林黎阳 牛飞 中张早如

摘 要：南方某重力式沉箱结构码头，原设计块石基床采用锤夯密实，由于该码头下穿某高铁隧道，考虑隧道的安全性，此工程与下穿高铁隧道交叉段（涉铁段）基床施工采用灌浆密实方案，此方案不产生任何振动或夯击能量，避免了锤夯或振动基床施工可能对下方隧道结构的影响。通过对该段码头沉降数据的监测分析，涉铁段基床灌浆取得了良好的加固密实效果。

关键词：基床灌浆 加固 重力式 沉箱结构 涉铁

1.概况

南方某采用不带卸荷板沉箱结构的重力式码头，前沿底标高-12.8m，码头基础采用全风化及强风化泥质粉砂岩层做结构持力层，基床采用10～100kg块石，分层锤夯密实。码头岸线459m，共设置25个沉箱，采用平接方式安装，沉箱单重1540t，底宽11.2m（含前趾長），长度19.885m，高14.3m，趾长1m，纵横向分隔数为5×2，单个沉箱重1540t，箱格内回填砂。沉箱后回填抛石棱体，顶宽2m，顶高程与沉箱同高为1.5m，棱体后依次设二片石垫层、混合倒滤层及土工布，棱体后方到码头前沿40m范围内回填砂并振冲密实。（见图1）

高铁隧道在码头正下方穿过，码头涉铁段长度160m，取整后为7#～#14沉箱，码头基础与隧道顶面最近处垂直距离25.8m，且均为岩层。据铁路系统某研究院评估结论：“针对码头地基夯实施工方案所产生的振动对下方隧道的影响，以工程地质条件相近的南方某港口新建工程地基处理实测研究成果为基础，用类比方法对本工程隧道处的振动强度进行了预测，就振动速度、加速度及位移而言，基床锤夯对下方隧道结构安全影响不大。但考虑高铁隧道的安全性建议工程该段基床施工采用灌浆方案，进一步减少基床施工对下方隧道结构的影响。”

在此背景下，急需一个能满足铁路部门要求的工程方案。经调研了解，国内外常规的基床夯实主要为锤夯密实及爆破夯实，爆夯不能用于此项目，锤夯需天窗期施工，均不可行。基床若不夯实工程质量将不符合规范要求，而采用沉箱压载方式，工期又需增长半年以上，对业主的繁忙的业务造成较大影响不可行。而水利工程中的升浆基床采用预埋导管，将水泥砂浆灌入基床内的方式可减少基床的沉降量，在船坞、水利大坝等工程中均有应用。为减少本码头建设对高铁的影响，使本码头工程顺利实施，通过论证、调研、比选等方式，形成基床灌浆关键技术研究成果，为类似工程的实施提供借鉴。

2.灌浆方案

2.1基床灌浆目的

灌浆法由于加固效果显著、施工设备简单、施工迅速和工程造价低廉等优点在陆上地基处理中得到广泛使用。本工程拟通过对灌浆目标及施工条件等进行分析，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进行应用。

基床灌浆是通过灌浆管在已安装完沉箱的抛石基床空隙内压注水泥砂浆，水泥砂浆凝固后和级配块石形成一定强度的固结体，增加基床整体强度和稳定性，减小基床本身的沉降量，控制沉箱基础沉降达到规范要求。由于地基承载力可满足设计要求，因此对基床进行灌浆处理的目的仅是增加其密实度，减少使用期的残余沉降。

2.2施工工艺

通过对本项目实际情况的分析及对类似工程案例的研究，拟对涉铁段（7#～#14）共计8个沉箱的抛石基床采用灌浆加固工艺，沉箱预制时这8件沉箱预埋直径130mm的钢管作为后期灌浆通道，安装沉箱后通过预埋钢管对基床进行灌浆密实的工艺处理基床，此方案不产生任何振动或夯击能量，从而避免了锤夯或爆破振动有可能对隧道产生的隐患。为尽量减少灌浆后沉降，基床灌浆需在对应沉箱安放且该沉箱内填砂全部完成后进行。其余非涉铁段沉箱基床采用传统的锤夯工艺进行密实，分层夯实厚度不超过2m，夯沉率为10%。

工艺流程：抛石基床施工→沉箱安装→沉箱内回填砂→施工平台搭设→施工设备就位→钻孔→混凝土搅拌船制备砂浆→灌浆施工→浆面观测→施工结束起拔压浆管。

工序安排：先进行基床灌浆与两边过渡段（6#、15#沉箱）基床的夯实处理，然后再进行灌浆段的施工。

注浆孔布置：每个沉箱设置18个注浆孔，分3排设置在壁板节点。预制沉箱时在隔墙内分别预埋注浆管，注浆管采用内径为130 mm钢管，由于沉箱高度较大，因此沉箱隔墙内预埋管的垂直度应严格控制（要求垂直度偏差不大于0.1%），确保钻机顺利下钻。

灌浆施工：灌浆压力暂定 0.3 ～ 1.0MPa。基床灌浆时，砂浆经搅拌站生产后泵送至储浆槽，再由3台砂浆泵连接软管压入注浆管内，通过预埋钢管注入基床块石空隙中。压浆过程中，密切注意灌浆压力，当压力上升，同时出现浆液压不下去时，将压浆管提升20cm 继续压浆，依次循环，直至压浆管提至基床顶面浆液压不下去为止，以保证砂浆由底到顶充分灌注、填充在块石间。在相应部位施工中，采用潜水员水下探摸检查，沉箱四周基床表面有砂浆溢出，基床空隙浆液充填饱满。升浆结束起拔注浆管，并转至下一个施工区域。需注意的是灌浆施工时尽可能选择平潮时段进行。

2.3防漏浆措施

为保证砂浆水下灌注时，不发生漏浆而导致升浆不饱满，需采用土工布进行全方位的包裹：a、沉箱后侧基床坡面增加铺设土工布包裹，并压入沉箱底部1m，抛石坡脚延长1m；b、各沉箱安装接缝处的基床顶面增加铺设土工布，土工布宽度2m，以安装缝为中心各压入沉箱底部1m；c、7#沉箱与6#沉箱的基床分界处，14#沉箱与15#沉箱的基床分界处，分别增加铺设隔离土工布，铺设方式同沉箱后侧基床坡面土工布；d、土工布上方抛石或抛砂压盖，防治浆压过大而漏浆；e、灌浆过程中注意观察浆液面上升情况，并派潜水员下水检查，如发现漏浆点，利用砂袋、土工布进行水下封堵处理。

3.试验研究

3.1灌浆段基床石料空隙率试验及规格优化

原设计基床抛石规格10～100kg块石。为保证砂浆在水下石料缝隙中流动充盈适宜，并且不易离析，石料需有较佳空隙率。经调研，大连船舶重工海洋工程、大连中远6万吨级船坞、大连新船重工30万吨级大坞、大连小坞工程、葫芦岛渤船大坞、三亚船坞等，升浆块石粒径大多为8～20cm左右，同时按照《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）中要求，升浆块石空隙率应在40%以上。

块石空隙率试验：选用拟进行灌浆段基床抛石的8～20cm块石进行空隙率试验，并计算设计灌浆量，辅助控制基床升浆质量。

采用水填充块石空隙的方法计算块石空隙率：选用一个箱子，先用块石填满箱子，再往箱子空隙中注满水，用空隙水体积除以箱子容积，即得到块石空隙率。共进行3次试验，空隙率结果分别为42.0%、41.2%、41.9%，相差较小，说明试验结果具有较高的准确性，三次结果平均值41.7%，则该8～20cm块石空隙率约为41.7%，满足水运工程质量检验标准要求。

根据试验情况对灌浆段基床石料规格由10～100kg块石变更优化为8～20cm块石；灌浆量按空隙率41.7%进行设计估算。

3.2砂浆配合比试验

灌浆砂浆采用某工程实例的配合比进行试配，砂浆要求及配合比如下：砂浆流动度为（18±2）s；砂浆膨胀率0.5%～1%；初凝时间为12～14h，终凝时间小于23.5h；砂浆28天抗压强度≥20Mpa。经过现场砂浆配合比试验，检测砂浆流动度，观查砂浆是否离析，并检测符合要求的配合比的7天强度（大于30Mpa）、24小时膨胀率（0.6%）及凝结时间（初凝13h，终凝15h），得到的符合设计要求砂浆配合比如表1。

水：水泥：砂：减水剂：膨胀剂=0.43：1：1：0.008：0.010。 根据试验情况，按此配合比生产的砂浆流动性较好，性能较稳定，在水中具有较好的抗离析性能，满足设计要求和现场施工需要。

因基床灌浆所用砂浆具有较高的流动性，中粗砂颗粒重量较大，在高流动性的砂浆中容易下沉，造成砂浆离析。因此灌浆砂浆应使用粒径不大于2.5mm的细砂，禁止使用中粗砂，细度模数1.6～2.2。

4.灌浆效果

施工完成后，为检验灌浆效果，从2个方面进行分析： （1）通过施工中灌入基床的水泥砂浆用量与抛石基床空隙率的比较推断浆液是否充填饱满；在浆液不外流的条件下，灌浆总量应达到对应沉箱基床抛石总量的40%以上。（2）通过对沉箱的沉降观测数值检验是否符合设计要求；设计要求灌浆结束至沉箱后方回填完期间累计沉降值不大于100mm。

4.1灌浆量统计

表2中设计灌浆量按41.7%计算，从表中实际灌浆总量可计算为41.9%，与设计基本吻合，证明灌浆效果良好。

4.2沉降观测结果

从沉箱安装后经历一个潮水开始对沉箱沉降进行观测，每周观测2～3次。相应的施工时间段如下：1）7#～14#沉箱在安装3～5月后进行了灌浆施工，灌浆前均已完成沉箱内回填砂施工；2）7#～14#沉箱在基床灌浆施工2～3月后进行胸墙施工；3）7#～14#沉箱在基床灌浆施工后6个月后沉降稳定。观测结果详见表3。

从表3中可以看出，经过灌浆灌浆后沉箱的沉降量很小（2.0～4.0mm），后经过胸墙等上部结构施工、加载，沉降量增大，但也控制在25mm之内，满足设计要求不大于100mm，灌浆加固效果较好。

5.结语

（1）7#～14#沉箱基床实际灌浆总量41.9%，与设计41.7%基本吻合，证明灌浆效果良好。

（2）7#～14#每个沉箱基床的实际灌浆量与设计灌浆量差异较大，首先是因为每个沉箱基床抛石厚度即抛石量不同，其次7#～14#沉箱之间每个沉箱基床分界处没有铺设隔离土工布，在进行其中某个沉箱基床灌浆时，水泥砂浆会渗入周边沉箱基床中，灌浆量受灌浆施工顺序的影响较大。

（3）7#～14#沉箱在基床灌浆施工后到上部结构施工完成直至沉降稳定累计沉降量为13.5～20.8mm，平均沉降量为18.2mm，灌浆后总沉降量未超过设计沉降量100mm，灌浆加固效果良好。

（4）7#～14#沉箱自安装到上部结构施工完成直至沉降稳定后累计沉降量为136.8～229.5mm，平均沉降量为179.1mm，灌浆段基床抛石整平时预留25cm沉降量是合适的，不同沉箱之间沉降量差异可通过胸墙底层、面层施工时进行标高调整，确保码头面平整。

（5）7#～14#沉箱在基床灌浆后胸墙施工前沉降量很小（2.0～4.0mm），沉降量主要集中在胸墙施工后，主要是因为胸墙混凝土施工及自重对沉箱加载的影响，产生了加大的沉降（11.5～18.5mm），但也属于可控范围的沉降。

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