第35卷第11期 中国港湾建设 Vol.35 No.11 2015年11月 China Harbour Engineering Nov.2015 港珠澳大桥东人工岛工程深厚软基处理综合技术 孙洪春1，张焕2 (1.中交三航局第二工程有限公司，上海200122 2.中铁二院（广东）港航勒察设计有限责任公司，广东广州510335) 摘要：港珠澳大桥东人工岛软基处理具有厚度大、水深深、环保要求高等特点。工程综合运用了开挖换填法、排 水固结法、水下挤密砂桩、高压喷射注浆法等软基处理技术。工程施工中解决了超深塑料排水板打设、深水区高置 换率挤密砂桩施工、高固结士中超深高压喷射注浆复合地基施工等技术难题。软基处理后人工岛地基沉降、沉管隧 道过渡段地基处理、施工环保等均取得良好效果。 关键词：人工岛：深厚软基处理：超深塑料排水板：挤密砂桩：高压喷射注浆 中图分类号：U655.544 文献标志码：A 文章编号：2095-7874(2015)11-0015-05 doi:10.7640/zggwjs.201511005 Deep soft foundation treatment comprehensive technology in east artifical island project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge SUN Hong-chun',ZHANG Huan? (1.NoEngineering Cod.f CCCC Third Haour Engineering CoLd.Shanghai 001China 2.CREEC (Guangdong)Port Channel Survey and Design Co..Lid..Guangzhou,Guangdong 510335,China) Abstract:The east artifical island soft foundation treatment of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge located with deep soft soil and deep water with high requirements for environmental protection etc.This project uses excavation replacement method. drainage conlidation method,sand compaction pile and high pressure jet grouting In construction it soves difficult technical problems such as ultra deep prefabricated drains.high replacement rate sand compaction pile in deep water,deep jet grouting in high compression soil ete.After treatment,the foundation settemen of island,so foundation treatment at the transition section of immersed tunnel,and environmental protection achieve good results. Key words:artifical island;deep foundation treatment:deep prefabricated drains:sand compaction pile:high pressure jet grouting 1工程概况 接，满足岛上建筑物布置需要。东、西人工岛结 1.1工程简介 构形式、工况条件、施工方法等基本类似。 港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，东连香 东人工岛平面呈椭圆形，长625m,最宽处 港，西接珠海和澳门，主体采用桥隧组合方案。 约215m,工程处泥面标高约-10.0m,平均水 隧道长5.99km,位于伶仃西和铜鼓航道处，隧道 位+0.54m,人工岛项面交工标高为4.26m。人工 出口与桥梁相接处修建东、西人工岛。东、西人 岛筑岛采用先进行基槽开挖至-18.0m,然后采用 工岛的基本功能是实现海上桥梁和隧道的顺利衔 59个直径22m的钢圆筒插入不透水层构成围闭 结构并在钢圆筒及围闭结构内回填中粗砂的快速 收稿日期：2015-10-12 成岛工艺。人工岛陆域形成后进行软土地基处理， 作者简介：孙洪春(1987一)，男，江苏淮安人，顾士，工程师，建筑 与土木工程专业，主要从事水运工程施工。 然后进行岛壁抛石斜坡是、岛上现浇隧道、岛上 E-mail:412837323@94-com 建筑等工程施工。海中沉管隧道在岛上现浇隧道 (C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
中国港湾建设 China Harbour Engineering 第 35 卷 第 11 期 2015 年 11 月 Deep soft foundation treatment comprehensive technology in east artifical island project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge SUN Hong-chun1 , ZHANG Huan2 （1. No.2 Engineering Co., Ltd. of CCCC Third Harbour Engineering Co., Ltd., Shanghai 200122, China; 2. CREEC (Guangdong) Port Channel Survey and Design Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510335, China） Abstract：The east artifical island soft foundation treatment of Hongkong -Zhuhai-Macao Bridge located with deep soft soil and deep water with high requirements for environmental protection etc. This project uses excavation replacement method, drainage consolidation method, sand compaction pile and high pressure jet grouting. In construction, it solves difficult technical problems such as ultra deep prefabricated drains, high replacement rate sand compaction pile in deep water, deep jet grouting in high compression soil etc. After treatment, the foundation settlement of island, soft foundation treatment at the transition section of immersed tunnel, and environmental protection achieve good results. Key words：artifical island; deep soft foundation treatment; deep prefabricated drains；sand compaction pile；high pressure jet grouting 摘 要：港珠澳大桥东人工岛软基处理具有厚度大、水深深、环保要求高等特点。工程综合运用了开挖换填法、排 水固结法、水下挤密砂桩、高压喷射注浆法等软基处理技术。工程施工中解决了超深塑料排水板打设、深水区高置 换率挤密砂桩施工、高固结土中超深高压喷射注浆复合地基施工等技术难题。软基处理后人工岛地基沉降、沉管隧 道过渡段地基处理、施工环保等均取得良好效果。 关键词：人工岛；深厚软基处理；超深塑料排水板；挤密砂桩；高压喷射注浆 中图分类号：U655.544 文献标志码：A 文章编号：2095-7874（2015）11-0015-05 doi：10.7640/zggwjs201511005 收稿日期：2015-10-12 作者简介：孙洪春 （1987 — ），男，江苏淮安人，硕士，工程师，建筑 与土木工程专业，主要从事水运工程施工。 E-mail：412837323@qq.com 港珠澳大桥东人工岛工程深厚软基处理综合技术 孙洪春 1 ，张焕 2 （1. 中交三航局第二工程有限公司，上海 200122； 2. 中铁二院（广东）港航勘察设计有限责任公司，广东 广州 510335） Vol. 35 No.11 Nov. 2015 1 工程概况 1.1 工程简介 港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，东连香 港，西接珠海和澳门，主体采用桥隧组合方案。 隧道长 5.99 km，位于伶仃西和铜鼓航道处，隧道 出口与桥梁相接处修建东、西人工岛。东、西人 工岛的基本功能是实现海上桥梁和隧道的顺利衔 接，满足岛上建筑物布置需要。东、西人工岛结 构形式、工况条件、施工方法等基本类似。 东人工岛平面呈椭圆形，长 625 m，最宽处 约 215 m，工程处泥面标高约-10.0 m，平均水 位+0.54 m，人工岛顶面交工标高为 4.26 m。人工 岛筑岛采用先进行基槽开挖至-18.0 m，然后采用 59 个直径 22 m 的钢圆筒插入不透水层构成围闭 结构并在钢圆筒及围闭结构内回填中粗砂的快速 成岛工艺。人工岛陆域形成后进行软土地基处理， 然后进行岛壁抛石斜坡堤、岛上现浇隧道、岛上 建筑等工程施工。海中沉管隧道在岛上现浇隧道
·16 中国港湾建设 2015年第11期 暗埋段完成后进行对接如。 状为主，平均标贯击数40击四。 1.2地质概况 2东人工岛软土地基处理设计 东人工岛工程地层主要分布四大层。第一大 日前，海上人工岛建设以水深20m以内海域 层为淤泥及淤泥质黏士 底标高-18.1 3.6m 填筑式居多，软士地基处理面积较大 大多采用 流塑状，淤泥平均标贯击数小于1击，淤泥质 开挖换填法、排水固结法、CDM工法、水下挤猛 土平均标贯击数小于2击。第二层为粉质黏土层， 砂桩法。筑岛完成后，可采用振冲法、砂石桩 可朔状，混较多粉细砂，夹粉细沙薄层，平均杨标 法、水泥土橙拌法高压喷射注浆法等讲行局部 贯击数5.6击，层厚度3.65m,层顶标高-2355 软基处理 m.层底标高-26.71m。第三大层为黏土、粉质型 21东人工岛软土地基处理技术综述 土，厚度0.939.3m,平均标贯击数8.8-13.0击。 根据结构布置形式、工况、工期、施工环保 第四大层为砂层上层为粉细砂稍密状中密 等综合因素考虑，东人工岛软士处理分多个区域 状，平均标贯击数28.3击：下层为中粗砂 密实 分别设计，平面布置如图1所示。 沉管基础CE 区 沉管基础B区 内区 沉管基A区 岛壁区 图1东人工岛软基处理平面布置图 Fig.1 Layout of soft foundation treatment of east artifical island 人工岛岛体部分丰要解决人工岛工后沉隆问 矩形布智，间距30m。塑料排水板和降水井施工 颗数基外理采用部分开物换填岛壁风批石的 完成后分级堆载至+5.0m进行降水预压。软基处 坡堤挤密砂桩基础 钢圆筒区及岛内区排水周结 理后要求地基周结度不低于80%，且工后沉降 法（型料排水板+降水联合堆载顶压）。 120a内不大于500mm川 沉管隧道过渡段基础主要解决海中隧道天然 岛壁区挤密砂桩呈矩形布置，间距2.9m× 地基与岛上现浇隧道PHC桩复合地基间刚度的平 2.7m,底标高-42-31.0m。砂桩采用变径设计， 顺过度难题。软基处理采用施打高置换率挤密砂 -31.0m以上标高桩径为1.6m,置换率25.6% 桩复合地基（沉管基础A区）并进行堆载预压的方 -31.0m以下直径1.0m,置换率10%。挤密砂机 法。其中，沉管基础B区位于钢圆筒和岛内区， 标贯检测平均击数不小于15击且桩顶2.0m范围 受施工条件的限制，采用高压喷射注浆复合地基 内平均标贯击数不小于8击。人工岛岛体软基处 沉管基础C区为抛石防撞结构基础， 采用低置换 理断面图如图2所示。 率挤密砂桩复合地基。 2.2.2沉管隧道过渡段基础软基处理 22故其外理主项东数设十 沉管隧道过渡段基础准水久荷载约为60~120 2.2.1人工岛岛体软基处理 kPa,地基处理后固结度不低于90% ,残余沉降 人工岛基槽开挖底标高为-18.0m,清除表层 量≤200mm。沉管隧道过渡段基础软基处理断面 流塑状於泥。塑料排水板采用原生料D型板，正 图如图3所示。 方形布置，间距1.1m,底标高-35.0-46.0m 沉管基础A区挤密砂桩也采用变径设计，顺 降水井井管直径30cm 井底标高-245m,每个 钢圆筒/剧格各布置1个降水井，岛内区降水井按 (C)1994-2019 China Academic Journal Elec onie publishing io All rights reserved. http://www.cnki.net
中国港湾建设 201501 年第 1111 期 人工岛岛体部分主要解决人工岛工后沉降问 题。软基处理采用部分开挖换填、岛壁区抛石斜 坡堤挤密砂桩基础、钢圆筒区及岛内区排水固结 法（塑料排水板+降水联合堆载预压）。 沉管隧道过渡段基础主要解决海中隧道天然 地基与岛上现浇隧道 PHC 桩复合地基间刚度的平 顺过度难题。软基处理采用施打高置换率挤密砂 桩复合地基（沉管基础 A 区）并进行堆载预压的方 法。其中，沉管基础 B 区位于钢圆筒和岛内区， 受施工条件的限制，采用高压喷射注浆复合地基； 沉管基础 C 区为抛石防撞结构基础，采用低置换 率挤密砂桩复合地基。 2.2 软基处理主要参数设计 2.2.1 人工岛岛体软基处理 人工岛基槽开挖底标高为-18.0 m，清除表层 流塑状淤泥。塑料排水板采用原生料 D 型板，正 方形布置，间距 1.1 m，底标高-35.0～-46.0 m。 降水井井管直径 30 cm，井底标高-24.5 m，每个 钢圆筒/副格各布置 1 个降水井，岛内区降水井按 矩形布置，间距 30 m。塑料排水板和降水井施工 完成后分级堆载至+5.0 m 进行降水预压。软基处 理后要求地基固结度不低于 80 %，且工后沉降 120 a 内不大于 500 mm[1]。 岛壁区挤密砂桩呈矩形布置，间距 2.9 m × 2.7 m，底标高-42～-31.0 m 。砂桩采用变径设计， -31.0 m 以上标高桩径为 1.6 m，置换率 25.6 %； -31.0 m 以下直径 1.0 m，置换率 10 %。挤密砂桩 标贯检测平均击数不小于 15 击且桩顶 2.0 m 范围 内平均标贯击数不小于 8 击[1]。人工岛岛体软基处 理断面图如图 2 所示。 2.2.2 沉管隧道过渡段基础软基处理 沉管隧道过渡段基础准永久荷载约为 60～120 kPa，地基处理后固结度不低于 90 %，残余沉降 量≤200 mm。沉管隧道过渡段基础软基处理断面 图如图 3 所示。 沉管基础 A 区挤密砂桩也采用变径设计，顺 隧道轴线方向间距为 2.1 m，垂直方向根据置换率 高低为 1.8～2.1 m 不等，其中上部直径为 1.5 m 和 暗埋段完成后进行对接[1]。 1.2 地质概况 东人工岛工程地层主要分布四大层。第一大 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。第二层为粉质黏土层， 可塑状，混较多粉细砂，夹粉细砂薄层，平均标 贯击数 5.6 击，层厚度 3.65 m，层顶标高-23.55 m，层底标高-26.71 m。第三大层为黏土、粉质黏 土，厚度 0.9～39.3 m，平均标贯击数 8.8～13.0 击。 第四大层为砂层，上层为粉细砂，稍密状～中密 状，平均标贯击数 28.3 击；下层为中粗砂，密实 状为主，平均标贯击数 40 击[1]。 2 东人工岛软土地基处理设计 目前，海上人工岛建设以水深 20 m 以内海域 填筑式居多，软土地基处理面积较大，大多采用 开挖换填法、排水固结法、CDM 工法、水下挤密 砂桩法[2]。筑岛完成后，可采用振冲法、砂石桩 法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法等进行局部 软基处理。 2.1 东人工岛软土地基处理技术综述 根据结构布置形式、工况、工期、施工环保 等综合因素考虑，东人工岛软土处理分多个区域 分别设计，平面布置如图 1 所示。 图 1 东人工岛软基处理平面布置图 Fig. 1 Layout of soft foundation treatment of east artifical island 岛壁区 沉管基础 A 区 沉管基础 C 区 沉管基础 B 区 岛内区 珠海、澳门 钢圆筒区 香港 ·16·
2015年第11期 孙洪春，等：港珠澳大桥东人工岛工程深厚软基处理综合技术 .17 急内区 器用修区 以助反 序水并 挡浪油 +850 75 水丹 平均潮位+0.54 原泥面约 -18. 料水板 2-31.0 7-460 990 8面 君土3 挤密砂脏直径1m 图2人工岛岛体软基处理横断面图 Fig.2 Cross section of soft foundation treatment of east artifical island 平均海平面又04 64600 沉管能道 护面快石 回填块石 回填块石 碎石 ①泥 1用 ③，盆士 挤密防柱支径分界垫 图3沉管隧道过渡段软基处理断面图 Fig.3 Cross section of soft foundation treatment at the transition section of immersed tunnel 14m.分界标高-32-419m.置换率为40% 是同类工程之最，也是本工程软基处理的难点。 55c%.下部直径11m.底标高-320-570m 3.1.1设备改造 置换率为22%-29%。沉管基础C区砂桩直径 国内目前无插打深度达42m的插排机，因 1.0m,间距2.7mx2.7m,置换率11%。高压喷 本工程需对现有插排机进行改造。改造后插排机 射注奖复合地其智换率为403%，桩位早正三角 由挖机、主机架、液压马达、链条驱动装置和插 形布置，桩间距15m,桩底标高-42-43m。挤 管等组成。挖机型号为PC750:主机架为三角形 密砂桩标贯检测平均击数不小于20击且桩顶2 01 钢桁架结构，高45.0m,正面主梁由两根160mm 范围内不小于2击，高压喷射注浆复合地基平均 80mm×5mm矩形钢管构成，背梁及其余横向和 标贯击数不小于17。 斜向支撑采用60mm×40mm×4mm矩形钢管。 3软土地基处理关键施工技术 液压马达型号为SX510:传动链条型号为20A-1, 31 超深塑料排水板打设 单根极限拉力为88.5kN:插管采用150mm×90 本工程塑料排水板打设最大深度达42.0m, mm×14mm菱形钢管制成，钢管材料为锰钢， C)1994-2019 China Academie Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.http://www.cnki.ne
201501 年第 1111 期 1.4 m，分界标高-32～-41.9 m，置换率为 40 %～ 55 %；下部直径 1.1 m，底标高-32.0～-57.0 m， 置换率为 22 %～29 %。沉管基础 C 区砂桩直径 1.0 m，间距 2.7 m×2.7 m，置换率 11 %。高压喷 射注浆复合地基置换率为 40.3 %，桩位呈正三角 形布置，桩间距 1.5 m，桩底标高-42～-43 m。挤 密砂桩标贯检测平均击数不小于 20 击且桩顶 2.0 m 范围内不小于 12 击，高压喷射注浆复合地基平均 标贯击数不小于 17 击[1]。 3 软土地基处理关键施工技术 3.1 超深塑料排水板打设 本工程塑料排水板打设最大深度达 42.0 m， 是同类工程之最，也是本工程软基处理的难点。 3.1.1 设备改造 国内目前无插打深度达 42 m 的插排机，因此 本工程需对现有插排机进行改造。改造后插排机 由挖机、主机架、液压马达、链条驱动装置和插 管等组成[3]。挖机型号为 PC750；主机架为三角形 钢桁架结构，高 45.0 m，正面主梁由两根 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， 单根极限拉力为 88.5 kN；插管采用 150 mm × 90 mm × 14 mm 菱形钢管制成，钢管材料为锰钢， 图 2 人工岛岛体软基处理横断面图 Fig. 2 Cross section of soft foundation treatment of east artifical island 图 3 沉管隧道过渡段软基处理断面图 Fig. 3 Cross section of soft foundation treatment at the transition section of immersed tunnel 岛内区 钢圆筒区 岛壁区 降水井 挡浪墙 +8.50 抛石斜坡堤 平均潮位 +0.54 降水井 +5.0 原泥面约-10.00 -16.0 -18.0 淤泥①1 淤泥①2 黏土②1 淤泥质黏土③1 黏土③1-1 -31.0 -42.0 挤密砂桩 直径 1 m 挤密砂桩 直径 1.5 m 39 900 8 700 -46.0 钢圆筒 塑料排水板 直径 1 m 砂桩 挤密砂桩变径分界线 碎石 碎石 回填块石 回填块石 碎石基床 直径 1 m 砂桩 平均海平面 沉管隧道 护面块石 ①淤泥 ③1 黏土 ④1 中砂 ③2 黏土夹砂 ③1 黏土 64 600 +0.54 孙洪春，等：港珠澳大桥东人工岛工程深厚软基处理综合技术 ·17·
·18 中国港湾建设 2015年第11期 其强度较高。插管下端焊接10mm×50mm× 程如下偶：D海上建GPS参考站对砂桩船精确定 160mm左右的矩形钢端头（管靴D。 位：)沉放沙桩套管，当套管接近泥面时，向智 3,1.2主要施工方法与质量控制要点 内加压排水，然后继续沉放套管入泥面，可设定 D施工方法： ①桩位放样 ②穿靴 :塑料排 压缩空气最大压力P=0.9RR为桩位泥面处的 水板从顶部穿进插管，从插管底口拉出约20cm 水压力)：3开启振动锤使套管至一定深度后减 对折回后再穿进插管底口，然后在折叠处插进插 压放气并向套管内灌砂6~10m,然后加压(0.4 销并同拉排水板另一端将管数底口封闭。③插设 0.5MPa)施打套管至设计桩底标高：4持压，上 排水板：操控插排机使插管对准设计桩位 调整 拔砂桩套管，排出管内泥柱， 完成端部处理： 好垂直度后启动液压马达，驱动传动链条下插插 灌砂、加压施打砂桩套管至设计桩底标高：6灌 管至设计标高。④拔管：向插管内注满清水后拔 砂、加压上拔砂桩套管，挂砂形成一定高度砂柱： 出插管，塑料排水板在土体挤压下留在土体中】 加压振动回打扩径，形成一段挤密砂桩： 质量控制要点 ①排水板的垂直度控制 循环灌砂 加压排砂形成砂柱、振动回打扩径 主要是通过在主机架上安装摆钟式倾斜仪控制机 逐段形成整根挤密砂桩。 架的垂直度来实现。②减少回带：首先穿靴时插 3.2.2主要施工参数 销采用b30m 长200mm左右的圆钢制作，其 挤密砂桩施工时，根据砂桩设计直径、桩管 重量合适并能有效阻止泥士进入管靴：其次严格 底部直径及每段成桩高度确定每次拔管高度、回 控制插管垂直度，同时插管下插到位后向插管内 打深度等施工参数，计算公式如下： 注清水减小排水板与插管内壁的摩擦力。 A=△G×(1-P/DP (D 32 水下挤砂城流工 H=△G-A 本工程水下挤密砂桩施工采用目前国内最先 式中：A为回打高度：△G:为拔管高度（拔管后与 进的三管砂桩船施工，砂桩船船型参数为：船长 拔管前桩管底标高差值D:d为套管底部内径：D为 75m,船宽26m,型深5.2m.设计吃水3m 矿径后砂桩直径：H为成柱高度。 储料仓容积240m,柱管直径0.8m(底部1.0m 本工程实际施工时，每次成桩高度为】 最大打至水面下深度超过60m。 经典型施工后确定了相关参数如表1所示。桩顶 3.2.1主要施工方法 周用土压力较小时，回打时桩管内压力要减小 本工程采用的砂桩船施工方法是通过振动设 防止管内砂全部冲出造成砂桩断桩。为此，当施 各和管腔增压装置把砂强制压入水下软弱地基中， 工至距桩顶1-2m时 缩短每次成桩的高度， 经过振动拔管、回打、挤密扩径，形成大直径密 拔及回打高度应乘以相应成桩高度比率。如每次 实砂柱体从而置换软土地基。砂桩船施工主要流 成桩0.6m,上拔及回打高度按表1数值乘以0.6 表1挤密砂桩施工参数 Table 1 Construction parameters of sand compaction pile 部位 套管内空气压力 直径≤11m秒 直径多14m相 拔管高度m排砂量/m回打高度m拔管高度/m 排砂量/m回打高度n 包壁 14 094 04 25 25 15 隧道恭深度每增加5m,压力逐步增加005MP 10 0786 27 200 17 33超深高压喷射注浆复合地基花工 3.3.1主要施工方法 本工程高压喷射注浆施工深度达46m 且施 本工程采用的新 二管法高压喷射灌浆技术机 工区域软土地基经过塑料排水板堆载预压后固结 理是以大于30MPa的高压水泥浆通过中1.9-2mm 度达80%以上，施工难度大。实际施工采用新 的喷嘴喷出，以高压水泥浆射流直接冲切破坏土 管法旋骑工艺，日在正式喷浆前先使用清水喷射 体，浆射流以环袋压缩气保护，随着杆的摆 对固结地基土预切割， 以保证喷射直径和返浆 提升 水泥浆和切割下的士体混合成水泥士 果，提高施工质量。 结后形成强度较高的加固体。主要方法为：D钻 (C)1994-2019 China Academic Journal Elec onic Publishing Ho All rights reserved. ://www.cnki.net
中国港湾建设 201501 年第 1111 期 其强度较高。插管下端焊接 10 mm × 50 mm × 160 mm 左右的矩形钢端头（管靴）。 3.1.2 主要施工方法与质量控制要点 1） 施工方法：①桩位放样。②穿靴：塑料排 水板从顶部穿进插管，从插管底口拉出约 20 cm， 对折回后再穿进插管底口，然后在折叠处插进插 销并回拉排水板另一端将管靴底口封闭。③插设 排水板：操控插排机使插管对准设计桩位，调整 好垂直度后启动液压马达，驱动传动链条下插插 管至设计标高。④拔管：向插管内注满清水后拔 出插管，塑料排水板在土体挤压下留在土体中。 2） 质量控制要点：①排水板的垂直度控制： 主要是通过在主机架上安装摆钟式倾斜仪控制机 架的垂直度来实现。②减少回带：首先穿靴时插 销采用 准30 mm，长 200 mm 左右的圆钢制作，其 重量合适并能有效阻止泥土进入管靴；其次严格 控制插管垂直度，同时插管下插到位后向插管内 注清水减小排水板与插管内壁的摩擦力。 3.2 水下挤密砂桩施工 本工程水下挤密砂桩施工采用目前国内最先 进的三管砂桩船施工，砂桩船船型参数为：船长 75 m，船宽 26 m，型深 5.2 m，设计吃水 3 m， 储料仓容积 240 m3 ，桩管直径 0.8 m（底部 1.0 m）， 最大打至水面下深度超过 60 m。 3.2.1 主要施工方法 本工程采用的砂桩船施工方法是通过振动设 备和管腔增压装置把砂强制压入水下软弱地基中， 经过振动拔管、回打、挤密扩径，形成大直径密 实砂柱体从而置换软土地基。砂桩船施工主要流 程如下[4]：1） 海上建 GPS 参考站对砂桩船精确定 位；2） 沉放砂桩套管，当套管接近泥面时，向管 内加压排水，然后继续沉放套管入泥面，可设定 压缩空气最大压力 P = 0.9 Ph（Ph 为桩位泥面处的 水压力）；3） 开启振动锤使套管至一定深度后减 压放气并向套管内灌砂 6～10 m3 ，然后加压 （0.4～ 0.5 MPa）施打套管至设计桩底标高；4） 持压，上 拔砂桩套管，排出管内泥柱，完成端部处理；5） 灌砂、加压施打砂桩套管至设计桩底标高；6） 灌 砂、加压上拔砂桩套管，排砂形成一定高度砂柱； 7） 加压振动回打扩径，形成一段挤密砂桩；8） 循环灌砂、加压排砂形成砂柱、振动回打扩径， 逐段形成整根挤密砂桩。 3.2.2 主要施工参数 挤密砂桩施工时，根据砂桩设计直径、桩管 底部直径及每段成桩高度确定每次拔管高度、回 打深度等施工参数，计算公式如下： A = ΔGL ×（1 - d2 /D2 ） （1） H = ΔGL - A （2） 式中：A 为回打高度；ΔGL 为拔管高度（拔管后与 拔管前桩管底标高差值）；d 为套管底部内径；D 为 扩径后砂桩直径；H 为成桩高度。 本工程实际施工时，每次成桩高度为 1 m， 经典型施工后确定了相关参数如表 1 所示。桩顶 周围土压力较小时，回打时桩管内压力要减小， 防止管内砂全部冲出造成砂桩断桩。为此，当施 工至距桩顶 1～2 m 时，缩短每次成桩的高度，上 拔及回打高度应乘以相应成桩高度比率。如每次 成桩 0.6 m，上拔及回打高度按表 1 数值乘以 0.6。 表 1 挤密砂桩施工参数 Table 1 Construction parameters of sand compaction pile 部位 套管内空气压力 直径≤1.1 m 砂桩 直径≥1.4 m 砂桩 拔管高度/m 排砂量/m3 回打高度/m 拔管高度/m 排砂量/m3 回打高度/m 岛壁 0～14.99 m：0.1~0.2 MPa； 深度每增加 5 m，压力逐步增加 0.05 MPa 1.4 0.94 0.4 2.5 2.5 1.5 隧道基础 1.0 0.786 — 2.7 2.02 1.7 3.3 超深高压喷射注浆复合地基施工 本工程高压喷射注浆施工深度达 46 m，且施 工区域软土地基经过塑料排水板堆载预压后固结 度达 80 %以上，施工难度大。实际施工采用新二 管法旋喷工艺，且在正式喷浆前先使用清水喷射 对固结地基土预切割，以保证喷射直径和返浆效 果，提高施工质量。 3.3.1 主要施工方法 本工程采用的新二管法高压喷射灌浆技术机 理是以大于 30 MPa 的高压水泥浆通过 准1.9~2 mm 的喷嘴喷出，以高压水泥浆射流直接冲切破坏土 体，浆射流以环绕压缩气保护，随着喷杆的旋摆 提升，水泥浆和切割下的土体混合成水泥土，凝 结后形成强度较高的加固体。主要方法为：1） 钻 ·18·
2015年第11期 孙洪春，等：港珠澳大桥东人工岛工程深厚软基处理综合技术 .19 孔：)制备浆液：)喷浆台车就位并下喷浆管： 填灌浆直到浆面不再下沉为止，确保注顶高程。 ④清水喷射预切割，即正式喷射前先输入清水和 3.3.2主要施工参数 压缩空气，按施工参数要求的提升速度、旋转速 施工过程中相邻两桩施工距离太近或间隔时 度来旋转提升喷管进行土体预切割：。第一次正 间太短易造成串浆，采取分批跳孔施工，即每间 式喷射提升：第二次正式骑射提升（全孔复 隔两孔施工。高压喷射注浆详细施工参数如表2 骑：)回灌，即喷浆结束后随即向喷射孔静压充 所示。 表2高压喷射注浆施工参数 re jet grouting 喷射工序浆液比重/(gcm。浆压/MPa进浆量/，·mia）气压/MPa进气量/(m'·mim)提升速度/mmi旋转速度/(r“min) 预切划 清水 20 260 0.5-09 21 40 30 第一次正明 1.45-1.55 35 ≥65 0.5-0.9 1 11 9-11 第次正喻1.45-155 30 365 0.5-0.9 1 15 12-15 4软基处理效果 中超深高压喷射注浆复合地基施工等一系列工程 东人工岛岛内满载预压时间148d,平均表层 技术难题，同时也将施工对海洋环境的污染降到 沉降量为18968mm ,平均固结度超过80%，经 了最低。软基处理施工完成后，人工岛的地基沉 计算工后残余沉降量小于436,4mm,满足没计要 降、沉管隧道过渡段基础处理效果满足设计要求。 求。圆筒区满载顶压时间297d,平均表层沉降量 本工程软土地基处理综合施工技术工艺成熟，施 为1444.6mm,平均固结度超过80%，经计算1 工效果好，大大节约施工工期和成本，有效保护 后残余沉降量小于150.0mm 满足设计要求。 海洋环境，可为其他类似工程提供借鉴。 施工完成后对直径≥1.4m挤密砂桩进行标准 参考文献 贯入度检测，结果满足设计要求。其中岛壁挤率 规划设 院有限公司，港珠爽大桥主体工程岛隧工程 砂桩桩顶2m范围标贯击数1240击，桩体平均 标贯击数达34.6击： 沉管隧道过波段基础挤密砂 of Hongkone-Zhuhai-Macao Brid 桩桩顶2m范围标贯击数18-32击，桩体平均标 B42011 贯击数达28,4击。高压喷射注浆复合地基平均标 日吗东，等将上挤密特工法及其在港珠淡大桥 贯击数大于17击，满足设计要求 岛程中的应用小中港建，201240：72-7 沉管隧道过渡段挤密砂桩打设完成后进行堆 g.et al.Meth 载预压，满载预压166d,平均表层沉降量为85.3 mm。经计算，地基平均固结度己超过90%，工 China Hathout engi 2012472-77 后残余沉降量小于13mm,满足设计要求。 )孙洪春，姚辉博，张焕.外海人工岛深厚我士地基超深塑料排水 5结语 范工拉术中国港建设，2015,35(7》：74-76 港珠澳大桥是当前世界上最长、施工难度最 SUN Ho国 大的跨海桥隧集群工程，岛隧工程地处中华白海 家核心保护风，人工岛软基施工难度和环保要求 e201535774-76 都很高 本工程软基处理综合运用了开挖换填法 【个沈水兴，李业勋，张车港珠澳大桥快速人工建岛施工关健技术 排水固结法、水下挤密砂桩、高压喷射注浆等工 印施工技术，2015,35(6：104-107,122 SHEN Yong-xing.LI Ye Zhang Kui.Rapid island-form 艺。软基处理过程中成功解决了超深塑料排水板 打设、深水区高置换率挤密砂桩施工、高固结士 C)1994-2019 China Academie Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.http://www.cnki.ne
201501 年第 1111 期 孔；2） 制备浆液；3） 喷浆台车就位并下喷浆管； 4） 清水喷射预切割，即正式喷射前先输入清水和 压缩空气，按施工参数要求的提升速度、旋转速 度来旋转提升喷管进行土体预切割；5） 第一次正 式喷射提升；6） 第二次正式喷射提升 （全孔复 喷）；7） 回灌，即喷浆结束后随即向喷射孔静压充 填灌浆直到浆面不再下沉为止，确保桩顶高程。 3.3.2 主要施工参数 施工过程中相邻两桩施工距离太近或间隔时 间太短易造成串浆，采取分批跳孔施工，即每间 隔两孔施工。高压喷射注浆详细施工参数如表 2 所示。 表 2 高压喷射注浆施工参数 Table 2 Construction parameters of high pressure jet grouting 喷射工序 浆液比重（/ g·㎝-3 ） 浆压/MPa 进浆量（/ L·min-1 ） 气压/MPa 进气量（/ m3 ·min-1 ） 提升速度（/ cm·min-1 ） 旋转速度（/ r·min-1 ） 预切割 清水 20 ≥60 0.5～0.9 ≥1 40 30 第一次正喷 1.45~1.55 35 ≥65 0.5～0.9 ≥1 11 9～11 第二次正喷 1.45~1.55 30 ≥65 0.5～0.9 ≥1 15 12～15 4 软基处理效果 东人工岛岛内满载预压时间 148 d，平均表层 沉降量为 1 896.8 mm，平均固结度超过 80 %，经 计算工后残余沉降量小于 436.4 mm，满足设计要 求。圆筒区满载预压时间 297 d，平均表层沉降量 为 1 444.6 mm，平均固结度超过 80 %，经计算工 后残余沉降量小于 150.0 mm，满足设计要求。 施工完成后对直径≥1.4 m 挤密砂桩进行标准 贯入度检测，结果满足设计要求。其中岛壁挤密 砂桩桩顶 2 m 范围标贯击数 12～40 击，桩体平均 标贯击数达 34.6 击；沉管隧道过渡段基础挤密砂 桩桩顶 2 m 范围标贯击数 18～32 击，桩体平均标 贯击数达 28.4 击。高压喷射注浆复合地基平均标 贯击数大于 17 击，满足设计要求。 沉管隧道过渡段挤密砂桩打设完成后进行堆 载预压，满载预压 166 d，平均表层沉降量为 85.3 mm。经计算，地基平均固结度已超过 90 %，工 后残余沉降量小于 13 mm，满足设计要求。 5 结语 港珠澳大桥是当前世界上最长、施工难度最 大的跨海桥隧集群工程，岛隧工程地处中华白海 豚核心保护区，人工岛软基施工难度和环保要求 都很高。本工程软基处理综合运用了开挖换填法、 排水固结法、水下挤密砂桩、高压喷射注浆等工 艺。软基处理过程中成功解决了超深塑料排水板 打设、深水区高置换率挤密砂桩施工、高固结土 中超深高压喷射注浆复合地基施工等一系列工程 技术难题，同时也将施工对海洋环境的污染降到 了最低。软基处理施工完成后，人工岛的地基沉 降、沉管隧道过渡段基础处理效果满足设计要求。 本工程软土地基处理综合施工技术工艺成熟，施 工效果好，大大节约施工工期和成本，有效保护 海洋环境，可为其他类似工程提供借鉴。 参考文献： [1] 中交公路规划设计院有限公司. 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 is－ land and tunnel project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge main project[R]. 2011. [2] 林鸣，梁桁，刘晓东，等. 海上挤密砂桩工法及其在港珠澳大桥 岛隧工程中的应用[J]. 中国港湾建设，2012（4）：72-77. LIN Ming, LIANG Heng, LIU Xiao -dong, et al. Method for con－ struction of offshore sand compaction piles and its application for island and tunnel project for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J]. China Harbour Engineering, 2012(4): 72-77. [3] 孙洪春，姚辉博，张焕. 外海人工岛深厚软土地基超深塑料排水 板施工技术[J]. 中国港湾建设，2015，35（7）：74-76. SUN Hong-chun，YAO Hui-bo，ZHANG Huan. Construction tech－ nology of ultra -deep prefabricated drains in deep and thick soft foundation of offshore artificial island[J]. China Harbour Engineer－ ing, 2015, 35(7): 74-76. [4] 沈永兴，李业勋，张奎. 港珠澳大桥快速人工建岛施工关键技术 [J]. 施工技术，2015，35（6）：104-107，122. SHEN Yong-xing, LI Ye-xun, Zhang Kui. Rapid island-formation key technology about artificial island in Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J]. Construction Technology, 2015,35(6)：104-107,122. 孙洪春，等：港珠澳大桥东人工岛工程深厚软基处理综合技术 ·19·
