滩海人工岛登陆点沉陷隐患治理研究

代兆立，李泽，焦辉，杨涵婷，施昌威，蔡彪，窦海余

1.中国石油冀东油田公司，河北唐山 063004

2.中国石油集团海洋工程有限公司，北京 100023

1 概述

人工岛是海上油气田勘探开发的重要结构形式，国内在冀东南堡油田、胜利油田、辽河油田、大港油田都建有人工岛[1]。

滩海人工岛外围护系统多为袋装砂结合块体护面，底部为护底结构，直接受海洋波浪、潮流、海冰和地震等作用[2]。引桥为人工岛与外界连接的重要桥梁，多采用桩基结构，基础较为稳定。由于人工岛与引桥两者之间基础不同，易产生不均匀沉降，长时间累积后可能会存在明显的高差，给车辆通行造成不便，甚至产生安全隐患。

登陆点处产生沉陷的主要原因有以下三点：一是堤心石层填充不密实，在车辆的长期碾压下，孔隙发生变化导致局部沉降；二是登陆点处底部袋装砂出现砂土流失；三是登陆点两侧分别为引桥桩基结构和人工岛抛石围埝结构，两侧地基的不均匀沉降导致连接处路面突变。

对于一般的地基沉降处理方法有：碾压法、振动压实法、灌浆法、打桩等，但对于以砂石围填的人工岛，需要考虑到其特殊性，如强夯振动会对周围的岛体及围堤产生一定程度的影响；打桩可能破坏原有的土工布等。

2 人工岛登陆点沉陷处理实例研究

本文以某滩海人工岛登陆点的路面沉陷为例，开展人工岛登陆点沉陷隐患治理方案研究，前期经过多次勘测与两次雷达检测，结果显示桥头一侧路面下部土体存在不同程度松散，局部有小孔洞，面板疑似脱空，沉陷情况见图1。

在现场勘测中发现登陆点处离岛最近的桩周围区域有较大空洞，孔洞尺寸为高2.5 m、宽3.6 m、长10 m，孔洞示意图见图2。经分析认为，因常年潮汐冲刷，将建岛时填入的细砂石冲刷带走，只剩余部分较大石块支撑路面。

图1 岛桥连接处沉陷情况示意

图2 岛桥连接处外部孔洞内部情况

针对此种隐患问题，对于明显直接裸露的空洞，可按照原设计回填块石，再补充灌注水泥浆液，以确保其整体性、完整性。对于托板下方的空洞及路面沉降，结合现场的实际情况，处理方法较多，下面选取几种方法进行探讨。

2.1 空洞隐患治理方案研究

直接利用人工或可进入的机械设备对托板下方孔洞进行填补，为保证施工时空洞的稳定性，施工前应适当考虑对两侧的洞壁进行支护，尽量减少对两侧的扰动；基桩防腐处理至St2 级后，底层涂刷矿脂油并缠绕防腐带，外部包覆聚氨酯管壳（厚度50 mm），外层包裹厚度0.7 mm 铝皮作为保护层。为保证后期浇注能将空间完全填满，在空洞顶部等间距预埋三根灌浆管，埋管时根据现场实际情况尽量减少对上部堤心石的扰动，可考虑利用两侧透光孔引入埋设。分层浇筑水下不分散灌浆料进行压力注浆，分层填筑块石。空洞修补前见图3，修补过程见图4。

图3 空洞示意图（修补前）

图4 现场孔洞填补修补过程

2.2 登陆点处沉陷治理方案研究

引桥与岛体连接处因沉降已形成较大的斜面，根据地质雷达检测报告，该区域路段回填物性质较为杂乱，均匀性差，岛口路段多数测线以原卧梁为分界，桥头一侧回填土体较为松散，面板疑似脱空，该分界面显著。登陆点局部沉陷区域现场照片见图5。由于下部土体部分区域较为松散，长时间的车辆通行，易导致路面的显著沉降，甚至导致承载力不足，需进行治理，确保车辆通行安全[3]。

图5 登陆点局部沉陷区域

主要治理思路为将下部松散土体填实，提高其承载力，对已经沉降的区域，在路面上部采用混凝土和沥青面层的方式进行铺装，达到与未沉降区域平齐。以下对两种修复方案进行对比分析[4]。

2.2.1 方案一： 注浆及沥青混凝土修复方案

经地质雷达扫测，发现下部存在孔洞区域，如图6 所示：孔3 距离堤顶前沿线10.5 m，在现有路面以下3.5 m；孔4 距离堤顶前沿线11.5 m，在现有路面以下3.5 m。加固区范围距离堤顶线为10～14 m。主要是考虑到该区域为袋装砂回填，为尽量减少对下部区域的扰动，采用局部钻孔注浆对该区域进行治理，通过在现有的路面直接钻孔，利用压力进行浅层注浆，浆液通过填充、渗透和挤密等的方式，挤走土体颗粒或石块裂隙中的水、气后占据其位置，实现对下部不良地质的治理。

图6 地质雷达探测孔洞位置

治理流程为：测量放线→不良地质区域局部钻孔及注浆→路面切割→路面凿毛→铺设混凝土→铺设沥青路面。

2.2.2 方案二： 高压喷射注浆、 原路面恢复方案

利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入（或置入）至土层预定深度后，将高压水泥浆通过钻杆由喷嘴喷出，形成喷射流，通过高压喷射流冲切土体，并与土体联合形成水泥土增强体。这种方法可适用于人工填土和碎石地基。高压喷射注浆除能强化地基外，还有防水止渗的作用，可形成防水帐幕。可通过调整旋喷速度和提升速度、增减喷射压力、调整喷射时间、更换喷嘴孔径、改变流量等参数来达到需要固结体形状。高压喷射注浆的施工工序见图7。

图7 高压喷射注浆法施工工序

治理流程为：原有路面切割→原有路面破碎→布孔→钻机就位→钻孔→喷射注浆作业→拔管→清洗机具→重复钻孔注浆→原有路面恢复。

2.3 方案对比

方案一：注浆法灌浆的范围有限，灌浆的扩散量及孔隙填充度无法精确控制。但此方案施工便捷，不涉及原有路面的破坏，通过半幅施工、在路面加铺沥青的方式可实现快速通车，基本不影响岛上交通。

方案二：高压喷射注浆方案可以采用高压旋喷桩等方式，有效固结深度可达到10 m 以上，可将登陆点处下部基础彻底治理，有效改善地基沉降。同时形成防水帷幕，阻止岛体外面水流对岛体的侵蚀。但此方案中高压旋喷桩打孔深度会进入到现有袋装砂结构，袋状砂破损存在砂泄漏的风险，会波及到岛体的稳定性及安全性[5]。

经过多方面的考虑与比对，在该工程实例中采用方案一进行了修补，在不影响路面交通的同时，对下部的地基孔洞进行现场注浆，路面铺设混凝土垫层，然后对路面进行沥青层铺装。完成治理工作。

3 结束语

本文结合某人工岛登陆点现场实例，经方案对比研究，提出了对沉陷治理的有效方法，其成功经验可为类似工程的治理提供借鉴。针对登陆点下部基础部位受海水冲刷生成的空洞，采用分层浇注水下不分散混凝土的方法进行处理。对于路面下部的空洞，由于填充不密实等因素影响，采用注浆法进行填充，保证下部的密实。