海上碎石桩在浅滩海区域应用研究

张文喜

(中国石化集团胜利石油管理局海上工程技术检验中心 东营 257000)

梁 捷

(上海宏波工程咨询管理有限公司 200232)

刘 涛

(胜利油田胜利建设监理有限责任公司 东营 257000)

1 前言

目前，胜利油田滩海石油的开采逐渐向水深延伸，而渤海湾地区地质承载力差，淤泥层厚。虽然进海路及人工岛结构形式在不断地改进，但原来的抛石结构、板桩结构、板板结构已不能满足安全使用功能的要求。

桥东油田青东5块新区产能建设地面工程1号人工岛，有效面积90m×150m，海底高程－3.5m，平均水深4m。人工岛区域泥面下至9m左右地层组成以淤泥质软土为主，间夹薄层粉土，淤泥质软土压缩性高、强度低、排水性能差，属欠固结土，极易引起岛体过大沉降，同时因淤泥质软土渗透性很低，施工加载时会产生很高的超孔隙水压力，严重影响岛体整体稳定性。为此，联合胜利油田设计咨询有限责任公司，引进挤密碎石桩技术对岛壁下软土地基进行处理，该结构具有很好的抗侧滑及承载能力，适应于深水、浪大地区。1号人工岛软基处理总面积为14610.15m2，计12024根，共计138276m。根据资料，施工地点最低潮水深约3.2m，最高潮水位4.8m。设计要求:碎石桩设计直径为0.5m，桩长11m，桩距为1.2m，排距为1.039m，孔位为梅花形布置。采用振动沉管法施工，施工顺序采用跳打形式，并由内侧向外侧进行，每根桩的碎石灌注量不小于0.24m3/延米。

2 施工流程及工艺

2.1 施工流程

施工流程见图1。

图1 施工流程

2.2 施工工艺

在打桩船两侧铺设轨道，牢固地焊接到船面上，使打桩机能够在轨道上横向移动。

具体操作规程顺序如下:

a.体定位，利用RTK定位系统桩机精确定位。

b.测量水深，确定沉管深度。

c.提管0.5m。

d.填料，一次性加满2.84m3。(通过试验最终确定填料量为2.84m3，充盈系数为1.3)。

e.留振1min，使花瓣充分打开。

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.横向定位:在船的一侧首尾安装固定2个GPS定位探头，使其同桩管保持直线，并且这条直线与船保持平行，桩机在横向开移过程中桩管是沿着两个探头形成的直线行走，在船的一侧标明刻度，控制桩机行走尺度。

b.纵向定位:打桩船分别在船首尾安装4台8t锚机，600kg铁锚4个，每个锚机配备钢丝锚绳300m，俗称四锚定位。施工过程中，桩机在船上横向施工完毕后，开动四锚定位(四锚锚机控制连接到一个手柄上，可在船上任意位置操作使用)。根据施工技术要求，让锚机拉动船移位，到达GPS设定位置，完成纵向定位。以上定位是成桩的关键，涉及到桩位的准确度及施工进度。

2.2.2 沉桩

根据设计要求，碎石桩必须采用由内向外跳打方式，呈梅花桩布置，根据船体宽度及碎石桩间距1.2m，排距1.039m，在船两侧对称安装桩机轨道，各设置桩机2台，使两侧对称桩头间距为碎石桩排拒的8倍。1号桩机与2号桩机之间平行连接，3号桩机和4号桩机平行连接，1号和3号桩机及2号和4号桩机之间间隔2根碎石桩，1、3号桩机插打第一排，2、4号桩机插打第九排，通过轨道平行移动插打，当1、3号桩机完成第一排插打后移锚到第三排上进行插打，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，第四排完成后进行第六排插打，第六排完成后进行第五排插打，第五排完成后进行第七排插打，最后移到第八排插打完成一个船位碎石桩的插打过程，2、4号桩机与1、3号桩机平行同步进行插打。每打完一个船位需起锚移船到达另一船位按上述步骤继续插打。船位插打过程如图2所示:

图2 碎石桩插打过程图

其中利用跳打方式进行插打，桩长11m。按设计要求，造孔深度超设计30～50cm。其余两根插打于两侧，桩管标明刻度，开始成桩，桩机定位，关闭花瓣桩头，为防止桩头进泥不闭合，花瓣桩头设计成4个花瓣，在桩头入水前采用一次性尼龙绑扎绳绑扎花瓣桩头，成桩前使用探水器测量水深，根据水深计算出桩管下沉的尺度(桩长+水深=桩管下沉到水面的尺度);桩长数据完成，开始沉管，由于是水上施工，沉桩入水时不需要震动，当桩管插入泥土后，开启震动，开始沉管，当桩管下沉到比设计深30～50cm时，用挖掘机开始加碎石料，根据桩管上的刻度确定加料，加料过程中，操作人员要测量桩管灌入的高度，保持地面以下管内填料充实，最终使桩身骨料高出地面0.3～0.5m。

2.2.3 上料

在打桩船一侧将300T的上料船用可活动的机械臂同打桩船连接(可随时打开)，两船间距2.5m，上料船配备一台小型挖掘机，每台桩机1个。

2.2.4 提升沉管

先振动后提管，是为了花瓣桩头的顺利打开，提桩过程中留振，留振时间在20～30s，每提升2.5m，反插一次，反插深度不小于30cm，全过程反插3次，提管速度保持1m/min。海底表层土质松软，不易反插，易影响成桩质量，提升过程中要保证速度均匀。

按图2顺序依次插打完成，采用跳打顺序成桩，施工过程中，做好每根桩的数据记录(见图3)。

图3 现场数据记录

3 工序质量控制点及操作要点

碎石桩质量控制分为两方面:ⓐ桩长、桩位偏移的控制;ⓑ桩体质量的控制，填料量、密实电流、留振时间都达到规定值是桩体质量保证的三个控制要素。

3.1 造孔质量控制

3.1.1 孔位中心偏差控制

严格按照控制点测放出施工孔位，孔位放好校验合格后方可开始造孔。下振前桩位中心偏差不得大于15cm。

3.1.2 孔斜的控制

造孔过程中，吊车卷扬下放以1～2m/min的速度在土层中均匀下沉，以定位架为准，沉管受水流影响，随时纠正。

3.1.3 孔深的控制

为了保证达到设计孔深，可在沉管上标注刻度，造孔达到超过设计孔深30～50cm，导管上端应超出水面1m以上。

3.2 填料的控制

3.2.1 石料质量

碎石采用扎制碎石而成，粒径2～5cm的自然级配碎石，含泥量不大于5%，且最大粒径不大于8cm。

3.2.2 填料次数

首次填料时，向管内一次性加满骨料，在一次补充加料，保持地面以下管内填料充实，最终使桩身骨料高出地面0.3～0.5m。

3.3 提管质量控制

沉管提升速度应均匀并且不能过快。

3.4 串桩处理措施

如出现串桩，及时分析原因，改进施工工艺。并在出现串桩的附近进行补桩。

4 质量检测

碎石桩施工检验要求见下表。

碎石桩施工检验要求表

成桩质量检测:成桩完成10天以后，对碎石试验桩进行桩体质量检验，检测数量不少于9根，采用动力触探重Ⅱ型检测，要求:连续5击时的下沉量不大于10cm。

5 施工总结

海上碎石桩施工在国内为新兴技术，目前可参考的同类工程和技术很少。海上专业打桩设备在施工过程中正在不断地改进，至今还没有完善的打桩设备。海上碎石桩施工工艺处理软基，比抛石结构、板桩结构整体效果明显提高，施工便利，工程造价低，稳定性好，建筑物或构造物后期沉降降低。该技术在浅海区域特别是渤海湾、莱州半岛区域用于处理软基，有很好的应用价值，可推广的前景很广阔。

1 JTJ 246—2004港口工程碎石桩复合地基设计与施工规程.［S］.

2 项国玉.振冲碎石桩在海上防波堤工程中的应用［J］.中国港湾建设，2010(4).