振冲碎石桩在海上防波堤工程中的应用

项国玉，于德洲

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116001）

0 引言

大连长兴岛北防波堤工程全长4252 m，位于葫芦山湾口北端，三面环山，西、西南及西北均无掩护，施工过程中受风浪影响很大，见图1。

K1+560.60m～K1+859.70 m 及 K2+347.76 m～K3+551.50 m段地基②1粉细砂层为液化土层，地基采用振冲挤密碎石桩进行处理。振冲碎石桩施工技术应用于外海作业，没有成熟的工艺和经验可以借鉴，因此，通过北防波堤工程探索和开发了能够适应外海施工的新工艺，并在实际施工过程中进行总结和完善。

1 工程地质条件

K1+250 m～K4+252 m段各土层的物理力学指标如表1所示。经砂土液化判别结果显示，液化点多分布于浅部，其中①2、①3为部分液化土层，②1大部分为液化土层，②2粉土为局部液化土层，综合判别勘区局部存在可液化土层，液化等级为轻微～中等。

表1 K1+250 m～K4+252 m段各土层物理力学指标

2 技术要求

设计采用振冲碎石桩处理软弱地基，加固区内地基在7度地震设防条件下不液化。设计参数取值如下：

图1 工程平面图

1）布桩形式及范围。振冲碎石桩采用正三角形满堂布桩形式，施工范围分为K1+560.60 m～K1+859.70 m及K2+347.76 m～K3+551.50 m两段，其中K3+147.48 m～K3+551.50 m段内外侧均处理（如图2），其余段仅处理外侧。振冲挤密碎石桩地基处理总范围为1503 m×27.5 m（两侧为 47.5 m）。

2）碎石桩平均桩径为1.0 m；桩间距为2.5 m，正三角形布置，桩长约为10.0 m；振冲器功率不小于75 kW。

3）碎石用料规格要求：本工程所用桩体材料为坚硬，具有一定的强度，水稳定性好，不易风化，级配良好且含泥量不大于5%的碎石；5mm以下颗粒不大于25%，100～150 mm块径含量不大于15%，最大粒径不大于150mm。

4）碎石桩总数为10522根，合计101783 m，碎石用量共82667 m3。

3 船机设备

主要船机设备如表2所示。

表2 主要船机设备

4 施工关键点

4.1 作业面的布置

方驳的右舷布置2台50 t履带吊，电动柜、发电机和油桶等存放于吊车附近，导杆和振捣器等放于船的左舷。考虑到船舶的稳定性，在船的中部，靠近左舷的位置放置了100 t的配重块（见图3）。

图2 碎石桩断面图

图3 施工作业面布置图

这种布置的优点在于：

1）实现了1台方驳布置2组打桩设备的想法，且布局非常合理，作业面整齐，易于文明施工和安全管理。

2）2台履带吊布置在同侧船舷，2组打桩设备采用1条抛石船供料，提高了施工进度和效益。

3）2台履带吊布置于同舷而不在同一轴线上，保证了同舷一起作业且不相互干扰，与设计布桩形式较好地进行了统一。

4）吊车同舷布置，每排碎石桩只需绞锚移船，测量定位1次便可打设完成，大大提高了施工效率。

5）吊车在施工中虽然给船舶造成了偏载，但增加的配重块解决了偏载问题，同时也提高了船舶的稳定性。

4.2 海上投料工艺

借鉴其它工程水上打设碎石桩的上料装置（固定式上料装置），结合本工程施工条件（水流大，受风浪影响大等），自行设计了滑动+浮筏式上料装置（如图4）。通过现场实践证明，整个上料设备使用情况较为理想，既拥有固定式上料装置的优点，又拥有以下独特的优点：

图4 滑动+浮筏式上料装置图

1）倒料斗底部的滑道方便倒料斗的移动和上料。

2）倒料斗呈现漏斗形，减少了石料的损失，并使石料准确地溜进护筒里。

3）吊车大小钩同时吊住振捣器和下料筒，保证了下料筒移动与振冲器导杆同步，并始终保持二者相对位置不变，这样可保证填料的准确性。

4）下料护筒和振冲器合为一体，移位容易，节约了大量非作业时间，提高了施工效率。

5）倒料护筒底部采用钢板网，网眼大小适中，确保石料下落过程中不外泄。同时网眼可以使孔内返浆无障碍逸出，保证成孔和清孔质量。

6）考虑到水力作用，采用网眼护筒有利于其与振冲器导杆保持稳定的相对关系。

7）护筒采用可拆式的铰链组合。这样在起吊设备及维修时可减少设备装卸的工作量。

8）倒料护筒分两节，之间采用滑动连接，护筒不受潮位变化的影响，护筒底部始终延伸至海底面，可最大限度减少孔外损耗。

4.3 施工参数的控制

本工程地基处理的目的为在7度地震烈度下防波堤地基不发生液化，参考陆上施工同等条件和要求的施工参数，通过试验及典型施工，确定施工控制参数如表3所示，检测加固效果满足要求。

表3 振冲碎石桩施工控制参数

5 海上振冲碎石桩施工工艺

5.1 施工工艺流程

本工程施工工艺流程见图5。

图5 振冲碎石桩施工工艺流程图

振冲碎石桩打设示意图如图6所示。

图6 振冲碎石桩打设示意图

5.2 施工方法

1）在临时码头将施工设备安装并固定在方驳上，使用拖轮将方驳托运到施工区域。

2）驳船测量定位：利用GPS定位，引导驳船就位后，利用桩位与船体参考线的对应关系，可相应确定出桩位，起吊振冲器对准桩位。

3）上料船就位：上料船根据施工要求，确定出与方驳之间的位置关系，通过渔船将2根尼龙缆绳固定在打桩船上并下好反侧锚缆，通过缆绳来实现上料船的就位和撤离。

4）造孔：振冲造孔深度应至桩底标高上30～50 cm处。

①振冲器对准桩位，启动振冲器，待振冲器运行正常后开始造孔，下沉速度为1.0～2.0 m/min，使振冲器徐徐贯入土中，直至设计的桩底标高；

②施工时需清孔1～2次，清孔时设备提升速度不宜过快；

③由于振冲器与导管之间有橡胶减震器联结，因此导管有稍微偏斜是允许的，但偏斜不能过大，防止振冲器偏离贯入方向。

5）加料方式与加密段长度：

①造孔基本完成时，上料船应及时到达，振冲器造孔至设计深度时，向上提高2.0～2.5 m，利用上料船上的挖掘机向集料斗内添加石料，通过导料管送至水下孔口；

②对于振冲桩体的加密，为保证孔内有0.5 m加密桩体的加料量，每次提升振冲器应在1.5～2.0 m左右。

6）振冲加密：采用连续填料制桩工艺，制桩时应连续施工，加密从孔底开始，逐段向上，中间不得漏振；当达到规定的加密电流（或加密油压）和留振时间后，将振冲器上提继续进行下段加密，每段加密长度应符合要求。

7）重复上一步骤工作，自下而上，直至加密到设计要求的桩顶标高。

8）关闭振冲器，制桩结束。

9）整理施工记录。

10）驳船或吊车移位进行下一根桩的施工。

6 碎石桩的检测

6.1 检测方法及要求

桩间土为标准贯入度检测，检测标准为相对密实度达到0.7，且未经杆长修正标贯击数在0～2 m点位≥7击，3m、4 m、5 m点位≥9击，6 m、7 m点位≥10击，8 m、9 m点位≥11击，10 m点位≥12击。桩体为重型动力触探检测，检测标准为桩体相对密实度达到0.7，且动力触探击数应≥10击。检测数量为桩间土40根，桩体40根。

6.2 检测结果

整个检测区域振冲碎石桩桩体重型动力触探实测击数为10～22击，平均实测击数值为13.8击，每个检测点的实测击数均大于检测标准，所以检测振冲碎石桩桩体质量均合格；振冲碎石桩桩间土标准贯入试验实测击数均大于检测标准，振冲碎石桩桩间土（粉砂层）质量满足检测标准，检测振冲碎石桩桩间土质量均合格。综上所述，本工程施工质量合格，符合设计要求和规范规定。

7 结语

海上振冲碎石桩在大连长兴岛北防波堤工程中的成功应用表明，海上振冲碎石桩适用于组成性质不同的多层软土地基施工，可有效地解决软土地基液化问题。

[1]邹启才.碎石桩加固液化地基抗液化研究及存在问题[J].山西建筑，2009（31）：117-118.

[2]姚育林.振冲碎石桩加固软基工艺[J].山西建筑，2003（3）：46-47.

[3]苏培仁.碎石桩在软弱地基中的应用 [J].山西建筑，2003（3）：56-57.