闡述了其施工工藝，并探討了施工材料選取與質(zhì)量控制措施，經(jīng)實踐表明，該軟基處理方法可有效提高地基的承載力。

擠密砂樁，軟基處理，質(zhì)量控制，施工工藝

1 擠密砂樁加固軟土地基原理

SCP其全稱為SAND COMPACTION PILE譯為擠密砂樁。SCP施工工藝即軟基處理強化地基的施工方法，該工藝利用套管的自重、砂重、氣壓和震動錘的振動力強制把砂壓入軟地基內(nèi)生成砂樁。使用此施工工藝，將砂和原有土壤緊固在一起，并通過打回的方式進行擴徑，使原有土壤、砂的密度增大，形成復合地基，使之地基承載力增強，進而達到軟基加固的目的，具有降低沉降量，防止地層滑移破壞作用。

2 設備選擇

水上擠密砂樁要在水上施工，所以需要一個SCP船組。船組配備的附屬船舶有：拖帶SCP船的拖輪、具備相應起錨能力的起錨艇和交通船等。此外，SCP船進行施工駐位后，需在船舶料斗一側(cè)靠泊帶有抓斗的上砂船，根據(jù)現(xiàn)場實際情況以及砂料使用速度和運砂船運距來確定上砂船的噸位和數(shù)量以及決定是否使用砂料貯存船。采用的機械設備如表1所示。

表1 設備配備一覽表

3 施工工藝

3.1 施工準備

1)歸零。工作前檢查自動測量傳感器，進行套管(GL)和水深歸零，確定深度基準。

2)定位。砂樁船在GPS定位系統(tǒng)的指揮下，按照預設砂樁樁位移船定位。

3)測深。通過測深裝置，測量樁位處的水深情況，并結(jié)合潮位儀，計算海底泥面高程。

3.2 套管貫入階段

1)沉管。套管在水中下沉，向內(nèi)充氣加壓，將管內(nèi)水排出，直至泥面。

2)貫入。套管前端達到泥面后，開啟振動錘，從送料斗向套管內(nèi)投入砂料至一定高度(一般16 m～22 m)，同時繼續(xù)貫入套管。

3.3 排泥

1)一次排泥。達到預定貫入深度之前，由于套管前端有泥水混合物上溢，為了保證套管內(nèi)全部充滿砂子，此時提升套管1.5 m左右，反復提升，依靠套管內(nèi)存在氣壓，可使進入套管端部的泥全部排出。

2)二次貫入先端處理。根據(jù)ASL(砂面計)的檢測數(shù)據(jù)，在振沉套管時，不斷向管內(nèi)充砂、加壓，使套管端部的砂面保持不變，把套管振沉至設計標高。

3.4 制樁

1)提升。向套管內(nèi)注入一定高度的砂料，并充入空氣加壓。一邊振動拔管，一邊通過套管前端高壓噴射氣閥噴氣，將規(guī)定量的砂從套管底端排出，形成砂柱。

2)打回。根據(jù)排出砂量、砂樁高度和要求擴徑的大小，計算出打回深度，向套管內(nèi)加砂、充氣加壓，再按計算出的打回深度將套管打回(振沉)，進行擴徑和壓固。

3)供料。打回過程中，根據(jù)管內(nèi)砂面高度補給砂料。

4)重復上述步驟，不斷將套管提升或打回(振沉)，以形成規(guī)定標高的擠密砂樁。

3.5 打樁結(jié)束移位

同一個船位3根擠密砂樁全部打設完畢后，將套管全部提出泥面一定高度，移船到下一個工作位置。

4 材料選擇

4.1 砂料標準

SCP中，0.074 mm以下的細砂粒使用比較少，根據(jù)施工要求使用不會發(fā)生粉化的土粒。以下內(nèi)容為使用材料的一般實用范圍。作為材料一般使用細小砂粒在3%～5%、最大粒徑在40 mm～50 mm以下的材料。建議在施工作業(yè)中，最好每2 000 m3就進行1次顆粒試驗。

4.2 凝集試驗法(在船上)

1)取500 cc的砂料放入量筒，然后加水至1 000 cc。

2)用手掌把量筒的口堵住進行來回翻覆振蕩，使砂和水充分混合。大約翻覆振蕩20次(約50 s)，翻覆角度以左右最大幅度夾角90°為標準。

3)翻覆振蕩結(jié)束后，放置平整位置10 s以上。

4)向量筒內(nèi)注水，至980 cc處。

5)用玻璃吸管吸入20 cc的凝集劑，注入到量筒中(總體為1 000 cc，吸管的前端不要浸到水中)。

6)用攪拌棒攪拌20次左右，再輕輕逆向攪拌，讓水回轉(zhuǎn)，待水停止旋轉(zhuǎn)時，取出攪拌棒(攪拌棒不要攪亂堆積砂料和泥砂的界限，要適當調(diào)整)。

7)攪拌完成后，靜置3 min。以5 cc為最小單位確認沉積物的全容積A和容積C，按下面算式計算凝集測定值,%：

凝集數(shù)值=C/A×100(四舍五入取小數(shù)點后一位)。

8)凝集試驗完成后，記錄試驗結(jié)果。關于砂樁的材料并沒有明確的規(guī)定，可在施工地區(qū)從經(jīng)濟可用的材料中，選擇透水性高、細砂粒(不到75 μm)含量少、顆粒度分布良好、易緊密、具備較高強度且較易從套管排出的材料。

5 施工中質(zhì)量控制

施工前、施工中、施工后的質(zhì)量控制內(nèi)容為一般質(zhì)量控制項目。除此之外，有時也要進行砂樁樁身垂直度的控制、確認調(diào)查打設時粘土的散亂和恢復狀態(tài)以及砂樁直徑。例如，施工后為了檢測原泥面隆起量而施工前進行的原泥面水深測量就要在施工區(qū)域端大約1.5倍～2.0倍的砂樁長度范圍內(nèi)進行，要覆蓋隆起所的影響范圍。

6 施工實例——港珠澳大橋島隧工程

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，是連接香港、珠海及澳門的大型跨海通道。島隧工程是大橋控制性工程，包括兩個長度625 m的隧道人工島及5 664 m長的海中沉管隧道，島隧工程是當今世界同類工程綜合技術難度最大的工程之一。

島隧工程平均水位+0.54 m，原海床面標高約-8.0 m～-10.0 m，主要分布四大土層，①淤泥、淤泥質(zhì)黏土，厚度3.5 m～25.4 m，標貫擊數(shù)小于1；②黏土，厚度0.6 m～10.5 m，標貫擊數(shù)12.5；③黏土、粉質(zhì)黏土，厚度0.9 m～39.3 m，標貫擊數(shù)12.9擊～24.4擊；④密實砂層。島壁外設拋石斜坡堤，采用低置換率擠密砂樁復合地基基礎。

沉管隧道共分為22節(jié)依次為E1,E2,E3,…,E33，標準管節(jié)長度180 m，其中E1～E6及E30～E33管節(jié)下軟土層較厚需進行處理，為控制沉降并實現(xiàn)隧道地基剛度的平順過度，這些區(qū)域采用高置換率擠密砂樁復合地基。

由于砂樁船為三聯(lián)樁，機械作業(yè)效率高，而且在深海中抗風等級高，大容量的上砂船可保證施工的連續(xù)性，大置換率的處理軟基能力，得到了使用，回壓擠密的砂樁，已經(jīng)成為一種成熟的施工工藝。

7 結(jié)語

目前存在很多種軟基處理方法，實踐證明該處理方法在水上對提高地基承載力有明顯效果，樁體強度較高，密實度達到中密～密實。在大范圍，泥層較厚區(qū)域，采用此工法，可以節(jié)約時間，同時又可滿足環(huán)保施工。

通過上述總結(jié)，希望能給從事水上擠密砂樁的同仁予以幫助。

[1] 劉新民，曾 濤，曾鐵剛.擠密砂樁在南水北調(diào)地基處理中的運用[J].四川水力發(fā)電,2011(6):3-30.

[2] 黃建華.水上擠密砂樁的施工工藝與質(zhì)量控制[J].山西建筑,2012，38(15)：79-80.

[3] 日本港灣協(xié)會.日本國土交通省港彎局監(jiān)修港灣的技術基礎[Z].2007.

Sand compaction piles in the application of bead the island tunnel engineering of the Hong Kong and Macao

Zhang Mingwei Li Changhong

(CCCC Fifth Highway Engineering Co.， Ltd, Qinghuangdao 066000, China)

The paper introduces the principle and applied equipment for the sand compaction pile to consolidate the soft-soil foundation, illustrates its construction craft from the construction preparation, drivepipe injection, sludge disposal, and piling displacement, explores the selection of the construction materials and quality control measures, and proves by the practice that the soft foundation treatment can enhance the loading capacity of the roadbed.

sand compaction pile, soft foundation treatment, quality control, construction craft

1009-6825(2017)12-0160-03

2017-02-16

張明偉(1983- )，男，工程師; 李長虹(1975- )，男，工程師

U443.1

A