水上挤密砂桩在珠港澳大桥岛隧工程中的应用

张明伟 李长虹

(中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇岛 066000)



水上挤密砂桩在珠港澳大桥岛隧工程中的应用

张明伟 李长虹

(中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇岛 066000)

介绍了挤密砂桩加固软土地基的原理与所用设备，从施工准备、套管贯入、排泥、制桩、打桩结束移位五方面，阐述了其施工工艺，并探讨了施工材料选取与质量控制措施，经实践表明，该软基处理方法可有效提高地基的承载力。

挤密砂桩，软基处理，质量控制，施工工艺

1 挤密砂桩加固软土地基原理

SCP其全称为SAND COMPACTION PILE译为挤密砂桩。SCP施工工艺即软基处理强化地基的施工方法，该工艺利用套管的自重、砂重、气压和震动锤的振动力强制把砂压入软地基内生成砂桩。使用此施工工艺，将砂和原有土壤紧固在一起，并通过打回的方式进行扩径，使原有土壤、砂的密度增大，形成复合地基，使之地基承载力增强，进而达到软基加固的目的，具有降低沉降量，防止地层滑移破坏作用。

2 设备选择

水上挤密砂桩要在水上施工，所以需要一个SCP船组。船组配备的附属船舶有：拖带SCP船的拖轮、具备相应起锚能力的起锚艇和交通船等。此外，SCP船进行施工驻位后，需在船舶料斗一侧靠泊带有抓斗的上砂船，根据现场实际情况以及砂料使用速度和运砂船运距来确定上砂船的吨位和数量以及决定是否使用砂料贮存船。采用的机械设备如表1所示。

表1 设备配备一览表

3 施工工艺

3.1 施工准备

1)归零。工作前检查自动测量传感器，进行套管(GL)和水深归零，确定深度基准。

2)定位。砂桩船在GPS定位系统的指挥下，按照预设砂桩桩位移船定位。

3)测深。通过测深装置，测量桩位处的水深情况，并结合潮位仪，计算海底泥面高程。

3.2 套管贯入阶段

1)沉管。套管在水中下沉，向内充气加压，将管内水排出，直至泥面。

2)贯入。套管前端达到泥面后，开启振动锤，从送料斗向套管内投入砂料至一定高度(一般16 m～22 m)，同时继续贯入套管。

3.3 排泥

1)一次排泥。达到预定贯入深度之前，由于套管前端有泥水混合物上溢，为了保证套管内全部充满砂子，此时提升套管1.5 m左右，反复提升，依靠套管内存在气压，可使进入套管端部的泥全部排出。

2)二次贯入先端处理。根据ASL(砂面计)的检测数据，在振沉套管时，不断向管内充砂、加压，使套管端部的砂面保持不变，把套管振沉至设计标高。

3.4 制桩

1)提升。向套管内注入一定高度的砂料，并充入空气加压。一边振动拔管，一边通过套管前端高压喷射气阀喷气，将规定量的砂从套管底端排出，形成砂柱。

2)打回。根据排出砂量、砂桩高度和要求扩径的大小，计算出打回深度，向套管内加砂、充气加压，再按计算出的打回深度将套管打回(振沉)，进行扩径和压固。

3)供料。打回过程中，根据管内砂面高度补给砂料。

4)重复上述步骤，不断将套管提升或打回(振沉)，以形成规定标高的挤密砂桩。

3.5 打桩结束移位

同一个船位3根挤密砂桩全部打设完毕后，将套管全部提出泥面一定高度，移船到下一个工作位置。

4 材料选择

4.1 砂料标准

SCP中，0.074 mm以下的细砂粒使用比较少，根据施工要求使用不会发生粉化的土粒。以下内容为使用材料的一般实用范围。作为材料一般使用细小砂粒在3%～5%、最大粒径在40 mm～50 mm以下的材料。建议在施工作业中，最好每2 000 m3就进行1次颗粒试验。

4.2 凝集试验法(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进行来回翻覆振荡，使砂和水充分混合。大约翻覆振荡20次(约50 s)，翻覆角度以左右最大幅度夹角90°为标准。

3)翻覆振荡结束后，放置平整位置10 s以上。

4)向量筒内注水，至980 cc处。

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

6)用搅拌棒搅拌20次左右，再轻轻逆向搅拌，让水回转，待水停止旋转时，取出搅拌棒(搅拌棒不要搅乱堆积砂料和泥砂的界限，要适当调整)。

7)搅拌完成后，静置3 min。以5 cc为最小单位确认沉积物的全容积A和容积C，按下面算式计算凝集测定值,%：

凝集数值=C/A×100(四舍五入取小数点后一位)。

8)凝集试验完成后，记录试验结果。关于砂桩的材料并没有明确的规定，可在施工地区从经济可用的材料中，选择透水性高、细砂粒(不到75 μm)含量少、颗粒度分布良好、易紧密、具备较高强度且较易从套管排出的材料。

5 施工中质量控制

施工前、施工中、施工后的质量控制内容为一般质量控制项目。除此之外，有时也要进行砂桩桩身垂直度的控制、确认调查打设时粘土的散乱和恢复状态以及砂桩直径。例如，施工后为了检测原泥面隆起量而施工前进行的原泥面水深测量就要在施工区域端大约1.5倍～2.0倍的砂桩长度范围内进行，要覆盖隆起所的影响范围。

6 施工实例——港珠澳大桥岛隧工程

港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，是连接香港、珠海及澳门的大型跨海通道。岛隧工程是大桥控制性工程，包括两个长度625 m的隧道人工岛及5 664 m长的海中沉管隧道，岛隧工程是当今世界同类工程综合技术难度最大的工程之一。

岛隧工程平均水位+0.54 m，原海床面标高约-8.0 m～-10.0 m，主要分布四大土层，①淤泥、淤泥质黏土，厚度3.5 m～25.4 m，标贯击数小于1；②黏土，厚度0.6 m～10.5 m，标贯击数12.5；③黏土、粉质黏土，厚度0.9 m～39.3 m，标贯击数12.9击～24.4击；④密实砂层。岛壁外设抛石斜坡堤，采用低置换率挤密砂桩复合地基基础。

沉管隧道共分为22节依次为E1,E2,E3,…,E33，标准管节长度180 m，其中E1～E6及E30～E33管节下软土层较厚需进行处理，为控制沉降并实现隧道地基刚度的平顺过度，这些区域采用高置换率挤密砂桩复合地基。

由于砂桩船为三联桩，机械作业效率高，而且在深海中抗风等级高，大容量的上砂船可保证施工的连续性，大置换率的处理软基能力，得到了使用，回压挤密的砂桩，已经成为一种成熟的施工工艺。

7 结语

目前存在很多种软基处理方法，实践证明该处理方法在水上对提高地基承载力有明显效果，桩体强度较高，密实度达到中密～密实。在大范围，泥层较厚区域，采用此工法，可以节约时间，同时又可满足环保施工。

通过上述总结，希望能给从事水上挤密砂桩的同仁予以帮助。

[1] 刘新民，曾 涛，曾铁刚.挤密砂桩在南水北调地基处理中的运用[J].四川水力发电,2011(6):3-30.

[2] 黄建华.水上挤密砂桩的施工工艺与质量控制[J].山西建筑,2012，38(15)：79-80.

[3] 日本港湾协会.日本国土交通省港弯局监修港湾的技术基础[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

张明伟(1983- )，男，工程师; 李长虹(1975- )，男，工程师

U443.1

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