重力式码头抛石基床的水下灌浆处理加固.pdf

1、第10卷 第 4期 中 国 水 运 Vol.10 No.4 2010年 4 月 China Water Transport April 2010 收稿日期： 2010-03-09 作者简介： 詹小玲（1976-） ，女，厦门港水运工程质量安全监督站工程师，主要从事水运工程质量监督。 T h F5 /9) F%Sl * 0 S_y0 摘 要： 压力灌浆工艺作为一种成熟的陆上地基加固处理方法，通过合理配制水下不分散水泥砂浆、改进水下灌浆设备和施工方法，并对水下加固体进行密封处理等技术措施，可以在水下环境中成功应用，对重力式码头的抛石基床进行加固效果良好，方法可靠。 关键词： 抛石基床；水下灌浆；加

2、固 中图分类号：TV543 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（201 0）04-0120-03 一、概述 厦门港海沧港区 7#泊位为 7 万吨级散货泊位，水工主体结构为带卸荷板的沉箱重力式，码头岸线长325m，码头前沿顶高程为+7.5m（厦门理论最低潮面，下同） 。为适应船舶大型化发展的趋势及充分发挥港口深水岸线的投资效益，提高码头靠泊能力、实施技术改造显得十分必要，技改内容包括对原码头的系靠船设施和前沿水域进行改造。前沿水域改造后港池从-15.3 m浚深至-17.5m，抛石基床形式由暗基床变为明基床。根据设计要求必须对改造后裸露的沉箱前趾外侧基床进行理坡压浆加固，目的是通过在新抛

3、填的基床中浇筑、填充C25水下不离析砂浆，使基床中松散的块石得以胶结，从而使抛石基床的坡肩得以加固，满足码头基床的受力要求。 二、技术方案选定 码头前沿水域浚深后要确保码头抗倾、抗滑的稳定性，若采用加大断面的方法，只能在基床外侧加抛块石，这又将影响靠泊等级提高后的船舶船体与基床边坡之间的安全距离。 因此，根据工程实际经验，在原地对抛石基床进行压力灌浆、浆材选用水泥砂浆的方法在技术上是可行的；水泥砂浆容易取得，分段流水施工的工期能满足要求，所以在经济上也是合理的。 图1 码头抛石基床坡肩加固断面图 mA s9F% ub三、加固机理 灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理，通过灌浆管把浆液均匀地注入

4、地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分、空气后占据其位置，经一定时间后， 浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、化学稳定性良好的“结石体” 。 灌浆法在我国煤炭、冶金、水电、建筑、交通和铁道等部门都进行了广泛使用，并取得了良好的效果。它不仅在新建工程、而且在改建和扩建工程中都有其广泛的应用领域。在本工程实践中，通过对灌浆目标的特性、水力条件和周围环境进行详细调查和分析，采取一定的技术改进措施，将陆上压力灌浆工艺引入水下施工环境，在重力式码头的抛石基床加固中得以成功应用。 四、设计计算 9S根据设计要求，在基床肩部注入高强度不离析砂浆后，

5、要求基床抛石与砂浆胶结充分，灌浆后的结合体需通过钻孔取芯做抗压强度检测，砂浆与岩石结合体的 28 天抗压强度不小于10Mpa。 S本工程共325m长的码头抛石基床。 1 !9与陆上高压灌浆不同的是，在实施水下灌浆的过程中必须考虑到码头前沿涨、退潮时的流速及水深的影响，防止注入的浆液被随水流流失；同时因抛石基床上有较多的淤泥沉积，要保证浆液能充分注入并填充在抛石间，必须具备足够的流动性和黏稠度，因此水下砂浆的配合比设计时主要考虑砂浆的强度、流动性和黏稠度满足设计和施工要求。 砂浆配制时按水泥用量 3%的比例掺入 UWB-型水下不分散混凝土絮凝剂，以保证浆液的抗分散性能、塌落度保持性和流动性。 根

6、据设计要求在实验室试配的C25水下不离析砂浆配合比为：1：2.13：2.13：0.07，即每立方米砂浆中海水、 P.O 42.5R水泥、 细砂、 絮凝剂的重量分别为400kg、850kg、850kg、27kg。 AYaG d#9 浆液扩散半径是个重要参数，它对灌浆工程量及先进集体且有重要影响，如果选用不当，将降低灌浆效果甚至导致灌浆失败，为确定灌浆率、灌浆量和灌浆压力等参数，保证水下灌浆的顺利进行，在正式施工前进行了陆上灌浆模拟试验。 灌浆试验在陆上开挖的基坑中进行， 基坑长5m、 宽3m、深3m，用单个重量在40kg100kg的块石填满后注满水，抛石方量共约 38m3。为真实模拟水下抛石基床

7、环境，抛填第4期 詹小玲：重力式码头抛石基床的水下灌浆处理加固 121 石料时混合一定量的泥砂。 在抛石体中设置50 预埋孔 5 个，间距 2m1m，呈三角形，孔深3m，预埋管长3.5m。水下不离析砂浆按设计配合比配制，采用2UB5型双缸活塞式泵压浆。模拟灌浆共施工5h，累计灌浆量12.5m3，灌浆率为32.9%，平均每小时压浆量 2.5m3，从灌浆开始至孔口开始冒浆时灌浆压力保持在0.10.6（Mpa）之间。 因工期紧迫，在灌浆后的第 15 天即进行了取芯检查，因砂浆龄期不足，钻取芯样无法进行抗压试验。但模拟灌浆试验的总体结果表明：灌浆后块石孔隙充浆饱满，砂浆在水下未离析且与块石胶结良好，灌

8、浆孔间距的布置与浆液的扩散半径相适应；灌浆过程顺利，浆液流动性和粘稠度满足施工要求。 五、水下灌浆施工 将高压灌浆工艺应用到水下环境， 除水下不离析砂浆的合理配制外，主要应解决的是如何在水下抛石体中形成完整的灌浆孔，并保证加固体的相对密封性，防止浆液被水流冲刷而流失。 方案初步考虑采用XY-1型工程钻机配备75钻杆，钻孔达基床底部后埋置 50 灌注管，灌注管高出抛石基床面300mm，灌 浆施工前由潜水员配合逐一将灰浆泵的输浆管与灌注管连接。 5Z F 在对港池实施浚深后， 原有暗基床坡肩暴露成为明基床，经潜水员实地探摸检查发现，水下基床肩部抛石有部分被挖除或坍塌，沉箱前趾部分悬空。因此在实施灌

9、浆前对基床坡肩补抛40kg60kg大小的块石， 并由潜水员配合进行理坡，直至形成设计断面。理坡完毕后采用高压水枪将抛石基床冲洗干净，尽量减少水下淤泥对浆液流动的不利影响。 r理坡完毕后即开始铺设土工布，为保证密封性土工布须具备一定的强度和厚度，施工中采用230g/m2的土工布。 铺设由水下潜水员进行操作，搭接长度不小于 500mm，保证拟加固的基床部位封闭。铺设同时采用砂袋叠压，砂袋数量充足，按纵向间距2m3m均匀分布，尤其是搭接部位须连续反压，确保有效抑制灌浆压力。 G d灌浆孔的平面布置主要考虑加固基床的宽度、厚度，确保砂浆能在抛石间填充饱满。根据陆上模拟试验灌浆效果，灌浆钻孔沿基床方向均

10、匀分布，平面布置呈“”形，孔距为2m，排距为1m，共2排。 抛石完成后进行钻孔并埋设灌注管在陆上模拟试验时可行， 但在实际水下施工时钻进成孔和灌注管埋设却非常困难，一是在抛石岩层中钻进速度缓慢；二是成孔后钻杆提升时容易塌孔，灌注管难以埋设；三是灌注管埋设好后与压浆泵的输浆管连接不方便，水下工作量非常大。鉴于以上原因，原定的钻孔灌浆方案必须作出调整。 经多次试验调整后，取消了钻孔埋设灌注管工序，在钻杆钻进至基床底标高时停钻，并直接利用钻杆作为灌浆管边灌浆边提升，大大简化了施工操作流程。施工时采用布设在200t铁驳上的4台XY-1型工程钻机配75钻杆，钻孔深度达基床底部，平均约2.5m。 图2 水

11、下灌浆钻孔平面布置图 9采用 350L 滚筒拌和机对不离析砂浆进行一次拌浆，施工时每次搅拌浆液0.25方， UBJ3型二层灰浆机进行二次拌浆，然后通过2UB5型双缸柱塞式灰浆泵加压，经输送管、钻杆灌注至抛石间隙。灌浆时应密切注意灌浆压力，当压力达到 0.5Mpa 时提升钻杆 300500mm，以保证砂浆分层充分灌注、填充在块石间。 按照初始配合比施工时输浆管经常会出现堵管现象，分析原因主要是砂浆配合比中细砂比例过大，且进场的河砂夹杂有块状颗粒，影响了浆液流动性。因此将砂浆的配合比调整为水：水泥：细砂：絮凝剂1：2.00：1.30：0.06，并对进场的砂料过筛分拣，清除较大的颗粒，较好的控制了灌

12、浆过程中堵管现象的发生。 图3 水下钻孔灌浆断面图 值得注意的是，钻孔灌浆应按照先内后外的顺序进行，即先施工靠近沉箱前趾的一排孔，待内侧逐一钻孔、灌浆完成后再回头施工外侧一排，这时因内侧灌浆加固的效果已经初步体现，在外侧钻孔时就可以大大减少抛石基床坡肩的坍塌，从而保证加固断面符合设计要求。 六、灌浆效果检查 _ZE施工完毕后采用潜水员水下探摸和钻孔取芯检查相结合，以了解灌浆加固后基床肩部的断面形状、混合体的强度等是否满足设计要求。 _T经潜水员水下逐断面探摸，灌浆后沉箱前趾下的悬空部分已全部充填饱满，基床肩部宽度和坡度满足设计要求。 钻孔取芯在水下灌浆全部完成后 35 天进行，取芯每60m检测

13、1点，共随机抽取了三点。从芯样外部状态看（图4） ，水下不离析砂浆在块石间充分填充，且与块石胶结良好，形成完整的结合体。 122 中 国 水 运 第10卷 表1 灌浆结合体芯样强度检测情况表 L=j“ I|!9 d . rF% a !9 .S .（上接第119页） 图8 结构上层板点压强包络图 （单位：kpa；椭圆开孔；H =0.15m；T=1.50s） 图9 结构上层板点压强包络图 （单位：kpa；椭圆开孔；H=0.15m；T=2.00s） 六、结论 本文重点对消浪板结构在不同波要素条件下的点压强和总力的大小以及分布规律进行了研究，并且将不同开孔形式下结构的点压强和总力进行比较，得出了以下规

14、律： 在点压强方面，由于波浪的波要素和结构形式的不同，导致了各个测点点压强值和分布规律有所不同。但是无论哪种开孔形式以及波要素下，上层板各测点上的压强最大值出现在静水面附近的测点（为 3#测点） 。向下随着入水深度的增加，点压强也有规律的减小；静水面以上的点压强也随着离静水面的距离增加而减小。 同时，由于波浪通过上层板的开孔进入到消浪板结构的箱室内之后进一步破碎，引起波动水体的能量集中，因而产生了很大的压强峰值。对于相同波高和周期情况下，以椭圆形开孔结构底层板上的点压强值最大，而且其点压强作用范围也最大，这就导致底层板受到的压力相对很大。这样，在考虑增大结构开孔率以便提高结构消能效果的同时也要考虑底层板的受力，在保证具有好的消能效果的同时，也能够满足结构的受力要求。 总力方面，通过对各个测点的点压强进行同步积分得到结构上层板受到的总力。经过分析研究，结构上受到的总力值的大小受到波高、波周期、相对板宽和波陡等波要素的影响。随着波高的增加，总力值也随之增大，而且在波高相同时，除个别情况外，随着波周期的增加，总力值随之减小。 参考文献 YBt = !9 .o !9 m Y . . | To/ Z . / . . : To/ Z ./ . .o/ Z .Sy ! . .| T : To/ Z ./ . ; .o T . . . v + + . 7 dh h? ?s . S/v .