外海人工岛深厚软土地基超深塑料排水板施工技术

孙洪春，姚辉博，张焕

（1.中交三航局第二工程有限公司，上海 200122；2.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇岛 066000；3.中铁二院（广东）港航勘察设计有限责任公司，广东 广州 510335）

0 引言

港珠澳大桥岛隧工程东人工岛工程属外海离岸式人工岛。工程所在区域下卧深厚软土地基，为了加速东人工岛下卧深厚软土地基的固结，施工过程中在地基土中插设塑料排水板，以加速地基固结[1]。针对东人工岛下卧深厚软土地基处理中塑料排水板施插深度大和施工深度内含有硬夹层的地质特点，采用改进后的静压式和振动锤式插排机，实现了复杂地质条件下深厚软土地基中大深度塑料排水板的工程施工。

1 工程概况

1.1 东人工岛

东人工岛位于珠江口伶仃洋海域靠近香港侧，平面基本呈椭圆形，人工岛长625.0m，横向最宽处约215.0 m，工程处天然泥面标高约-10.0 m。根据场区平面布置及水工结构的不同，将整个软基处理场区分为岛内区、圆筒区和岛外区。圆筒区和岛内区均采用塑料排水板堆载预压法进行软基处理，处理面积105 993m2，如图1所示。

图1 东人工岛塑料排水板处理区域平面图Fig.1 Layoutof prefabricated drainsprocessarea on the east island

1.2 地质概况

本工程地层主要由第四纪覆盖层（地层代号①～④）和全、强、中、微风化混合花岗岩组成[2]。①层为淤泥及淤泥质黏土，底标高-18.1～-33.6 m，流塑状，淤泥平均标贯击数小于1击，淤泥质黏土平均标贯击数小于2击。②层分为两类地质状况，一是②1黏土层在部分钻孔中揭露，该层厚度3.65 m，层顶标高-23.55 m，层底标高-26.71 m，贯入度平均值13.6击，最大值19击；二是②1-1粉质黏土层，可塑状，混较多粉细砂，夹粉细砂薄层，平均标贯击数5.6击，该层仅在部分钻孔中揭露。③层为黏土层。其中③1层为淤泥质黏土，平均标贯击数6击；③2和③3层分别为粉质黏土和黏土，可塑状～硬塑状，平均标贯击数9～13击。④层为砂层，上层为粉细砂，稍密状～中密状，混黏性土，平均标贯击数N=28.3击；下层为中粗砂，密实状为主，平均标贯击数40击。

2 塑料排水板设计参数及工况

2.1 塑料排水板设计参数

东人工岛地基处理工程中塑料排水板采用原生料D型板，正方形布置，间距1.1 m，排水板穿透淤泥和淤泥质黏土并进入下卧的粉质黏土层（标准贯入试验为7击）一定深度。圆筒区塑料排水板设计顶标高+2.0 m，底标高-39.0 m；岛内区塑料排水板设计顶标高-6.0 m，底标高根据地质条件不同从-35.0～-46.0m不等[2]。

2.2 工况分析

东人工岛陆域形成施工时，先进行了基槽挖泥至-18.0 m，然后振沉钢圆筒及副格作为围护结构，圆筒内回填砂至+1.0m，岛内回填砂至-6.0m并降水至-7.0m形成塑料排水板打设干施工条件。

因地质条件相对比较复杂，圆筒区和岛内分别回填了19.0m和12.0m厚的中粗砂，在-23.0～-26.0m深度范围内，岛内区的部分区域内含有约3.0 m厚的硬夹层。塑料排水板施插深度相对较大，最大插入长度达到42.0 m。

3 施工工艺

3.1 设备改进

针对地基处理中塑料排水板插入长度大、深度深和施工深度内含有硬夹层的工程特点，采用经专门改造的静压式和振动锤式插排机。振动锤式插排机插管下插力优于静压式插排机，主要用于插打含有硬夹层的施工区域。

改进后的静压式插排机由挖机、主机架、液压马达、链条驱动装置和插管等组成，见图2。挖机型号为PC750；主机架为三角形钢桁架结构，高45.0 m，正面主梁由2根160 mm×80 mm×5 mm矩形钢管构成，背梁及其余横向和斜向支撑采用60 mm×40 mm×4 mm矩形钢管；液压马达型号为SX510；传动链条型号为“20A-1”，单根极限拉力88.5 kN；插管采用150mm×90mm×14 mm菱形钢管制成，钢管材料为锰钢，强度较高。插管下端焊接1个10.0 mm×50.0 mm×160.0 mm矩形端头，利用φ30.0 mm的插销固定塑料排水板端头（管靴）。

图2 改造后的液压式插排机Fig.2 The im proved hydraulic prefabricated drain machine

改进后的振动锤式插排机由履带式底盘、主导架、振动锤、卷扬机、插管等组成。底盘长8.5 m、宽7.5 m；主机架为正方形钢桁架结构，高45.0 m；振动锤型号为DZ-30Y，激振力185.0 kN，偏心轴转速960 r/min；插管采用直径127.0 mm合金石油钻杆，插管下端结构形式与静压式相同。

3.2 施工工艺

塑排施工工艺流程图如图3所示。

施工步骤：

1）施工场地平整。为了保证设备稳定性安排和插设垂直度，开工前圆筒区和岛内均采用挖机和推土机整平，并在岛内布置了排水沟和水泵。

2）桩位放样。桩位布置方式和间距按照设计要求进行测放，根据点位图在吹填砂面上放出具体的桩位，并用竹签插入砂面作为桩位标志。放桩位时一般一次不宜过多，以免施工时丢失，施工中应注意检查和保护，丢失的及时补上。

3）穿靴。首次插打排水板前要先将排水板从插管顶口穿进至底口引出。插排机基本就位后进行穿靴，即先将塑料排水板拉出插管底口约15 cm，折回后再塞入插管，然后在折叠处插进插销。

4）定位与插设排水板。穿靴完成后插排机操作员在指挥员指挥下操作插排机，使插管对准桩位并保证插排机主导架垂直度符合设计和规范要求，下插插管至设计标高（静压式插排机由液压马达带动链条驱动装置把插管压入土体；振动锤式插排机由振动锤击振下插插管），然后向插管内注满水后上拔插管，塑料排水板则留在土体中。

5）切断排水板，插排机移位。插管拔出砂面50 cm后切断排水板，回填板孔，插排机移位进行下一根排水板施工。

4 常见质量问题及控制措施

4.1 排水板平面位置和垂直度控制

对于静压式插排机，桩位超出其有效插设距离后应及时调整机器位置。对于振动锤式插排机，每插设一根排水板后需移动一次机器使得振动锤、插管垂直于下一个桩位点。指挥员根据场地上事先放样好的标记点和主导架上的摆钟式倾斜仪指挥插排机操作员控制插管的平面位置及垂直度，操作员必须得到指挥员发出指令后方可下插插管。

4.2 减少回带措施

导致排水板回带的主要因素：1）管靴插销锚固力不足导致拔管时排水板回带。2）下插插管时土体通过管靴进入插管增加了排水板与管壁摩擦力导致回带。3）插管垂直度不足增加了排水板与管壁的摩擦力导致回带[3]。

主要解决措施有：1）选择和管靴匹配的插销。经过试验，φ30 mm，长200 mm左右的圆钢作插销效果最好，其重量合适并能有效阻止泥土进入插管。2）严格控制插管垂直度。3）插管下插到位后向插管内注清水减少排水板与插管内壁的摩擦力。

4.3 塑料排水板接长措施

塑料排水板接长时将待接排水板的滤膜完整剥开，将板芯对插搭接，搭接长度不小于200 mm，再将滤膜包好裹紧后钉死。在施打塑料排水板过程中严禁出现扭结、断裂和撕破滤膜等现象，如发生此现象，则在插点附近补插1根。

5 结语

通过采用改进后的静压式和振动锤式插排机，解决了塑料排水板施插深度大且穿越硬夹层复杂地质条件的施工技术难题，实现了复杂地质条件下最大插入深度达42.0m的超深塑料排水板工程施工。本文结合工程实例总结了复杂地质条件下深厚软土地基大深度塑料排水板的施工方法和质量控制措施，可为类似工程施工提供参考。

[1] 于志强，化建新，闫澍旺.塑料排水板加固软土地基的若干问题[J].工程勘察，2005（2）：12-14.YU Zhi-qiang,HUA Jian-xin,YAN Shu-wang.Some problemsof soft foundation treatment by prefabricated drains[J].Geotechnical Investigation＆Surverying,2005(2):12-14..

[2]中交公路规划设计研究院有限公司.港珠澳大桥主体工程岛隧工程施工图设计[R].2011.CCCC Highway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnelprojectofHongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project[R].2011.

[3]刑娟.软基处理中塑料排水板施工质量问题及质量控制技术[J].广东土木与建筑，2012（12）：47-48.XING Juan.Plastic drainage board construction issues,technology and quality control in the soft ground treatment[J].Guangdong Architecture CivilEngineering,2012(12):47-48.