第39卷第11期 中国港湾建设 Vol.39 No.11 2019年11月 China Harbour Engineering Now.2019 饱和回填砂及深厚软土地基同步加固技术 在港珠澳大桥人工岛中的应用 李球字，王征亮，林佑高，肖仕宝 (中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州510230) 糖毛：器太桥岛送工程人T略以且有水动送的酒简为作托一在深吸软士地基上园中锡防的 可为类 工程提供参考 关：降水联合载：渗 水开 塑料排水板 :U655 文献标志码：B 文章编号：2095-7874(2019)11-0052-06 Application of synchronous reinforcement technology of saturated backfill sand and deep soft soil foundation in the artificial island of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge LI lian-y yu.WANG Zheng-liang.LIN You-gao,XIAO Shi-bao (CCCC-FHDI Engineering Co.Ld.Guangzhou.Gu dong510230.China Abstract:In view of the artificial isand of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island and tunnel project,based on the stee cylinder coffthwater-o ninovative foundation reinforcement technology that simultaneously compacts the upper backfilling sand and ement mechanism.and finally through the foundation monitoring and testing.the results show that the effect of the foundation reinforcement is significant.and the new foundation reinforeement method can be a good reference for similar Key words:surcharge with dewatering:permeate:dewatering well:plastic drain board:synehronous reinforcement 0引言 本文着重对人工岛软土地基加固及回填砂密实处 岛隧工程是港珠澳大桥主体工程中投资规模 理技术方法 、机理及加周效果进行介绍 最大、技术难度最高的一个标段，岛隧工程包括 1人工岛概况 为实现桥隧转换，在深水、软基区域填筑的东、西人 1.1港珠溴大桥岛隧工程 工岛，超长、深埋沉管隧道以及部分非通航孔桥 岛隧工程总长7440.5m,包括5664m沉管 梁。尹海卿阐述了人工岛和沉管隧道的设计 隧道、2个面积10万m的离岸人工岛及长约700 施工关键技术，人工岛是岛隧工程的基石，而地 的桥梁。其中，东、西2座离岸人工岛长度均 基处理技术是人工岛最为关键的技术之一，林鸣、 625m,最宽处183m,采用中粗砂填筑成岛。人 孙洪春、沈水兴等从施工方面做过一些介绍 工岛一方面是沉管隧道始发点和终止点，决定着 隧道开工工期，处于关键工期节点另一方面做 总工程每。主从事岩工程设计工作 为支撑岛上遂道的基础（隧道又是岛上房建的基 E-wad:lijianyu@fhdigzeon ,其地基沉降控制尤为重要。 (C)1994-2019 China Academie Journal Elec ronie Publishing Ho All rights reserved. http ://www.cnki.net
Application of synchronous reinforcement technology of saturated backfill sand and deep soft soil foundation in the artificial island of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge LI Jian-yu, WANG Zheng-liang, LIN You-gao, XIAO Shi-bao （CCCC-FHDI Engineering Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510230, China） Abstract：In view of the artificial island of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island and tunnel project, based on the steel cylinder cofferdam with water-stopping function and the condition of backfilling coarse sand on deep soft soil foundation, this paper proposes an innovative foundation reinforcement technology that simultaneously compacts the upper backfilling sand and improves the lower deep soft soil. Through the introduction of the design and construction scheme, the analysis of the foundation reinforcement mechanism, and finally through the foundation monitoring and testing, the results show that the effect of the foundation reinforcement is significant, and the new foundation reinforcement method can be a good reference for similar projects. Key words：surcharge with dewatering; permeate; dewatering well; plastic drain board; synchronous reinforcement 摘 要：针对港珠澳大桥岛隧工程人工岛以具有止水功能的钢圆筒围堰为依托，在深厚软土地基上回填中粗砂的条 件，创新提出同步密实上部回填砂和加固下部深厚软土的地基加固技术。通过设计施工方案介绍、地基加固机理分 析，并最终经地基监测与检测试验表明地基加固效果显著，提出的新型地基加固方法可为类似工程提供参考。 关键词：降水联合堆载；渗透；降水井；塑料排水板；同步加固 中图分类号：U655.544 文献标志码：B 文章编号：2095-7874（2019）11-0052-06 doi：10.7640/zggwjs201911011 饱和回填砂及深厚软土地基同步加固技术 在港珠澳大桥人工岛中的应用 李建宇，王征亮，林佑高，肖仕宝 （中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230） 收稿日期：2019-04-23 修回日期：2019-06-11 作者简介：李建宇 （1980 — ），男，河北承德人，硕士，高级工程师， 副总工程师，主要从事岩土工程设计工作。 E-mail：lijianyu@fhdigz.com 中国港湾建设 China Harbour Engineering 第 39 卷 第 11 期 2019 年 11 月 Vol. 39 No.11 Nov. 2019 0 引言 岛隧工程是港珠澳大桥主体工程中投资规模 最大、技术难度最高的一个标段，岛隧工程包括 为实现桥隧转换，在深水、软基区域填筑的东、西人 工岛，超长、深埋沉管隧道以及部分非通航孔桥 梁[1]。 尹海卿[2]阐述了人工岛和沉管隧道的设计与 施工关键技术，人工岛是岛隧工程的基石，而地 基处理技术是人工岛最为关键的技术之一，林鸣、 孙洪春、沈永兴等[3-7]从施工方面做过一些介绍， 本文着重对人工岛软土地基加固及回填砂密实处 理技术方法、机理及加固效果进行介绍。 1 人工岛概况 1.1 港珠澳大桥岛隧工程 岛隧工程总长 7 440.5 m，包括 5 664 m 沉管 隧道、2 个面积 10 万 m2 的离岸人工岛及长约 700 m 的桥梁。其中，东、西 2 座离岸人工岛长度均 625 m，最宽处 183 m，采用中粗砂填筑成岛。人 工岛一方面是沉管隧道始发点和终止点，决定着 隧道开工工期，处于关键工期节点；另一方面做 为支撑岛上隧道的基础（隧道又是岛上房建的基 础），其地基沉降控制尤为重要
2019年第11期李建字，等：饱和回填砂及深厚软土地基同步加周技术在港珠澳大桥人工岛中的应用 .53 12人工岛技术要点 层厚20-30m。 ）人工岛位于外海。受台风袭击的概率大 )第二大层（②层）为粉质黏十及黏十层.早 处于关键施工节点，人工岛填筑完成后需具备4 软塑可塑状，判定为正常固结轻微超固结状态 5a基槽开挖干施工作业条件，采用大直径钢圆筒 3)第三大层（③层）为粉质黏土、黏土层以及 止水围堰可以满足这些施工条件及要求。钢圆筒 粉细砂和中砂，粉质黏十及黏土呈可期硬翔状 用堰设计及施工技术是岛豫工程的关键技术之 判定为超固结状态：粉砂及中砂标贯击数大于 本文不做具体介绍。 25击 2人工岛所在区域分布厚度20-30m软土， 第四大层（④层）为黏土和粗砾砂组成，其 钢圆筒围堰围闭后人工岛内回填约20m厚中粗 中黏土层仅分布于东岛，该黏土分布深且厚，呈 沙。在厚纹基及松散回填砂上律设沉管隧道。同 软翔-可翔状，判定为正常周结一轻微招固结状态 时隧道结构作为岛上建筑的支撑。 这对人工岛 为减少人工岛工后沉降应尽可能加深该层土的处 降控制提出高标准的要求。采用快速、高效、安 理深度；粗砂砾标贯击数大于30击，呈密实状 全可靠的地基加固技术是岛隧工程的关键技术之 态，该砂层具有承压水特性，地基加固时排水通 一，本文主要论述人工岛采用的深井降水密实回 首不宜与该层联通」 填砂和加固深厚软土的地基处理技术，即饱和回 各土层的主要物理力学参数见表1和表2。 填砂及深厚软土地基同步加固技术。 表】土层天然密度及孔隙比表 2人工岛地基处理 Table 1 Natural density and pore ratio of soil laver 21工程地质条件 号 2 )第一大层（①层）为淤泥及淤泥质土层 该 密 层含水量高、抗剪强度低、压缩性高、渗透性差， 原比 10 0.95 表2固结试验结果表 Table2 Consolidation test resul ④1 OCR 平均值069005094034003149046002216034003149032003119 22筑岛方案 即采用了本文所述的饱和回填砂及深厚软土地基 开挖表层8m淤泥，振沉中22m钢圆筒，形 同步加周技术，具体实施步骤如下： 成具有止水功能的钢圆筒围堰，围堰围闭后国填 ①钢圆筒围报围闭：②回填中粗砂至-5.0m 中粗砂，中粗砂含泥量小于10%，厚度约20m。 ③岛内抽水形成干施工作业条件：④陆上施打塑 23地基处理 料排水板：⑤分级堆载至+5.0m:⑥埋设降水井 )地基处理方案 降水至-16.0m,满载预压4-5个月；⑦停止抽 采用降水联合堆载预压加固人工岛深厚软土 水，开挖基槽。现浇隧道结构。地基处理平面及 地基，降水同时产生渗透力密实上覆回填砂层 断面图见图1图2。 鸟外区 岛外区C 图1地基处理平面图 Fig.1 Plan of ground improvement (C)1994-2019China Academie Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/www.cnki.ne
2019 年第 11 期 1.2 人工岛技术要点 1） 人工岛位于外海，受台风袭击的概率大， 处于关键施工节点，人工岛填筑完成后需具备 4~ 5 a 基槽开挖干施工作业条件，采用大直径钢圆筒 止水围堰可以满足这些施工条件及要求。钢圆筒 围堰设计及施工技术是岛隧工程的关键技术之一， 本文不做具体介绍。 2） 人工岛所在区域分布厚度 20~30 m 软土， 钢圆筒围堰围闭后人工岛内回填约 20 m 厚中粗 砂，在厚软基及松散回填砂上建设沉管隧道，同 时隧道结构作为岛上建筑的支撑，这对人工岛沉 降控制提出高标准的要求。采用快速、高效、安 全可靠的地基加固技术是岛隧工程的关键技术之 一，本文主要论述人工岛采用的深井降水密实回 填砂和加固深厚软土的地基处理技术，即饱和回 填砂及深厚软土地基同步加固技术。 2 人工岛地基处理 2.1 工程地质条件 1） 第一大层（①层）为淤泥及淤泥质土层，该 层含水量高、抗剪强度低、压缩性高、渗透性差， 层厚 20~30 m。 2） 第二大层（②层）为粉质黏土及黏土层，呈 软塑~可塑状，判定为正常固结~轻微超固结状态。 3） 第三大层（③层）为粉质黏土、黏土层以及 粉细砂和中砂，粉质黏土及黏土呈可塑~硬塑状， 判定为超固结状态；粉砂及中砂标贯击数大于 25 击。 4） 第四大层（④层）为黏土和粗砾砂组成，其 中黏土层仅分布于东岛，该黏土分布深且厚，呈 软塑~可塑状，判定为正常固结~轻微超固结状态， 为减少人工岛工后沉降应尽可能加深该层土的处 理深度；粗砂砾标贯击数大于 30 击，呈密实状 态，该砂层具有承压水特性，地基加固时排水通 道不宜与该层联通。 各土层的主要物理力学参数见表 1 和表 2。 表 1 土层天然密度及孔隙比表 Table 1 Natural density and pore ratio of soil layer 层号 ①1 ②1 ③1 ③2 ④1 密度（/ g·cm-3） 1.62 1.87 1.81 1.85 1.90 孔隙比 1.723 0.866 1.052 0.958 0.827 ①1 ②1 ③1 ③2 ④1 Cc Cs OCR Cc Cc OCR Cc Cs OCR Cc Cs OCR Cc Cs OCR 平均值 0.69 0.05 0.94 0.34 0.03 1.49 0.46 0.02 2.16 0.34 0.03 1.49 0.32 0.03 1.19 层号 指标 表 2 固结试验结果表 Table 2 Consolidation test results 图 1 地基处理平面图 Fig. 1 Plan of ground improvement 2.2 筑岛方案 开挖表层 8 m 淤泥，振沉 准22 m 钢圆筒，形 成具有止水功能的钢圆筒围堰，围堰围闭后回填 中粗砂，中粗砂含泥量小于 10%，厚度约 20 m。 2.3 地基处理 1） 地基处理方案 采用降水联合堆载预压加固人工岛深厚软土 地基，降水同时产生渗透力密实上覆回填砂层， 即采用了本文所述的饱和回填砂及深厚软土地基 同步加固技术，具体实施步骤如下： ①钢圆筒围堰围闭；②回填中粗砂至-5.0 m； ③岛内抽水形成干施工作业条件；④陆上施打塑 料排水板；⑤分级堆载至+5.0 m；⑥埋设降水井， 降水至-16.0 m，满载预压 4~5 个月；⑦停止抽 水，开挖基槽，现浇隧道结构。地基处理平面及 断面图见图 1~图 2。 岛内区 岛外区 C 岛外区 C A2 岛内区 A1 B B 李建宇，等：饱和回填砂及深厚软土地基同步加固技术在港珠澳大桥人工岛中的应用 · ·53
·54 中国港湾建设 2019年第11期 岛内区 侧简区 +50 -160 2 注：1一降水并：2一塑料排水板 图2地基处理断面图 Fig. Section of ground improvement 2》降水联合堆载预压机理 用力，这种拖曳力即为渗透力，当渗透力作用向 降水预压法作为加固软黏土层的一种方法 下时对砂土有显著的密实作用。渗透力为水力城 它话合于黏土层和诱水层相车的情况，酒过隆低 隆与水的重度乘积.当水垂直下渗时，水力坡隆 诱水层中的地下水位或水压，软黏十层中的孔明 为10.单位渗诱力为水的重度。在回填砂中设置 水压力也随之开始降低，在土层总应力不变的情 管井排水系统 利用水系将回填砂中自由水从砂 况下，有效应力相应提高，加固机理见图3。图 层底部抽出，使回填砂中水自上而下形成渗流 3中阴影部分为降低透水层中地下水位后，土层 形成渗流力密实回填砂。管井降水密实饱和回填 品终所增加的有效应力，可见回填砂中水位每路 砂机理见图4。 低1.0m就会对下卧软土地基增加10kPa预压荷 ,年水井抽排水 载。同时，在深厚软基中设置砂井或排水板等 水前水 向排水通道，将软土中水挤压排人砂层，最终通 过时砂层中设置的深埋管井将水排出。 个 450 原水位7+0.0 降水一降水析水 降低后水位 图4管井降水密实饱和回填砂机理图 Fig.4 m of saturated backfilling 效应 sand by pipe well 采用该技术要求待密实饱和回填砂的含泥 量≤10%，渗透系数≥103cms,降水井的底标高 宜低于待密实砂层的底标高6m以下。 图3降低地下水位和增加有效应力 4)饱和回填砂及深厚软土地基同步加固技术 Fig.3 Dewatering and increasing effective stress 降水密实饱和回填砂及降水超载预压处理深 3》饱和回填砂降水密实机理 层软土地基可同时同步开展，既节约造价又节约 水向上渗透时会引起管酒、流土、接触流土 工期。实现密实饱和回填砂和加固深层软土地基 和接触冲到等渗诱被坏，相反，水自上而下渗秀 同步技术需要2个前提条件，一是提前设置竖向 时，渗流对每个土颗粒有推动、摩擦和拖曳的作 排水系统（塑料排水带或排水砂井），排水系统须 (C)1994-2019 China Academie Journal Elect onic Publishing Ho All rights reserved. http ://www.cnki.net
中国港湾建设 2019 年第 11 期 图 2 地基处理断面图 Fig. 2 Section of ground improvement 2） 降水联合堆载预压机理 降水预压法作为加固软黏土层的一种方法， 它适合于黏土层和透水层相连的情况，通过降低 透水层中的地下水位或水压，软黏土层中的孔隙 水压力也随之开始降低，在土层总应力不变的情 况下，有效应力相应提高[8]，加固机理见图 3。图 3 中阴影部分为降低透水层中地下水位后，土层 最终所增加的有效应力，可见回填砂中水位每降 低 1.0 m 就会对下卧软土地基增加 10 kPa 预压荷 载。同时，在深厚软基中设置砂井或排水板等竖 向排水通道，将软土中水挤压排入砂层，最终通 过砂层中设置的深埋管井将水排出。 3） 饱和回填砂降水密实机理 水向上渗透时会引起管涌、流土、接触流土 和接触冲刷等渗透破坏，相反，水自上而下渗透 时，渗流对每个土颗粒有推动、摩擦和拖曳的作 用力，这种拖曳力即为渗透力，当渗透力作用向 下时对砂土有显著的密实作用。渗透力为水力坡 降与水的重度乘积，当水垂直下渗时，水力坡降 为 1.0，单位渗透力为水的重度。在回填砂中设置 管井排水系统，利用水泵将回填砂中自由水从砂 层底部抽出，使回填砂中水自上而下形成渗流， 形成渗流力密实回填砂。管井降水密实饱和回填 砂机理见图 4。 采用该技术要求待密实饱和回填砂的含泥 量≤10%，渗透系数≥10-3 cm/s，降水井的底标高 宜低于待密实砂层的底标高 6 m 以下。 4） 饱和回填砂及深厚软土地基同步加固技术 降水密实饱和回填砂及降水超载预压处理深 层软土地基可同时同步开展，既节约造价又节约 工期。实现密实饱和回填砂和加固深层软土地基 同步技术需要 2 个前提条件，一是提前设置竖向 排水系统（塑料排水带或排水砂井），排水系统须 注：1—降水井；2—塑料排水板 圆筒区 岛内区 圆筒区 PVD@1 000 原状软土 2 -5.0 -16.0 +5.0 1 1 回填中粗砂 1 1 图 3 降低地下水位和增加有效应力 Fig. 3 Dewatering and increasing effective stress 图 4 管井降水密实饱和回填砂机理图 Fig. 4 Compaction mechanism of saturated backfilling sand by pipe well 软黏土 降水后水位 降水漏斗 回填砂 降水 渗透 降水井抽排水 降水前水位 回填砂 原水位 +5.0 ≈-16.0 原状 软土 原水压力 降水后 水压力 排水板 降低后水位 +0.0 有效应力 总应力 · ·54
2019年第11期李建字，等：饱和回填砂及深厚软土地基同步加周技术在港珠澳大桥人工岛中的应用 .55 穿透深厚回填砂及深层软黏土，所以竖向排水系 岛内区降水井间距30m,正方形布置，四口降水 统须且备穿透能力强、打设深度深的特点：二是 井中心布置一口观测井，降水井及观测井布置见 合理设置降水井的间距，使回填砂中的水位近似 图5。观测井水位观测结果见图6， 回填砂原水 竖直下渗。 位-5.0m,降水36d达到设计要求水位-16.0m 3地基处理加固效果（以西人工岛为例） 降水速率约0.3md。达到设计降深后，维持设计 3.1水位、沉降及孔被水压力监测 要求水位的抽水量较小，后期主要抽排下卧软土 圆筒和连接圆筒的隔仓各布置一口降水井 中“挤压 水以及钢圆筒围堰渗水（锁口渗水）。 X·099999g999o00oo0999 · Q0000000000000000090008059 注：1降水井：2一现测并 图5降水井平面布置图 Fig.5 Plan of dewatering well 磁环设置的初始标高分别为-17.0m、-20.0m 2040 60 8010120 -23.0m、-26.0m、-29.0m、-32.0m、-35.0m -38.0m、-41.0m,分别定名为19号磁环，各 磁环监刷沉降见图815号磁环外干数+中沉路 量较大 平均每米沉降率为13% 6-7号磁环处 于粉质黏土或黏土中沉降量較小，平均每米沉路 率为1%-3%，8号磁环处于底部黏土层且未设置 排水板.平均每米沉隆名仅0.5修.9号磁环外于 图6水位观测结果 黏土与底部砂层交界处 沉降可忽略。 分层沉降 Fig.6 Water level observation resul 表明软土加固效果显著.同时深层黏土及粉质黏 人工岛填筑至-5.0m完成塑料排水板的施 土在超大预压荷载下设置排水通道是有一定排水 工后设置沉降盘，监测后期堆载及降水期间的沉 周结作用的。最下部密实沙即在大荷载作用下 路。插板期间平均沉隆613mm.堆载及隆水期间 也未见沉降 沉降见图7，监测数据表明堆载及降水期间沉除 1486-2278mm,平均1828mm,地基总体平均 50 150 2020 沉降为2441mm,卸载前一周平均沉降速率 2.0mmd,三点法、双曲线法和ASAOKA法推算 的沉降固结度均> 909 后残余沉降<20cm 施工期消除沉降效果显著。插板后开始分级堆载 分级堆载50d后开始降水，降水36d达到设计 20m 降深，即86d达到满载.图7可见分级堆载及降 2500 水期间(086d)沉降速率最快，满载后沉降速率 逐步降低并收敛。人工岛布置9组分层沉降，9 图7沉降随时间变化曲线 组沉降规律相近，选择其中1组进行分析，沉隆 Fig.7 Settlement change with time C)1994-2019 China Academie Joural Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.net
2019 年第 11 期 图 6 水位观测结果 Fig. 6 Water level observation result 图 5 降水井平面布置图 Fig. 5 Plan of dewatering well 图 7 沉降随时间变化曲线 Fig. 7 Settlement change with time 穿透深厚回填砂及深层软黏土，所以竖向排水系 统须具备穿透能力强、打设深度深的特点；二是 合理设置降水井的间距，使回填砂中的水位近似 竖直下渗。 3 地基处理加固效果（以西人工岛为例） 3.1 水位、沉降及孔隙水压力监测 圆筒和连接圆筒的隔仓各布置一口降水井， 岛内区降水井间距 30 m，正方形布置，四口降水 井中心布置一口观测井，降水井及观测井布置见 图 5。观测井水位观测结果见图 6，回填砂原水 位-5.0 m，降水 36 d 达到设计要求水位-16.0 m， 降水速率约 0.3 m/d。达到设计降深后，维持设计 要求水位的抽水量较小，后期主要抽排下卧软土 中“挤压”水以及钢圆筒围堰渗水（锁口渗水）。 人工岛填筑至-5.0 m 完成塑料排水板的施 工后设置沉降盘，监测后期堆载及降水期间的沉 降。插板期间平均沉降 613 mm，堆载及降水期间 沉降见图 7，监测数据表明堆载及降水期间沉降 1 486~2 278 mm，平均 1 828 mm，地基总体平均 沉降为 2 441 mm，卸载前一周平均沉降速率 90%，工后残余沉降 < 20 cm， 施工期消除沉降效果显著。插板后开始分级堆载， 分级堆载 50 d 后开始降水，降水 36 d 达到设计 降深，即 86 d 达到满载，图 7 可见分级堆载及降 水期间（0~86 d）沉降速率最快，满载后沉降速率 逐步降低并收敛。人工岛布置 9 组分层沉降，9 组沉降规律相近，选择其中 1 组进行分析，沉降 磁环设置的初始标高分别为-17.0 m、-20.0 m、 -23.0 m、-26.0 m、-29.0 m、-32.0 m、-35.0 m、 -38.0 m、-41.0 m，分别定名为 1~9 号磁环，各 磁环监测沉降见图 8，1~5 号磁环处于软土中沉降 量较大，平均每米沉降率为 13%，6~7 号磁环处 于粉质黏土或黏土中沉降量较小，平均每米沉降 率为 1%~3%，8 号磁环处于底部黏土层且未设置 排水板，平均每米沉降率仅 0.5%，9 号磁环处于 黏土与底部砂层交界处，沉降可忽略。分层沉降 表明软土加固效果显著，同时深层黏土及粉质黏 土在超大预压荷载下设置排水通道是有一定排水 固结作用的。最下部密实砂即使在大荷载作用下， 也未见沉降。 注：1—降水井；2—观测井 1 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 水 位/m 时间/d 0 806020 12040 100 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 沉 降/m m 时间/d 0 50 100 150 200 250 CJ-6 CJ-5 CJ-4 CJ-3 CJ-2 CJ-1 李建宇，等：饱和回填砂及深厚软土地基同步加固技术在港珠澳大桥人工岛中的应用 · ·55
·56 中国港湾建设 2019年第11期 时间A 载至+5.0m,孔隙水压力又逐渐增加，随后降水 100 150 210 25 使孔压再次快速降低，降水维持设计水位-16.0m 后，孔压进一步缓慢降低，为软土中超静孔隙水 压力消散过程。直至最终收敛 3.2标准贯入(SPT)检测 人工岛地基处理后进行了9组SPT试验，其 检测结果规律相近，选择其中1组进行分析，SP叮 200m 检测结果见图10。未降水处理的回填砂标贯击数 平均约10击，而降水处理后的回填砂标贯击数约 图8分层沉降随时间变化曲线 28击，降水密实饱和回填砂效果显著。原状软士 Fig.8 Layered settlement change with time 标贯去数为0经大超载比降水联合雄栽预压外 分层沉降埋设的同时安装孔压探头，人工岛 理后，标贯击数平均达7击，软土由流塑状变为 可塑状，加周效果显著。 布置9组孔压监测设备，其孔压消散规律相近， 选择其中1组进行分析，孔压探头设置的初始标 标布斑入击数N 高分别为-17.5m、 25 30 -20.0m -23.0m -9.0m 回填未降水】 -32.0m、-35.0m、-37.5m,各探头监测孔压见 图9。 同填（降水） 软土（座水联合排我预压） 350 图10标准贯入检测结果 Fig.10 Result of SPT test 50 150 200 33室内土工试验 人工岛地基处理后取土样进行室内土工试验 图9孔压随时间变化曲线 Fig.9 water pressure change with tim 试验结果见表3。软土经地基处理后含水量、孔 欧比、塑性指数和液性指数明显降低。密度、剪 初始孔压瞬时降低，然后增大，约30d后又 切强度以及压缩模量明显增加，表明软土地 逐渐降低，并最终稳定。原因在于筑岛至-5.0 固效果明显，流塑状软土加固成为可塑黏土： 深 插排水板。 导致先前从-16.0m填筑砂荷载产生的 层黏土含水量、孔隙比和塑性指数有所降低但不 超静孔隙水压力快速消散，当插板完成后分级堆 明显，强度指标增加明显但变形指标基本不变。 表3土工试验结果表 Table 3 Results of laboratory tests 上的物理性质 界限含水率 直快的 项目 度孔比。 性指效黏 摩擦角 553 2.7 1.67 151 53.9 26.7 272 1.0 19.1 3.1 31.91.7 401 2.7 1.80 1.10 499259 240 0.6 24.56.758.242 15.2 0.0 0.13 -042-4008 -32-0554 3.626.42.5 30.7 2.7 1.89 08739.920.71930.5 34.615067.76.3 27.72.7 0.7734.319.115.2 0.3 43.216311166.3 变化量3.00.0 0.05 -0.10-66-2.6 4.1 0.0 8.71543.900 (C)1994-2019 China A 21 All rights reserved ://www.cnki.net
中国港湾建设 2019 年第 11 期 图 8 分层沉降随时间变化曲线 Fig. 8 Layered settlement change with time 表 3 土工试验结果表 Table 3 Results of laboratory tests 项目 直剪快剪 无侧限压 缩 qu /kPa 压缩模量 Es 湿密度 /MPa ρ/ （g·cm-3） 黏聚力 C/ kPa 摩擦角 φ/ （°） 软 土 1.67 19.1 3.1 31.9 1.7 1.80 24.5 6.7 58.2 4.2 0.13 5.4 3.6 26.4 2.5 黏 土 1.89 34.6 15.0 67.7 6.3 1.94 43.2 16.5 111.6 6.3 0.05 8.7 1.5 43.9 0.0 孔隙比 e 1.51 1.10 -0.42 0.87 0.77 -0.10 界限含水率 液限 WL /% 塑限 WP /% 塑性指数 IP /% 液性指数 IL 53.9 26.7 27.2 1.0 49.9 25.9 24.0 0.6 -4.0 -0.8 -3.2 -0.5 39.9 20.7 19.3 0.5 34.3 19.1 15.2 0.5 -6.6 -2.6 -4.1 0.0 加固前 加固后 变化量 加固前 加固后 变化量 土的物理性质 含水率 W/% 比重 Gs 55.3 2.7 40.1 2.7 15.2 0.0 30.7 2.7 27.7 2.7 3.0 0.0 分层沉降埋设的同时安装孔压探头，人工岛 布置 9 组孔压监测设备，其孔压消散规律相近， 选择其中 1 组进行分析，孔压探头设置的初始标 高分别为-17.5 m、-20.0 m、-23.0 m、-29.0 m、 -32.0 m、-35.0 m、-37.5 m，各探头监测孔压见 图9。 初始孔压瞬时降低，然后增大，约 30 d 后又 逐渐降低，并最终稳定。原因在于筑岛至-5.0 m 插排水板，导致先前从-16.0 m 填筑砂荷载产生的 超静孔隙水压力快速消散，当插板完成后分级堆 载至+5.0 m，孔隙水压力又逐渐增加，随后降水 使孔压再次快速降低，降水维持设计水位 -16.0 m 后，孔压进一步缓慢降低，为软土中超静孔隙水 压力消散过程，直至最终收敛。 3.2 标准贯入（SPT）检测 人工岛地基处理后进行了 9 组 SPT 试验，其 检测结果规律相近，选择其中 1 组进行分析，SPT 检测结果见图 10。未降水处理的回填砂标贯击数 平均约 10 击，而降水处理后的回填砂标贯击数约 28 击，降水密实饱和回填砂效果显著。原状软土 标贯击数为 0，经大超载比降水联合堆载预压处 理后，标贯击数平均达 7 击，软土由流塑状变为 可塑状，加固效果显著。 3.3 室内土工试验 人工岛地基处理后取土样进行室内土工试验， 试验结果见表 3。软土经地基处理后含水量、孔 隙比、塑性指数和液性指数明显降低，密度、剪 切强度以及压缩模量明显增加，表明软土地基加 固效果明显，流塑状软土加固成为可塑黏土；深 层黏土含水量、孔隙比和塑性指数有所降低但不 明显，强度指标增加明显但变形指标基本不变。 0 400 800 1 200 1 600 2 000 分 层 沉 降/m m 时间/d 0 50 150 200 250100 -32.0 m -29.0 m -26.0 m -23.0 m -20.0 m -17.0 m 图 9 孔压随时间变化曲线 Fig. 9 Pore water pressure change with time 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 孔 隙 水 压/kPa 时间/d 0 50 100 150 200 -35.0 m -32.0 m -29.0 m -23.0 m -20.0 m -17.5 m -37.5 m 图 10 标准贯入检测结果 Fig. 10 Result of SPT test 软土（降水联合堆载预压） 回填砂（降水） 回填砂（未降水） 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20 -22 -24 -26 标 高/m 标准贯入击数 N/击 1510 30 200 5 25 35 · ·56
2019年第11期李建字，等：饱和回填砂及深厚软土地基同步加周技术在港珠澳大桥人工岛中的应用 .57 4结语 Pm.201:17-20 )创新提出的深井降水密实回填砂和同步加 老爽大桥岛经工程设计施工关健技道建设 固深厚软土的地基处理技术，即饱和回填砂以及 2014 341 深厚软土地基同步加固技术，在港珠澳大桥岛隧 人工岛工程中获得成功应用。饱和回填砂经降水 eion.2014.34 密实后标贯击数由10击增加至28击.回填砂由 6263 松散加固到中密。回填砂下卧软土经降水联合堆 3引林鸣.聚桁.刘晓东，等.海上挤密沙桩工法及其在港珠澳大桥 载预压处理，标贯击数由0击增加至7击，液性 岛隧工程中的应用聊中国港湾建设，202.32(4)：72-7. 指数由1.0降低为0.6，由流塑状软土变为可塑 LIN Ming.LIANG Heng.LIU Xiao-dong.et al.Method for con- struction of offshore sand compaction piles and its application fo 黏十。 d and tunnel project for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J 2)饱和回填砂及深厚软土地基同步加周技 Chin 术，适用于回填砂层与待加固软土层相连的情况 人工建岛庙工关健技术 要求回填砂具备较好的渗透性，回填砂一般为中 6:0 粗砂。日含泥最一般要求小于10%。 tifcial island in Honekene-Zhuhai-Maca 3》以塑料排水板作为排水通道的降水预压方 .2015.44⑥：04-10m.12. 案地基加固效果好，工程造价低，工期短。人工 )孙洪春，张换，港珠澳大桥东人工岛工程深厚软基处理综合技 岛在降水预压过程中，外部水压力指向岛内，保 术利中国港湾建设.2015.35(11)：15-19. 证了岛壁结构的稳定性。与原案相比，取消了砂 SUN Hong-chun.ZHANG Huan.Drep sof foundation trr 桩复合地基以及回填砂振冲密实 大大节约 Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[JL China Harour Engineering. 程造价。同时，同步加周技术可同时密实回填砂 和处理下部软土地基，节约了工期。地基处理后 015.351y15-l9 博，张换外询 餐厚软土地基超深塑料排水 人工岛总体工后沉降可控制在20m之内，使得 沉管隧道岛上段部分具备采用预压后的“天然 SUN H 基”的条件。 饱和回填砂及深厚软土地基同步加固技术在 .20153574-76 港珠澳大桥人工岛中的成功应用可为深中通道等 刀马旭，冀晋，陈三洋港味澳大桥丙人工岛超厚回填砂上超长围 类似工程提供经验 塑科排水板打设工艺八公路，2018,63(8,1-5. 参考文献： MA Xu.JI Jin,CHEN San-vang.Constrction technologies of the 刘晓东港珠澳大桥总体设计与技术挑战Cy冲国海洋工程号 extra long plastie drair e plat on the super thick backfilled sand 会.第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集，北京：海 of the west artificial island of the Hongkong-Zhuhai-Macao link 洋出版社，2011：17- d tM Beijing Ch (C)1994-2019 China Academie Joumnal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/www.enki.ne
2019 年第 11 期 4 结语 1） 创新提出的深井降水密实回填砂和同步加 固深厚软土的地基处理技术，即饱和回填砂以及 深厚软土地基同步加固技术，在港珠澳大桥岛隧 人工岛工程中获得成功应用。饱和回填砂经降水 密实后标贯击数由 10 击增加至 28 击，回填砂由 松散加固到中密。回填砂下卧软土经降水联合堆 载预压处理，标贯击数由 0 击增加至 7 击，液性 指数由 1.0 降低为 0.6，由流塑状软土变为可塑 黏土。 2） 饱和回填砂及深厚软土地基同步加固技 术，适用于回填砂层与待加固软土层相连的情况， 要求回填砂具备较好的渗透性，回填砂一般为中 粗砂，且含泥量一般要求小于 10%。 3） 以塑料排水板作为排水通道的降水预压方 案地基加固效果好，工程造价低，工期短。人工 岛在降水预压过程中，外部水压力指向岛内，保 证了岛壁结构的稳定性。与原案相比，取消了砂 桩复合地基以及回填砂振冲密实，大大节约了工 程造价。同时，同步加固技术可同时密实回填砂 和处理下部软土地基，节约了工期。地基处理后 人工岛总体工后沉降可控制在 20 cm 之内，使得 沉管隧道岛上段部分具备采用预压后的“天然地 基”的条件。 饱和回填砂及深厚软土地基同步加固技术在 港珠澳大桥人工岛中的成功应用可为深中通道等 类似工程提供经验。 参考文献： [1] 刘晓东. 港珠澳大桥总体设计与技术挑战[C]//中国海洋工程学 会. 第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集. 北京：海 洋出版社，2011：17-20. LIU Xiao-dong. Overall design and technical challenges of HZMB [C]//China Ocean Engineering Society. Proceedings of the 15th China ocean (coastal) engineering symposium. Beijing: China Ocean Press, 2011: 17-20. [2] 尹海卿. 港珠澳大桥岛隧工程设计施工关键技术[J]. 隧道建设， 2014，34（1）：62-63. YIN Hai-qing. Key technologies applied in design and construction of artificial islands and immersed tunnel of Hongkong -Zhuhai - Macau Bridge(HZMB) project[J]. Tunnel Construction, 2014, 34(1): 62-63. [3] 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，2012，32（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, 32(4): 72-77. [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，2015，44（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, 44(6)：104-107, 122. [5] 孙洪春，张焕. 港珠澳大桥东人工岛工程深厚软基处理综合技 术[J]. 中国港湾建设，2015，35（11）：15-19. SUN Hong -chun, ZHANG Huan. Deep soft foundation treatment comprehensive technology in east artificialisland project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J]. China Harbour Engineering, 2015, 35(11): 15-19. [6] 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. [7] 马旭，冀晋，陈三洋. 港珠澳大桥西人工岛超厚回填砂上超长度 塑料排水板打设工艺[J]. 公路，2018，63(8):1-5. MA Xu, JI Jin, CHEN San-yang. Construction technologies of the extra long plastic drainage plates on the super thick backfilled sand of the west artificial island of the Hongkong -Zhuhai -Macao link project[J]. Highway, 2018, 63(8): 1-5. [8] 龚晓南. 地基处理手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2008. GONG Xiao-nan. Manual of foundation treatment[M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2008. 李建宇，等：饱和回填砂及深厚软土地基同步加固技术在港珠澳大桥人工岛中的应用 · ·57