高压注浆技术在水下抛石基床加固中的应用

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1、压力注浆技术在水下抛石基床加固中的应用彭跃胜（厦门象屿工程咨询管理有限公司，福建 厦门 361012）摘 要：压力注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 水下注浆设备和施工方法、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加固效果良好，方法可靠。关键词：抛石基床；水下注浆；加固Pressure grouting technology in underwater Rubble Bed ReinforcementPENG Yue-sheng（Xiamen Xiangyu Engineering Consultin

2、g & Management Limited, Xiamen, Fujian, 361012）Abstract: Pressure grout injection is an usual land groundwork braced method. Through the scheme in reason of no-separated concrete sand grout, improving on the underwater grout injection equipment and construction method and pressurizing the underwater

3、 braced frame, Pressure grout injection can be used successfully in the underwater environment. The braced effect is all right and the method is credibility for rubble foundation of gravity wharf.Key words: rubble foundation; underwater grout injection; brace1 前言高压注浆作为一种成熟的地基处理工艺在工程实践中得以广泛应用，其工作原理为通

4、过 在软土或松散碎石中注入高强度胶浆凝结，使局部地基土加固，形成符合地基。为拓展该工 艺的应用范围，工程实践中通过对注浆目标的特性、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，将陆上压力注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。2 工程概况厦门港海沧港区7#泊位为带卸荷板的沉箱重力式码头，可供5 万吨级的船舶靠泊，码 头岸线长325m,前沿顶标高+7.5m （厦门当地理论基准面），港池底标高-15.3m, 10100kg 抛石基床。为提高该泊位的靠泊能力，需对码头实施技术改造工程，即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-

5、15.3m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。第1页共6页作者简介：彭跃胜（1974）,男,工程师,从事港口及航道工程施工监理|Il |I 1.1ill ! /, c.：Lij2：Ceg -：! )fel I- I:.l-l注：图中阴影部分即为注浆加固区域。图 1 码头抛石基床坡肩加固断面图3水下注浆方案设计3.1 水下不离析砂浆配比设计与陆上高压注浆不同的是，在实施水下

6、注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- II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.O42.5R水泥、细砂、絮 凝剂的重量分别为 400kg、 850kg、 850

7、kg、 27kg。3.2注浆孔平面布置注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。初 步考虑注浆钻孔沿基床方向均匀分布，孔距为2m,排距为1m,共2 排,前后排钻孔错位1m,平面布置呈“”形。每排钻孔163个，2排共326个钻孔。图 2 水下注浆钻孔平面布置图3.3 水下注浆工艺将高压注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注浆孔，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0 75钻杆，钻孔达基床底部后埋置0 50灌注 管，灌注管高出抛石基床面300mm,注

8、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。为保证加固基床的坡肩的密封性，在理坡完毕后先用土工布将基床从沉箱前趾至基床坡 脚全部覆盖，并用砂袋进行反压，确保有效抑制注浆压力，防止浆液流失。4 水下注浆施工4.1 陆上模拟注浆试验为检验初步施工方案的可实施性和注浆效果，确定注浆率、注浆量和注浆压力等参数， 保证水下注浆的顺利进行，在正式施工前进行了陆上注浆模拟试验。注浆试验在陆上开挖的基坑中进行，基坑长5米、宽3米、深3米，用单个重量在40 100kg 的块石填满后注满水，抛石方量共约 38 方。为真实模拟水下抛石基床环境，抛填石 料时混合一定量的泥砂。在抛石体中设置0 50预埋孔5

9、个，间距2米X1米，呈三角形，孔深3米，预埋管长3.5 米。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。模拟注浆共 施工 5 小时，累计注浆量12.5 方，注浆率为32.9%，平均每小时压浆量2.5 立方，从注浆开 始至孔口开始冒浆时注浆压力保持在 0.10.6MPa 之间。因工期紧迫，在注浆后的第 15 天即进行了取芯检查，因砂浆龄期不足，所取芯样无法 进行抗压试验。但模拟注浆试验的总体结果表明：注浆孔间距的布置与浆液的扩散半径相适 应，注浆后抛石基坑内块石间浆液填充饱满，砂浆在水下未离析且与块石胶结良好；注浆过 程顺利，浆液流动性和黏稠度满足施工要求。4.2 水下注

10、浆施工1、基床肩部抛石理坡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。因此在实施注浆前对基床坡肩 补抛 4060kg 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。2、铺压土工布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23m均匀分

11、布， 尤其是搭接部位须连续反压，确保有效抑制注浆压力。3、钻注浆孔初步施工方案考虑在抛石完成后进行钻孔并埋设灌注管，在陆上模拟试验时该方法基本 可行。但在实际水下施工时钻进成孔和灌注管埋设非常困难，主要体现在：一是在抛石岩层 中钻孔时钻进速度缓慢；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，原设计的钻孔注 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 直接利用钻杆作为注浆管边注浆边提升。采用该方法只需更换钻头和钻杆顶部与输浆管的接 头，大大简化了施工操作流程。施

12、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。4、压力注浆采用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。注浆时应密切注意注浆压力，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。因此在后期施工时将砂浆的 配合比调整为 1：2.0

13、0：1.30：0.06，即每立方米砂浆中海水、水泥、细砂、絮凝剂的重量分 别为479kg、958kg、623kg、28.74kg，并对进场的砂料过筛分拣，清除较大的颗粒，较好的 控制了注浆过程中堵管现象的发生。：!图3水下钻孔注浆断面图值得注意的是，钻孔注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、注浆完成后再回头施工外侧一排，这时因内侧注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5、水下注浆加固效果检测5.1 设计要求根据设计要求，在基床肩部注入高强度不离析砂浆后，要求基床抛石与砂浆胶结充分 注浆后的

14、结合体需通过钻孔取芯做抗压强度检测，砂浆与岩石的混合体的28 天强度不小于10Mpa。5.2 检测方法 施工完毕后采用潜水员水下探摸和钻孔取芯检查相结合，以了解注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。5.3 检测结果 经潜水员水下逐断面探摸，注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。实际钻孔取芯在水下注浆全部完成后的35天进行，取芯每60m检测1点，共随机抽取 了三点。从芯样外部状态看，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。图 4 注浆加固后的结合体芯样芯样经修整为圆柱体试块后进行抗压强度检测，结合体强度最

15、小的为30.1Mpa,远远大于设计要求的10Mpa,加固效果良好。各芯样试验检测情况如下表所示：样品编号结构部位设计 强度 等级Mpa实际尺寸直径换 -算系数 n k极限荷 载 N ，KN强度测 试值 fcur，Mpa立方体试块强 度换算 系数K0立方体试 块强度推定值 fcure，Mpa直径mm咼度mm200615619基床0+22010100.01.00103400.1950.90.9056.6200615620基床0+1301099.51.12102177.6725.60.8530.1200615621基床0+3001099.51.12103421.1260.60.9067.3表1注浆结合体芯样强度检测情况表6、结束语上述工程实践表明：在通过工程措施满足一定的条件后，陆上压力注浆是可以在水下环 境中成功应用的，其实现的关键和难点主要有：1、保证水下加固体的相对密封性是水下注浆成功的关键，这样才能使注入的浆液能充 分填充在加固体中，避免浆液四处扩散甚至随水流流失而不能形成需要的加固形体；2、注浆管的顺利埋设和合理布置是水下注浆加固基床抛石的难点，施工中应根据抛石 基床的断面大