代兆立，李澤，焦輝，楊涵婷，施昌威，蔡彪，竇海余

1.中國(guó)石油冀東油田公司，河北唐山 063004

2.中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司，北京 100023

1 概述

人工島是海上油氣田勘探開(kāi)發(fā)的重要結(jié)構(gòu)形式，國(guó)內(nèi)在冀東南堡油田、勝利油田、遼河油田、大港油田都建有人工島[1]。

灘海人工島外圍護(hù)系統(tǒng)多為袋裝砂結(jié)合塊體護(hù)面，底部為護(hù)底結(jié)構(gòu)，直接受海洋波浪、潮流、海冰和地震等作用[2]。引橋?yàn)槿斯u與外界連接的重要橋梁，多采用樁基結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)較為穩(wěn)定。由于人工島與引橋兩者之間基礎(chǔ)不同，易產(chǎn)生不均勻沉降，長(zhǎng)時(shí)間累積后可能會(huì)存在明顯的高差，給車輛通行造成不便，甚至產(chǎn)生安全隱患。

登陸點(diǎn)處產(chǎn)生沉陷的主要原因有以下三點(diǎn)：一是堤心石層填充不密實(shí)，在車輛的長(zhǎng)期碾壓下，孔隙發(fā)生變化導(dǎo)致局部沉降；二是登陸點(diǎn)處底部袋裝砂出現(xiàn)砂土流失；三是登陸點(diǎn)兩側(cè)分別為引橋樁基結(jié)構(gòu)和人工島拋石圍埝結(jié)構(gòu)，兩側(cè)地基的不均勻沉降導(dǎo)致連接處路面突變。

對(duì)于一般的地基沉降處理方法有：碾壓法、振動(dòng)壓實(shí)法、灌漿法、打樁等，但對(duì)于以砂石圍填的人工島，需要考慮到其特殊性，如強(qiáng)夯振動(dòng)會(huì)對(duì)周圍的島體及圍堤產(chǎn)生一定程度的影響；打樁可能破壞原有的土工布等。

2 人工島登陸點(diǎn)沉陷處理實(shí)例研究

本文以某灘海人工島登陸點(diǎn)的路面沉陷為例，開(kāi)展人工島登陸點(diǎn)沉陷隱患治理方案研究，前期經(jīng)過(guò)多次勘測(cè)與兩次雷達(dá)檢測(cè)，結(jié)果顯示橋頭一側(cè)路面下部土體存在不同程度松散，局部有小孔洞，面板疑似脫空，沉陷情況見(jiàn)圖1。

在現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)中發(fā)現(xiàn)登陸點(diǎn)處離島最近的樁周圍區(qū)域有較大空洞，孔洞尺寸為高2.5 m、寬3.6 m、長(zhǎng)10 m，孔洞示意圖見(jiàn)圖2。經(jīng)分析認(rèn)為，因常年潮汐沖刷，將建島時(shí)填入的細(xì)砂石沖刷帶走，只剩余部分較大石塊支撐路面。

圖1 島橋連接處沉陷情況示意

圖2 島橋連接處外部孔洞內(nèi)部情況

針對(duì)此種隱患問(wèn)題，對(duì)于明顯直接裸露的空洞，可按照原設(shè)計(jì)回填塊石，再補(bǔ)充灌注水泥漿液，以確保其整體性、完整性。對(duì)于托板下方的空洞及路面沉降，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，處理方法較多，下面選取幾種方法進(jìn)行探討。

2.1 空洞隱患治理方案研究

直接利用人工或可進(jìn)入的機(jī)械設(shè)備對(duì)托板下方孔洞進(jìn)行填補(bǔ)，為保證施工時(shí)空洞的穩(wěn)定性，施工前應(yīng)適當(dāng)考慮對(duì)兩側(cè)的洞壁進(jìn)行支護(hù)，盡量減少對(duì)兩側(cè)的擾動(dòng)；基樁防腐處理至St2 級(jí)后，底層涂刷礦脂油并纏繞防腐帶，外部包覆聚氨酯管殼（厚度50 mm），外層包裹厚度0.7 mm 鋁皮作為保護(hù)層。為保證后期澆注能將空間完全填滿，在空洞頂部等間距預(yù)埋三根灌漿管，埋管時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況盡量減少對(duì)上部堤心石的擾動(dòng)，可考慮利用兩側(cè)透光孔引入埋設(shè)。分層澆筑水下不分散灌漿料進(jìn)行壓力注漿，分層填筑塊石?？斩葱扪a(bǔ)前見(jiàn)圖3，修補(bǔ)過(guò)程見(jiàn)圖4。

圖3 空洞示意圖（修補(bǔ)前）

圖4 現(xiàn)場(chǎng)孔洞填補(bǔ)修補(bǔ)過(guò)程

2.2 登陸點(diǎn)處沉陷治理方案研究

引橋與島體連接處因沉降已形成較大的斜面，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)報(bào)告，該區(qū)域路段回填物性質(zhì)較為雜亂，均勻性差，島口路段多數(shù)測(cè)線以原臥梁為分界，橋頭一側(cè)回填土體較為松散，面板疑似脫空，該分界面顯著。登陸點(diǎn)局部沉陷區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)照片見(jiàn)圖5。由于下部土體部分區(qū)域較為松散，長(zhǎng)時(shí)間的車輛通行，易導(dǎo)致路面的顯著沉降，甚至導(dǎo)致承載力不足，需進(jìn)行治理，確保車輛通行安全[3]。

圖5 登陸點(diǎn)局部沉陷區(qū)域

主要治理思路為將下部松散土體填實(shí)，提高其承載力，對(duì)已經(jīng)沉降的區(qū)域，在路面上部采用混凝土和瀝青面層的方式進(jìn)行鋪裝，達(dá)到與未沉降區(qū)域平齊。以下對(duì)兩種修復(fù)方案進(jìn)行對(duì)比分析[4]。

2.2.1 方案一： 注漿及瀝青混凝土修復(fù)方案

經(jīng)地質(zhì)雷達(dá)掃測(cè)，發(fā)現(xiàn)下部存在孔洞區(qū)域，如圖6 所示：孔3 距離堤頂前沿線10.5 m，在現(xiàn)有路面以下3.5 m；孔4 距離堤頂前沿線11.5 m，在現(xiàn)有路面以下3.5 m。加固區(qū)范圍距離堤頂線為10～14 m。主要是考慮到該區(qū)域?yàn)榇b砂回填，為盡量減少對(duì)下部區(qū)域的擾動(dòng)，采用局部鉆孔注漿對(duì)該區(qū)域進(jìn)行治理，通過(guò)在現(xiàn)有的路面直接鉆孔，利用壓力進(jìn)行淺層注漿，漿液通過(guò)填充、滲透和擠密等的方式，擠走土體顆?；蚴瘔K裂隙中的水、氣后占據(jù)其位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)下部不良地質(zhì)的治理。

圖6 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)孔洞位置

治理流程為：測(cè)量放線→不良地質(zhì)區(qū)域局部鉆孔及注漿→路面切割→路面鑿毛→鋪設(shè)混凝土→鋪設(shè)瀝青路面。

2.2.2 方案二： 高壓噴射注漿、 原路面恢復(fù)方案

利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆入（或置入）至土層預(yù)定深度后，將高壓水泥漿通過(guò)鉆桿由噴嘴噴出，形成噴射流，通過(guò)高壓噴射流沖切土體，并與土體聯(lián)合形成水泥土增強(qiáng)體。這種方法可適用于人工填土和碎石地基。高壓噴射注漿除能強(qiáng)化地基外，還有防水止?jié)B的作用，可形成防水帳幕?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整旋噴速度和提升速度、增減噴射壓力、調(diào)整噴射時(shí)間、更換噴嘴孔徑、改變流量等參數(shù)來(lái)達(dá)到需要固結(jié)體形狀。高壓噴射注漿的施工工序見(jiàn)圖7。

圖7 高壓噴射注漿法施工工序

治理流程為：原有路面切割→原有路面破碎→布孔→鉆機(jī)就位→鉆孔→噴射注漿作業(yè)→拔管→清洗機(jī)具→重復(fù)鉆孔注漿→原有路面恢復(fù)。

2.3 方案對(duì)比

方案一：注漿法灌漿的范圍有限，灌漿的擴(kuò)散量及孔隙填充度無(wú)法精確控制。但此方案施工便捷，不涉及原有路面的破壞，通過(guò)半幅施工、在路面加鋪瀝青的方式可實(shí)現(xiàn)快速通車，基本不影響島上交通。

方案二：高壓噴射注漿方案可以采用高壓旋噴樁等方式，有效固結(jié)深度可達(dá)到10 m 以上，可將登陸點(diǎn)處下部基礎(chǔ)徹底治理，有效改善地基沉降。同時(shí)形成防水帷幕，阻止島體外面水流對(duì)島體的侵蝕。但此方案中高壓旋噴樁打孔深度會(huì)進(jìn)入到現(xiàn)有袋裝砂結(jié)構(gòu)，袋狀砂破損存在砂泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)波及到島體的穩(wěn)定性及安全性[5]。

經(jīng)過(guò)多方面的考慮與比對(duì)，在該工程實(shí)例中采用方案一進(jìn)行了修補(bǔ)，在不影響路面交通的同時(shí)，對(duì)下部的地基孔洞進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿，路面鋪設(shè)混凝土墊層，然后對(duì)路面進(jìn)行瀝青層鋪裝。完成治理工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合某人工島登陸點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例，經(jīng)方案對(duì)比研究，提出了對(duì)沉陷治理的有效方法，其成功經(jīng)驗(yàn)可為類似工程的治理提供借鑒。針對(duì)登陸點(diǎn)下部基礎(chǔ)部位受海水沖刷生成的空洞，采用分層澆注水下不分散混凝土的方法進(jìn)行處理。對(duì)于路面下部的空洞，由于填充不密實(shí)等因素影響，采用注漿法進(jìn)行填充，保證下部的密實(shí)。