張?zhí)疲?管維東 編譯

(1.廣東省公路建設(shè)有限公司， 廣東 廣州 510623； 2.中交公路長大橋建設(shè)國家工程研究中心有限公司)

1 引言

韓國在21世紀(jì)第一個10年建造了連接釜山和巨濟的跨海橋梁和海底沉管隧道，包括兩座大跨徑斜拉橋，其中一座為三塔斜拉橋。斜拉橋的所有部件，如沉箱、橋墩、橋面板等，均在工廠預(yù)制，然后送到現(xiàn)場組裝。由于基巖深度較淺，沉箱基礎(chǔ)為橋梁的首選基礎(chǔ)類型。但由于水下作業(yè)條件和設(shè)備精度的限制，沉箱基礎(chǔ)的墊層處理十分困難。為使沉箱與地面緊密接觸，通常采用砂礫層法、噴砂泵法和預(yù)填混凝土法。然而,這些傳統(tǒng)的方法往往導(dǎo)致接觸不良和承載力不足。為此，該工程提出了一種注漿方法，即在沉箱安裝前先安裝地基墊塊，沉箱與地面之間的空隙用灰漿填充。在這種方法中，注漿逐孔進行。這可能會導(dǎo)致許多問題，如材料離析和不完全接觸，從而導(dǎo)致施工質(zhì)量差。針對這些問題，該文提出一種新的注漿方法，即多點同步注漿法。該工程在旱地上進行全尺寸試驗，并對該方法進行大規(guī)模的現(xiàn)場應(yīng)用，以驗證其適用性。

2 全尺寸現(xiàn)場試驗

通過現(xiàn)場試驗，對注漿系統(tǒng)進行了驗證，找出了實際施工中可能存在的問題，并提出了相應(yīng)的對策。由于注漿作業(yè)是在海上進行，直接評價注漿質(zhì)量比較困難，因此采用了另一種評價質(zhì)量的方法。在全尺度現(xiàn)場試驗中，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析，對施工質(zhì)量進行了評價。

測試流程如圖1所示。將由兩套樹脂玻璃板和鋼板組成的沉箱模型豎立在平臺上。為了監(jiān)測注漿情況，水箱底部也采用有機玻璃板制作。用砂礫(直徑200 mm)模擬真實地面的粗糙表面條件。水槽的兩側(cè)用溝蓋加固，以防止水泥漿的破裂，其他兩側(cè)則不加固。同時，通過不加溝槽的側(cè)板測量了流動距離和填充高度。在排氣口的上、下兩側(cè)分別安裝兩套自動監(jiān)測儀表，用于檢測灌裝率和溫度。在框架上安裝了一個灌注管和4個水下泵，用于產(chǎn)生人工潮汐。漿液依次注入每個注漿孔。流動距離和流動梯度通過對附在水箱內(nèi)外的水垢進行目測來測量。同時，通過自動監(jiān)測系統(tǒng)進行自流平和離析測量，并在水箱外進行目視測量。通過對可視化監(jiān)測系統(tǒng)和自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)比較，對充填過程進行了監(jiān)測。具體實地測試關(guān)鍵步驟見圖2。

圖1 全尺寸現(xiàn)場試驗流程圖

圖2 全面實地測試的關(guān)鍵步驟

2.1 配比設(shè)計和材料測試

材料的目標(biāo)強度根據(jù)Kora混凝土標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為15 MPa(F28)。為了找出最佳的混合比，進行了一系列的試驗。最終的混合方案如表1所示。

表1 配比設(shè)計 kg/m3

根據(jù)韓國土木工程師學(xué)會水下混凝土管理標(biāo)準(zhǔn)和日本海岸開發(fā)研究所的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及材料試驗，表2給出了抗沖砂漿的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

表2 注漿材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

2.2 測量計劃

現(xiàn)場進行了兩次完整的測試。 在第一次測試中，同時進行了手動和自動測量，以檢查注漿的狀態(tài)。 為了進行手動測量，在外部水箱的外部安裝了標(biāo)尺。在13個檢查和排氣孔中的每一處都安裝了兩組液位傳感器和溫度傳感器進行自動測量。 在第二項測試中安裝了額外的傳感器以檢測儲罐底部的流動距離。 為了檢測沉箱底部的向上壓力，安裝了3個孔隙水壓力表。 在圖3中，S和V分別為觀察尺、注漿電荷檢測和溫度傳感器。B為注漿傳感器測量流動距離，P為孔隙水壓力表。

2.3 全面現(xiàn)場測試的結(jié)果

如圖3所示，以1.5 m的間隔(B1～B11)安裝了11個液位傳感器，并且僅將注漿注入I-2孔中，直到被B8上的傳感器檢測到。到達B5點(距離為5.5 m)耗時30 min，到達B8點(距離為12 m)耗時2 h。由對稱地安裝有I-2孔的量規(guī)(B1～B3，B9～B11)獲得的結(jié)果示于圖4。根據(jù)圖4，從孔口進入4.5 m范圍內(nèi)的填充率從50 cm/min降低到10 cm/min，并且在6.0 m范圍內(nèi)保持恒定為7.5 cm/min。因此可以得出結(jié)論，注漿具有足夠的流動性。

圖3 自動監(jiān)控系統(tǒng)的布置和組成(單位：m)

圖4 隨距I-2注入孔的距離變化感知時間、填充速度變化曲線

如圖5所示，在尺子上的每10 cm填充高度處以及在外部水箱的每個角的填充孔處測量填充時間。 在S-7，S-8，S-9，S-10，S-11的位置比較了注漿相對于時間的高度(圖6)。圖6表明：如果距I-2位置的距離相同，則達到60 cm高度的填充時間也相同。 目標(biāo)強度如圖7所示：滿足15 MPa，有芯樣品在20 d的最小抗壓強度為16.6 MPa，浸沒混合樣品在28 d的最小抗壓強度為23.7 MPa。

圖5 隨距B點的距離變化填充時間變化曲線

圖6 傳感器填充高度

注漿在溝渠瓣之間以類似的形狀膨脹。內(nèi)部比外部高約10 cm。

圖7 固化時間引起的無側(cè)限抗壓強度

3 新注漿方法的應(yīng)用

3.1 注漿條件

釜山-巨濟跨海通道工程有11種不同尺寸的沉箱板，尺寸從11 m×17.5 m到41.0 m×20.25 m不等。 沉箱和地面之間的最大間隙約為65 cm，如圖8、9所示。注漿混合物的初始凝固時間不小于13 h，最大填充空間為672 m3。

圖8 沉箱斷面及平面(編號LOT2-P5)(單位:m)

圖9 沉箱下注漿的橫截面

3.2 多點噴射系統(tǒng)

該工程提出的注漿系統(tǒng)，克服了既有注漿方法(如離析法和施工延遲法)的局限性。在新系統(tǒng)中，注入是在幾個點上同時完成。為了成功地在初凝時間內(nèi)完成大量的注漿任務(wù)，將具有多點注漿能力的注漿船與成批生產(chǎn)船相結(jié)合。注漿船配備有振動篩、配漿機、攪拌器、軟管泵、吊車、發(fā)電機和多根配漿管。將配料船準(zhǔn)備的漿液通過一個孔轉(zhuǎn)移到注漿船。將輸送的漿液通過振動篩進行分配，再輸送到攪拌器中。最后，通過軟管泵、多分配器和噴射器來填充沉箱與地面之間的空間。

3.3 注漿實時監(jiān)控系統(tǒng)

在全尺寸試驗的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種采用填充傳感器和溫度傳感器的新型輸入控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控注漿和自流平的狀態(tài)。此外，還可以通過無線通信在辦公室和外地進行監(jiān)測。使現(xiàn)場工程師能夠決定施工是繼續(xù)還是停止。

3.4 建設(shè)

圖10為多點同步注漿順序。在與沉箱底部相同深度處，在每個通氣孔的底部都安裝了兩個填滿液位傳感器和一個溫度計。如圖10(b)所示，在距離沉箱底部20、10 cm處分別安裝了兩個額外的填土液位傳感器，以監(jiān)測填土狀態(tài)。

圖10 砂漿注漿順序

在現(xiàn)場注漿過程中為防止沉箱邊注漿受到侵蝕和滲漏，在沉箱邊加裝了溝蓋以減小海流的影響。用吊車(在注漿駁船上安裝)插入10 cm的注漿管。漿液由配料船的吊桿小心地輸送，沒有隔離到攪拌器的上部篩管。注漿通過軟管泵從沉箱中心注入到沉箱邊緣，壓力為50～300 kPa。充填高度由沉箱外部的充填水平傳感器和潛水員進行目視檢查。充填率由檢測孔和排氣孔的自動監(jiān)測系統(tǒng)進行檢測。結(jié)果證實，所有的傳感器都工作迅速，目測漿液分布均勻，偏移3 cm。此外，沒有觀察到離析，意味著溝槽蓋工作正常。

3.5 新注漿方法的驗證

壓漿過程中電壓隨時間的變化如圖11所示。注漿液位傳感器與注漿接觸后電壓下降。溫度傳感器的電壓升高。從雙傳感器確定了注漿完成的準(zhǔn)確時間。這些結(jié)果與手動測量較為一致。

圖11 自動測量結(jié)果

對23個沉箱自建成以來的沉降量進行了測量，沉降量均在5 mm以內(nèi)。由此可見，新型注漿系統(tǒng)具有良好的適用性。

4 結(jié)語

為了評價水泥漿的流動性、自流平性、水泥漿的離析性、抗壓強度和溝瓣的性能，在韓國釜山—巨濟跨海大橋進行了一系列的大型現(xiàn)場試驗。

通過室內(nèi)試驗和全尺度模型試驗，驗證了多點同步注漿法的適用性。結(jié)果表明：多點同步注漿能夠在初始凝結(jié)時間內(nèi)容納大量漿液。溝槽蓋使用土工織物防止注漿損失非常有效。另外，利用溫度傳感器和填充傳感器組成的監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了實時監(jiān)測。工程竣工4年后監(jiān)測顯示沉降非常小。