老舊重力式碼頭前沿異常沉降處理技術

洪國文

（廈門港務疏浚工程有限公司，福建 廈門 361012）

1 異常沉降的原因分析

1.1 碼頭結構

廈門港東渡港區 14#-15#泊位為沉箱重力式結構，如圖1 所示。

圖1 碼頭斷面圖

1.2 異常沉降的原因分析

重力式碼頭結構的漏砂一般與倒濾層有關。當倒濾層損壞，在自重、外部荷載和地下水作用下產生漏砂。漏砂原因是多方面的，根據工程經驗，主要漏砂原因如下：

1.2.1 沉箱結構縫

當沉箱產生不均勻沉降和位移，形成縫隙導致倒濾層局部流失，最終導致碼頭后方漏砂，碼頭前沿出現不同程度的沉降。

根據現場測量調查，沉降發生較集中，主要分布在軌橋下（寬約 7m 范圍內）沿南北向條狀下沉，局部呈向漏斗形。因此，從沉箱間縫隙流失的可能性不大。

1.2.2 沉箱下方塊石棱體

當沉箱下方塊石棱體及倒濾層產生不均勻沉降和位移或其他等因素，導致倒濾層局部損壞，最終導致碼頭后方漏砂，碼頭前沿出現不同程度的沉降。

根據現場測量調查，沉降發生較集中，主要分布在軌橋下（寬約 7m 范圍內）沿南北向條狀下沉，局部呈向漏斗形。因此，從沉箱下方塊石棱體及倒濾層流失的可能性不大。

1.2.3 上部塊石棱體

胸墻后方為 10—100kg 塊石，坡面為二片石和混合倒濾層，底面為二片石，外側為回填砂。結合現場測量調查，沉降較集中在塊石棱體坡面上方，即軌橋下寬約7m 范圍內。

因此，塊石棱體坡面倒濾層損壞造成回填砂流失的可能性較大。

2 兩種修復方案的比較論述

2.1 雙液注漿法施工方案

在坡面倒濾層前方的10—100kg 塊石棱體中通過加固形成一道連續的不透水墻體。一次性加固控制細顆粒的移動，從而控制地面沉降。

采用雙液注漿法，對現狀碼頭采用以水泥漿和水玻璃為原材料的雙液注漿法施工，注漿加固位置設置在胸墻與混合倒濾層之間的塊石回填層中[1]。

注漿孔間距：采用梅花樁布孔，縱向孔間距為0.8m，橫向行車道內孔間距為1.0m，單孔擴散半徑不應小于500mm，注漿頂為混合倒濾層頂面，注漿深度為穿透二片石進入下臥砂層1.0m。注漿點斷面如圖2 所示。

圖2 注漿斷面示意圖

該施工工藝理論上可行，但在復雜的回填塊石地層中，注漿的可灌性、可控性及穩定性較差。注漿過程會出現大地空洞無法注漿飽滿的現象，且采用水玻璃凝結速度較快，在潮起潮落時，漿液流失尤為嚴重，施工質量較難控制。經施工方案專家論證，專家組一致棄用該方案。

2.2 水泥漿整體固結（水泥土攪拌樁+高壓旋噴樁相結合）施工方案

在坡面倒濾層上部回填砂層中施工水泥漿整體固結。將下沉區域的全部細顆粒砂固結，使整個回填砂層變成一個具有承受海水侵蝕的整體，加固控制細顆粒的移動，從而控制地面沉降。

水泥漿整體固結法施工采用大直徑的水泥土攪拌樁+高壓旋噴樁相結合的施工工藝。固結加固作業先施工直徑1m 的水泥攪拌樁、樁距暫定0.9m、排距0.9m，中間空隙部位為樁徑0.6m 的高壓旋噴樁。施工平面布置及斷面如圖3 所示：

圖3 樁位平面圖

該方案比注漿加固方法更具有可控性，穩定性也較好，工期較短，成本較低。經施工方案專家論證，專家組一致同意該工藝為傳統重力式碼頭前沿因塊石棱體坡面倒濾層損壞造成回填砂流失而出現面層異常沉降的修復方案。

3 結合老舊碼頭現狀地質優化方案

由于海天碼頭已營運一二十年，碼頭前沿面層已經過多次加固翻鋪處理，沉降處上部結構出現三層連鎖塊兩層水穩層，面層厚度達到1.5～2.0m。

專家組論證同意的施工方案為水泥攪拌樁+高壓旋噴樁整體固結法，該現狀地質不適合攪拌樁及旋噴樁作業，需先將上部結構進行大開挖處理，會對碼頭生產交通有較大影響，且工期較長，不能滿足港區生產需求。因水泥攪拌樁+高壓旋噴樁整體固結施工主要是固結砂層，故優化水泥漿整體固結方案，采用上部引孔+高壓旋噴樁整體固結的施工工藝，該工藝僅需拆除面層連鎖塊，底部的連鎖塊及水穩層均保留，大大減少開挖量，對原結構層也進行了有效的保護。該優化方案經各參建單位從質量、進度、費用、安全環保等各方面進行綜合評審，因地制宜確定為此類沉降修復的最合適施工方案[2]。

4 引孔+高壓旋噴樁整體固結施工方案

4.1 方案概述

在大面積施工前必須先做好試驗段的施工，驗證加固效果，試驗段選取在沉降較嚴重區域，試驗段長度50m，試驗段施工結束后，總結試驗段的施工經驗。然后根據試驗段的施工情況，對施工材料及施工參數做適當的調整。

采用引孔+高壓旋噴樁施工工藝，固結加固作業先進行上部引孔作業，引孔至砂層后再進行高壓旋噴樁施工。高壓旋噴直徑800mm，水平間距為800mm，豎向間距800mm。施工平面布置如圖5 所示：

圖5 樁位平面布置圖

圖6 高壓旋噴樁施工工藝流程圖

4.2 引孔工藝流程

鉆機組裝調試→施工放線定位樁位及高程→相關人員復核、驗收建筑物軸線、樁定位→螺旋鉆機就位→鉆桿對正樁位→調整鉆桿垂直度→開動電機鉆孔→運輸取出的粘土至場外→測量孔深→記錄備案

（1）根據施工圖和的控制點精確施放各軸線和樁位，然后在樁位上訂小木樁做好標志。

（2）樁位放線完備后，匯請監理或業主相關人員驗線，復核樁位。

（3）按規定安裝好機械的電路、電器，檢驗機械的施工性能，并做好機械的調試，直至機械運轉正常。

（4）引孔至倒濾砂層后，停止引孔后應立即進行高壓旋噴樁施工[3]。

4.3 高壓旋噴樁施工方法

4.3.1 高壓旋噴樁施工工藝流程

4.3.2 高壓旋噴樁主要施工方法

（1）技術交底工作。施工前首先熟悉施工設計文件，理解設計意圖，做好技術交底。

（2）測量工作。施工前測量班要精確地根據技術交底的樁位平面圖放出施工樁位，樁位中心點用釬子插入地下，并用白灰明示，同時用石灰撒出處理范圍邊線。

（3）樁機定位。移動旋噴樁機到指定樁位，將鉆頭對準孔位中心，同時整平鉆機，放置平穩、水平，鉆桿的垂直度偏差控制在1%以內。就位后，首先進行低壓（0.5MPa）射水試驗，用以檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常。

（4）制備水泥漿。樁機移位時，即開始按設計確定的配合比拌制水泥漿。首先將水加入桶中，再將水泥和外摻劑倒入，開動攪拌機攪拌10～20 分鐘，而后擰開攪拌桶底部閥門，放入第一道篩網（孔徑為0.8mm），過濾后流入漿液池，然后通過泥漿泵抽進第二道過濾網（孔徑為0.8mm），第二次過濾后流入漿液桶中，待壓漿時備用。在實際施工時，可使用比重計隨時測量漿液比重，水灰比1：1 的水泥漿液比重為1.49。

（5）插管。插入噴漿桿。在插桿過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可用較小壓力（0.5～1.0MPa）邊下管邊射水。

（6）提升噴漿桿、攪拌。當噴漿桿下沉到達設計深度后，停止鉆進，接通高壓管路，開動泥漿泵、鉆機進行旋轉，并用儀表控制壓力，分別達到預定標高時開始提升，繼續旋噴和提升，直至達到預期的加固高度后停止。旋噴過程中，鉆孔中正常的冒漿量控制在20%以下。超過20%或完全不冒漿時，應查明原因，采取相應措施。發生故障時，應立即停止提升和旋噴，排除故障后復噴，復噴高度不小于50cm。

（7）特殊地層處理。遇到特殊地層，依據現場實際情況可重復高壓噴漿、攪拌。使下沉區域的全部細顆粒砂完全固結，讓整個回填砂層變成一個具有承受海水侵蝕的整體，保證細顆粒砂不隨海水流失，區域不再沉降。

（8）清洗。向漿液罐中注入適量清水，開啟高壓泵，清洗全部管路中殘存的水泥漿，直至基本干凈。并將粘附在噴漿管頭上的土清洗干凈。

（9）移位。移動樁機進行下一根樁的施工。

（10）補漿。由于漿液的析水作用，一般均有不同程度的收縮，使固結體頂部出現凹穴，因此噴射注漿作業完成后，要及時用水灰比為相對應的水泥漿補灌。

（11）施工記錄。在施工過程中專人進行詳細的施工記錄，包括：測量定位、漿液配比、噴漿壓力、漿液流量、噴嘴提升速度、成樁深度及復噴等。

5 結論

老舊重力式碼頭運營多年后，一般會出現胸墻后方塊石棱體坡面倒濾層損壞造成回填砂流失，導致前沿面層異常沉降。常規的面層翻鋪處理只能解決短期內的平整度要求，治標不治本，出現持續暴雨天氣時存在著塌陷安全隱患。本文通過對異常沉降的原因分析，對比雙液注漿和水泥漿整體固結的修復方案，對于塊石棱體坡面倒濾層損壞造成回填砂流失的情況采用對下沉回填砂區域進行整體水泥漿固結法加固，將下沉區域的全部細顆粒砂固結，使整個回填砂層變成一個具有承受海水侵蝕的整體，保證細顆粒砂不隨海水流失，區域不再沉降，此施工方法比注漿更具有可控性，穩定性也較好，工期較短，造價較低。根據多次翻修造成地質變化情況，因地制宜優化水泥漿固結修復方案，更好地達到修復效果，為其他類似結構的修復提供借鑒。