海上碎石樁在淺灘海區域應用研究

張文喜

(中國石化集團勝利石油管理局海上工程技術檢驗中心 東營 257000)

梁 捷

(上海宏波工程咨詢管理有限公司 200232)

劉 濤

(勝利油田勝利建設監理有限責任公司 東營 257000)

1 前言

目前，勝利油田灘海石油的開采逐漸向水深延伸，而渤海灣地區地質承載力差，淤泥層厚。雖然進海路及人工島結構形式在不斷地改進，但原來的拋石結構、板樁結構、板板結構已不能滿足安全使用功能的要求。

橋東油田青東5塊新區產能建設地面工程1號人工島，有效面積90m×150m，海底高程－3.5m，平均水深4m。人工島區域泥面下至9m左右地層組成以淤泥質軟土為主，間夾薄層粉土，淤泥質軟土壓縮性高、強度低、排水性能差，屬欠固結土，極易引起島體過大沉降，同時因淤泥質軟土滲透性很低，施工加載時會產生很高的超孔隙水壓力，嚴重影響島體整體穩定性。為此，聯合勝利油田設計咨詢有限責任公司，引進擠密碎石樁技術對島壁下軟土地基進行處理，該結構具有很好的抗側滑及承載能力，適應于深水、浪大地區。1號人工島軟基處理總面積為14610.15m2，計12024根，共計138276m。根據資料，施工地點最低潮水深約3.2m，最高潮水位4.8m。設計要求:碎石樁設計直徑為0.5m，樁長11m，樁距為1.2m，排距為1.039m，孔位為梅花形布置。采用振動沉管法施工，施工順序采用跳打形式，并由內側向外側進行，每根樁的碎石灌注量不小于0.24m3/延米。

2 施工流程及工藝

2.1 施工流程

施工流程見圖1。

圖1 施工流程

2.2 施工工藝

在打樁船兩側鋪設軌道，牢固地焊接到船面上，使打樁機能夠在軌道上橫向移動。

具體操作規程順序如下:

a.體定位，利用RTK定位系統樁機精確定位。

b.測量水深，確定沉管深度。

c.提管0.5m。

d.填料，一次性加滿2.84m3。(通過試驗最終確定填料量為2.84m3，充盈系數為1.3)。

e.留振1min，使花瓣充分打開。

f.提管:第一次提管1m，反插0.3～0.5m，留振15～20s左右，之后 2.5m/次，反插 0.3～0.5m，留振15 ～20s。

g.最后2.5m，提管2.0m，反插0.3～0.5m，留振15 ～20s。

h.提管速度控制在1～2m/min。

2.2.1 定位

a.橫向定位:在船的一側首尾安裝固定2個GPS定位探頭，使其同樁管保持直線，并且這條直線與船保持平行，樁機在橫向開移過程中樁管是沿著兩個探頭形成的直線行走，在船的一側標明刻度，控制樁機行走尺度。

b.縱向定位:打樁船分別在船首尾安裝4臺8t錨機，600kg鐵錨4個，每個錨機配備鋼絲錨繩300m，俗稱四錨定位。施工過程中，樁機在船上橫向施工完畢后，開動四錨定位(四錨錨機控制連接到一個手柄上，可在船上任意位置操作使用)。根據施工技術要求，讓錨機拉動船移位，到達GPS設定位置，完成縱向定位。以上定位是成樁的關鍵，涉及到樁位的準確度及施工進度。

2.2.2 沉樁

根據設計要求，碎石樁必須采用由內向外跳打方式，呈梅花樁布置，根據船體寬度及碎石樁間距1.2m，排距1.039m，在船兩側對稱安裝樁機軌道，各設置樁機2臺，使兩側對稱樁頭間距為碎石樁排拒的8倍。1號樁機與2號樁機之間平行連接，3號樁機和4號樁機平行連接，1號和3號樁機及2號和4號樁機之間間隔2根碎石樁，1、3號樁機插打第一排，2、4號樁機插打第九排，通過軌道平行移動插打，當1、3號樁機完成第一排插打后移錨到第三排上進行插打，第三排完成再移到第二排上插打，第二排完成后移到第四排上插打，第四排完成后進行第六排插打，第六排完成后進行第五排插打，第五排完成后進行第七排插打，最后移到第八排插打完成一個船位碎石樁的插打過程，2、4號樁機與1、3號樁機平行同步進行插打。每打完一個船位需起錨移船到達另一船位按上述步驟繼續插打。船位插打過程如圖2所示:

圖2 碎石樁插打過程圖

其中利用跳打方式進行插打，樁長11m。按設計要求，造孔深度超設計30～50cm。其余兩根插打于兩側，樁管標明刻度，開始成樁，樁機定位，關閉花瓣樁頭，為防止樁頭進泥不閉合，花瓣樁頭設計成4個花瓣，在樁頭入水前采用一次性尼龍綁扎繩綁扎花瓣樁頭，成樁前使用探水器測量水深，根據水深計算出樁管下沉的尺度(樁長+水深=樁管下沉到水面的尺度);樁長數據完成，開始沉管，由于是水上施工，沉樁入水時不需要震動，當樁管插入泥土后，開啟震動，開始沉管，當樁管下沉到比設計深30～50cm時，用挖掘機開始加碎石料，根據樁管上的刻度確定加料，加料過程中，操作人員要測量樁管灌入的高度，保持地面以下管內填料充實，最終使樁身骨料高出地面0.3～0.5m。

2.2.3 上料

在打樁船一側將300T的上料船用可活動的機械臂同打樁船連接(可隨時打開)，兩船間距2.5m，上料船配備一臺小型挖掘機，每臺樁機1個。

2.2.4 提升沉管

先振動后提管，是為了花瓣樁頭的順利打開，提樁過程中留振，留振時間在20～30s，每提升2.5m，反插一次，反插深度不小于30cm，全過程反插3次，提管速度保持1m/min。海底表層土質松軟，不易反插，易影響成樁質量，提升過程中要保證速度均勻。

按圖2順序依次插打完成，采用跳打順序成樁，施工過程中，做好每根樁的數據記錄(見圖3)。

圖3 現場數據記錄

3 工序質量控制點及操作要點

碎石樁質量控制分為兩方面:?樁長、樁位偏移的控制;?樁體質量的控制，填料量、密實電流、留振時間都達到規定值是樁體質量保證的三個控制要素。

3.1 造孔質量控制

3.1.1 孔位中心偏差控制

嚴格按照控制點測放出施工孔位，孔位放好校驗合格后方可開始造孔。下振前樁位中心偏差不得大于15cm。

3.1.2 孔斜的控制

造孔過程中，吊車卷揚下放以1～2m/min的速度在土層中均勻下沉，以定位架為準，沉管受水流影響，隨時糾正。

3.1.3 孔深的控制

為了保證達到設計孔深，可在沉管上標注刻度，造孔達到超過設計孔深30～50cm，導管上端應超出水面1m以上。

3.2 填料的控制

3.2.1 石料質量

碎石采用扎制碎石而成，粒徑2～5cm的自然級配碎石，含泥量不大于5%，且最大粒徑不大于8cm。

3.2.2 填料次數

首次填料時，向管內一次性加滿骨料，在一次補充加料，保持地面以下管內填料充實，最終使樁身骨料高出地面0.3～0.5m。

3.3 提管質量控制

沉管提升速度應均勻并且不能過快。

3.4 串樁處理措施

如出現串樁，及時分析原因，改進施工工藝。并在出現串樁的附近進行補樁。

4 質量檢測

碎石樁施工檢驗要求見下表。

碎石樁施工檢驗要求表

成樁質量檢測:成樁完成10天以后，對碎石試驗樁進行樁體質量檢驗，檢測數量不少于9根，采用動力觸探重Ⅱ型檢測，要求:連續5擊時的下沉量不大于10cm。

5 施工總結

海上碎石樁施工在國內為新興技術，目前可參考的同類工程和技術很少。海上專業打樁設備在施工過程中正在不斷地改進，至今還沒有完善的打樁設備。海上碎石樁施工工藝處理軟基，比拋石結構、板樁結構整體效果明顯提高，施工便利，工程造價低，穩定性好，建筑物或構造物后期沉降降低。該技術在淺海區域特別是渤海灣、萊州半島區域用于處理軟基，有很好的應用價值，可推廣的前景很廣闊。

1 JTJ 246—2004港口工程碎石樁復合地基設計與施工規程.［S］.

2 項國玉.振沖碎石樁在海上防波堤工程中的應用［J］.中國港灣建設，2010(4).