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摘要：本文系通过介绍中国首次在海堤软基加固处理中采用沉管碎石桩工艺的施工技术特点、施工组织、施工流程、施工方法、质量控制等，为其他海洋工程软基加固施工提供有价值的参考经验。
关键词：软基加固；海上沉管；碎石桩
中图分类号：TU74文献标识码： A
1工程概况
1.1工程简况
温州港状元岙港区围垦（第三施工段促淤堤）工程位于温州市洞头县元觉乡状元岙岛北侧，拟建的状元岙港区二期以西，深门大桥以东。分北侧潜堤和西侧潜堤，北侧潜堤长约1350m(桩号K1+850～K3+200)，西侧堤长约650m(桩号K3+200～K3+850)。
本工程堤基淤泥层厚度达30~32m，属于超软地基，处理深度深、难度大，设计经过经济比选，选用海上沉管碎石桩处理工艺，此工艺运用到海堤软基加固处理上在国内是首次。设计工艺为：首先在天然泥面上铺设两层总厚度为1m的冲灌砂被垫层，然后在冲灌砂被垫层上沉碎石桩，在碎石桩施工完成后铺设一层厚度为0.5m的冲灌砂被压顶，最后抛堤心石成型；即施工流程为泥面清理→1m底层砂被铺设→沉碎石桩→0.5m砂被铺设→抛堤心石。沉管碎石桩采用分区加固，置换率分别为20%及15%，桩径1m，设计间距分别为1.98m和2.28m，按正三角形布置，加固面积约13.6万m2，共有碎石桩30644根，碎石方量为825416m3。典型断面图如下：
1.2工程地质情况
根据勘察资料和设计碎石桩的置换深度，本工程碎石桩需穿透①-3淤泥层，置换深度内地基土自上而下如下：
①-1淤泥
黄灰色、灰色，流塑状，高压缩性，高灵敏度。夹少量粉细砂和贝壳碎屑，表部0.30～0.60m为新近沉积的流泥或浮泥。该层分布于场地表部。
①-2淤泥
灰色、青灰色，流塑状，高压缩性，含少量贝壳碎屑、粉细砂。全场均有分布。
①-3淤泥
灰色、青灰色，流塑状，高压缩性，含少量贝壳碎屑、粉细砂。局部含少量腐植质。
①-4淤泥质粘土
灰色，软塑状，高压缩性，含少量半炭化物和贝壳碎屑，偶夹粉细砂。
堤轴线地质剖面图和各土层物理力学指标一览表如下：
各土层物理力学指标一览表
2沉管碎石桩主要技术特点
2.1主要技术特点
(1) 沉管碎石桩用于软基处理，效果显著，且施工速度快，质量有保证。
(2) 广泛适用于各种软土地基的加固处理。
(3) 较其他软基处理方法投资少、见效快、经济效益明显。
(4) 沉管碎石桩对施工环境无污染。
2.2适用范围
沉管碎石桩适用于工业与民用建筑的地基处理，在公路软土地基处理也得到广泛应用，但在港口工程堤基软基处理中还属于国内首次运用。
3施工组织部署
本工程属于海上施工作业，平时施工作业受天气和潮水影响较大，为保证碎石桩施工进度，结合碎石桩与砂桩施工原理相似特点，我公司便对二条砂桩船进行改装，以此满足碎石桩施工要求，现场选用的二条砂桩船（改装）及相配套的辅助船舶，主要施工船舶数量及性能见下表：
由于海上作业的原因，全部工序需要赶潮作业，又由于施工现场属于台风季风影响区域，有效工作时间短，因此形成施工战线长，施工管理难度大，施工作业点多面广的施工特点，同时也给工程结构、船机设备和人员的安全管理均造成极大威胁。施工总平面布置针对本工程特点，结合本工程采用的施工方案，统筹布置，合理安排，使其能满足工程施工的总体要求，确保工程施工的正常、有效、安全地开展。制订“统一部署、科学组织、分段实施、有序推进、信息管理”的施工组织原则。
4施工工艺技术措施
4.1施工工艺流程
根据地质情况和设计碎石桩的置换深度，本工程碎石桩需穿透①-3淤泥层，沉设采用振动沉管一次拔管法成桩工艺，施工工艺流程如下：
4.2测量定位
根据业主提供的基准点，开工前项目部组织测量人员对基准点进行复核后，现有控制网的基础上，建立一级GPS平面控制网和四等高程控制网，新增平面控制点3个，高程控制点3个，保证现场施工控制点的通视，作为复核参考。现场架设高精度GPS并设参考站，采用船载的GPS卫星定位，辅以全站仪校核，确保工程质量满足设计要求。
4.3施工方法
4.3.1沉管及停锤
碎石桩的孔位定位准确后，经监理工程师确认并同意后，松钢套管吊钩，压锤，套管停止下沉后开启振动锤，在振动锤的激振力作用下，把下端设有活瓣钢桩靴的钢套管打入到设计要求的标高。
碎石桩沉管停锤以设计桩底标高控制为准，沉管时注意观测套管下沉速度，如套管下沉速度突然减缓乃至停止下沉，继续振动60s，碎石桩管下沉量在30cm以内即可停锤，即已满足设计标高的要求。
现场注意记录最后5米沉管的时间，以便了解沉桩的位置实际地质与设计情况情况是否有区别。
4.3.2灌碎石
根据碎石桩设计桩长和充盈系数计算灌碎石的理论量。首次加料时，向管内一次性加满骨料。在沉桩过程中，及时了解碎石灌入情况，若发现碎石量不足，及时根据现场情况进行补料。
碎石供应采用碎石运输船运至现场后，通过皮带输送机将碎石卸至供料船中，然后利用砂桩船上自带的抓斗式吊机将碎石自供料船上吊至砂桩船上的大集料斗内，再通过皮带运输机运至各计量料斗内，提升计量料斗，开启闸门灌至钢套管中。
如出现上料斗的碎石料不易进入钢套管内时，便开启上料斗侧面的附着式振捣器，振动上料斗，使碎石料能顺利进入套管内。
灌入碎石量根据充盈系数计算确定，本工程的碎石桩充盈系数通过试桩检测确定为1.28。
4.3.3拨管
打开钢套管钢桩靴四扇活瓣门放碎石料时，同时开动电机，先在桩底留振，随即向上提管，拔管速度控制在1.8m/min左右，做到随拔随振，中间不停顿，拔出桩顶时留振。
5质量控制措施
5.1碎石料的质量控制。
（1）所有碎石都采用质地坚硬、具有一定的强度、水稳定性好、不易风化且级配良好的碎石料。
（2）控制碎石料含泥量在5%之内，料径在2~10cm之间。
（3）选用二个大型料场供料，确保碎石质量供应稳定，进场后按有关规范要求进行批量检验，合格后方能投入使用，同时严格按照每10000方石料取样做各项指标检测。
5.2成孔时的质量控制。
（1）桩孔定位采用GPS定位，并辅以全站仪进行校核，确保桩位的准确性，且控制平面位置偏差不超过±50mm。
（2）桩管始终沿導向架缓慢下沉，并保持同导杆平行，保证套管垂直度偏差不超过±1.5%。
（3）沉管时以桩底标高控制，达到设计桩底标高即可停止下沉，控制桩长偏差不超过±100mm。
（4）碎石桩施工顺序从中间开始，向两端或者四周进行；施工过程中，合理控制施工速率。
（5）施工中如有串桩现象，应及时分析原因，一般是土质的不排水抗剪强度低或桩距偏小所致，采取的补救措施有补桩、修改桩距等。
5.3成桩时的质量控制。
（1）成桩桩顶标高以砂被垫层来控制，桩顶碎石以高出砂被垫层20~30cm为宜。
（2）灌碎石时严格控制碎石用量，保证充盈系数，如出现异常，及时分析原因。
（3）碎石料一次加足后，再开启四扇活瓣门，然后再拨管，边拨边振，保证桩内碎石的密实度，严格防止断桩和缩径桩的发生。
（4）拨管时应缓慢、匀速进行，严格控制拨管速度1.8m/min左右，保证桩内碎石的密实度。
（5）桩底、桩顶采用留振工艺，留振时间不少于20秒。
（6）拨管时，严格控制电机工作电流在200～300安培之间，以此控制振动锤的振动力，保证碎石的密实度。
（7）通过控制拔管速度，保证碎石灌入速度大于回淤速度，严格防止断桩和缩径桩的发生。
（8）通过控制拔管速度、碎石灌入量、电机工作电流、振动方式等方法，保证碎石桩的密实度，从而防止出现淤泥大面积流入碎石桩中，阻断竖向排水通道。
（9）为保证施工质量，在碎石桩施工过程中，相关人员全过程旁站。
6碎石桩质量检测
按照规范和设计要求，碎石桩施工需对桩体密实度及连续性进行检测。
（1）检测方法。对桩体密实度采用重型动力触探进行跟踪检测，具体方法就是让质量为63.5kg的锤从高76cm处自由落下，将直径74mm、锥角60度的圆锥探头打入桩中，以贯入碎石中10cm的锤击数（Nc）表示贯入阻力，用来判断桩身强度。
（2）检测标准。贯入量10 cm的锤击数（Nc）≥10击为合格。
（3）检测结果。目前以对42根碎石桩进行了密实度检测，检测结果全部满足设计要求。检测结果详见下表：
碎石桩动力触探效果检测结果表
7总结与体会
（1）本技术在处理软基时，可加固超深淤泥层，本工程加固深度都在30~32m。
（2）碎石桩施工前，必须进行现场试验，取得相关参数后才能进行正式施工。
（3）碎石桩在施工时，过程监控是关键，严格按照试桩参数控制碎石的灌入量、拔管速度、留振时间、电机工作电流等施工技术性指标，上述指标是桩体连续性、均匀性的重要保证。
（4）与爆破挤淤法、排水固结法相比，处理深度更深，质量有保证，而且施工时可点多面广，施工速度快，加固期短，可以采用快速连续加载方法施工，对缩短工期十分有利，并且安全度高，无污染。
（5）笔者希望通过本文具有针对性阐述温州港状元岙港区围垦（第三施工段促淤泥堤）工程中的海上沉管碎石桩施工技术，为后续海上超软软基处理提供另一种施工技术。
参考文献
1.高俊峰，振动沉管挤密碎石桩施工技术，《铁道标准设计》，2004年09期。
2.《港口工程碎石桩复合地基设计与施工规程》（JTJ246-2004）
3.《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）
作者簡介：
1、何相甫：1979年6月生，中交第三航务工程局有限公司宁波分公司，本科，工程师，长期从事于港口、市政等工程的施工管理工作。
2、徐志栓：1972年10月生，江苏省交通科学研究院股份有限公司，工程硕士，高级工程师，长期从事于港口工程的设计、施工和科研等工作。
关键词：软基加固；海上沉管；碎石桩
中图分类号：TU74文献标识码： A
1工程概况
1.1工程简况
温州港状元岙港区围垦（第三施工段促淤堤）工程位于温州市洞头县元觉乡状元岙岛北侧，拟建的状元岙港区二期以西，深门大桥以东。分北侧潜堤和西侧潜堤，北侧潜堤长约1350m(桩号K1+850～K3+200)，西侧堤长约650m(桩号K3+200～K3+850)。
本工程堤基淤泥层厚度达30~32m，属于超软地基，处理深度深、难度大，设计经过经济比选，选用海上沉管碎石桩处理工艺，此工艺运用到海堤软基加固处理上在国内是首次。设计工艺为：首先在天然泥面上铺设两层总厚度为1m的冲灌砂被垫层，然后在冲灌砂被垫层上沉碎石桩，在碎石桩施工完成后铺设一层厚度为0.5m的冲灌砂被压顶，最后抛堤心石成型；即施工流程为泥面清理→1m底层砂被铺设→沉碎石桩→0.5m砂被铺设→抛堤心石。沉管碎石桩采用分区加固，置换率分别为20%及15%，桩径1m，设计间距分别为1.98m和2.28m，按正三角形布置，加固面积约13.6万m2，共有碎石桩30644根，碎石方量为825416m3。典型断面图如下：
1.2工程地质情况
根据勘察资料和设计碎石桩的置换深度，本工程碎石桩需穿透①-3淤泥层，置换深度内地基土自上而下如下：
①-1淤泥
黄灰色、灰色，流塑状，高压缩性，高灵敏度。夹少量粉细砂和贝壳碎屑，表部0.30～0.60m为新近沉积的流泥或浮泥。该层分布于场地表部。
①-2淤泥
灰色、青灰色，流塑状，高压缩性，含少量贝壳碎屑、粉细砂。全场均有分布。
①-3淤泥
灰色、青灰色，流塑状，高压缩性，含少量贝壳碎屑、粉细砂。局部含少量腐植质。
①-4淤泥质粘土
灰色，软塑状，高压缩性，含少量半炭化物和贝壳碎屑，偶夹粉细砂。
堤轴线地质剖面图和各土层物理力学指标一览表如下：
各土层物理力学指标一览表
2沉管碎石桩主要技术特点
2.1主要技术特点
(1) 沉管碎石桩用于软基处理，效果显著，且施工速度快，质量有保证。
(2) 广泛适用于各种软土地基的加固处理。
(3) 较其他软基处理方法投资少、见效快、经济效益明显。
(4) 沉管碎石桩对施工环境无污染。
2.2适用范围
沉管碎石桩适用于工业与民用建筑的地基处理，在公路软土地基处理也得到广泛应用，但在港口工程堤基软基处理中还属于国内首次运用。
3施工组织部署
本工程属于海上施工作业，平时施工作业受天气和潮水影响较大，为保证碎石桩施工进度，结合碎石桩与砂桩施工原理相似特点，我公司便对二条砂桩船进行改装，以此满足碎石桩施工要求，现场选用的二条砂桩船（改装）及相配套的辅助船舶，主要施工船舶数量及性能见下表：
由于海上作业的原因，全部工序需要赶潮作业，又由于施工现场属于台风季风影响区域，有效工作时间短，因此形成施工战线长，施工管理难度大，施工作业点多面广的施工特点，同时也给工程结构、船机设备和人员的安全管理均造成极大威胁。施工总平面布置针对本工程特点，结合本工程采用的施工方案，统筹布置，合理安排，使其能满足工程施工的总体要求，确保工程施工的正常、有效、安全地开展。制订“统一部署、科学组织、分段实施、有序推进、信息管理”的施工组织原则。
4施工工艺技术措施
4.1施工工艺流程
根据地质情况和设计碎石桩的置换深度，本工程碎石桩需穿透①-3淤泥层，沉设采用振动沉管一次拔管法成桩工艺，施工工艺流程如下：
4.2测量定位
根据业主提供的基准点，开工前项目部组织测量人员对基准点进行复核后，现有控制网的基础上，建立一级GPS平面控制网和四等高程控制网，新增平面控制点3个，高程控制点3个，保证现场施工控制点的通视，作为复核参考。现场架设高精度GPS并设参考站，采用船载的GPS卫星定位，辅以全站仪校核，确保工程质量满足设计要求。
4.3施工方法
4.3.1沉管及停锤
碎石桩的孔位定位准确后，经监理工程师确认并同意后，松钢套管吊钩，压锤，套管停止下沉后开启振动锤，在振动锤的激振力作用下，把下端设有活瓣钢桩靴的钢套管打入到设计要求的标高。
碎石桩沉管停锤以设计桩底标高控制为准，沉管时注意观测套管下沉速度，如套管下沉速度突然减缓乃至停止下沉，继续振动60s，碎石桩管下沉量在30cm以内即可停锤，即已满足设计标高的要求。
现场注意记录最后5米沉管的时间，以便了解沉桩的位置实际地质与设计情况情况是否有区别。
4.3.2灌碎石
根据碎石桩设计桩长和充盈系数计算灌碎石的理论量。首次加料时，向管内一次性加满骨料。在沉桩过程中，及时了解碎石灌入情况，若发现碎石量不足，及时根据现场情况进行补料。
碎石供应采用碎石运输船运至现场后，通过皮带输送机将碎石卸至供料船中，然后利用砂桩船上自带的抓斗式吊机将碎石自供料船上吊至砂桩船上的大集料斗内，再通过皮带运输机运至各计量料斗内，提升计量料斗，开启闸门灌至钢套管中。
如出现上料斗的碎石料不易进入钢套管内时，便开启上料斗侧面的附着式振捣器，振动上料斗，使碎石料能顺利进入套管内。
灌入碎石量根据充盈系数计算确定，本工程的碎石桩充盈系数通过试桩检测确定为1.28。
4.3.3拨管
打开钢套管钢桩靴四扇活瓣门放碎石料时，同时开动电机，先在桩底留振，随即向上提管，拔管速度控制在1.8m/min左右，做到随拔随振，中间不停顿，拔出桩顶时留振。
5质量控制措施
5.1碎石料的质量控制。
（1）所有碎石都采用质地坚硬、具有一定的强度、水稳定性好、不易风化且级配良好的碎石料。
（2）控制碎石料含泥量在5%之内，料径在2~10cm之间。
（3）选用二个大型料场供料，确保碎石质量供应稳定，进场后按有关规范要求进行批量检验，合格后方能投入使用，同时严格按照每10000方石料取样做各项指标检测。
5.2成孔时的质量控制。
（1）桩孔定位采用GPS定位，并辅以全站仪进行校核，确保桩位的准确性，且控制平面位置偏差不超过±50mm。
（2）桩管始终沿導向架缓慢下沉，并保持同导杆平行，保证套管垂直度偏差不超过±1.5%。
（3）沉管时以桩底标高控制，达到设计桩底标高即可停止下沉，控制桩长偏差不超过±100mm。
（4）碎石桩施工顺序从中间开始，向两端或者四周进行；施工过程中，合理控制施工速率。
（5）施工中如有串桩现象，应及时分析原因，一般是土质的不排水抗剪强度低或桩距偏小所致，采取的补救措施有补桩、修改桩距等。
5.3成桩时的质量控制。
（1）成桩桩顶标高以砂被垫层来控制，桩顶碎石以高出砂被垫层20~30cm为宜。
（2）灌碎石时严格控制碎石用量，保证充盈系数，如出现异常，及时分析原因。
（3）碎石料一次加足后，再开启四扇活瓣门，然后再拨管，边拨边振，保证桩内碎石的密实度，严格防止断桩和缩径桩的发生。
（4）拨管时应缓慢、匀速进行，严格控制拨管速度1.8m/min左右，保证桩内碎石的密实度。
（5）桩底、桩顶采用留振工艺，留振时间不少于20秒。
（6）拨管时，严格控制电机工作电流在200～300安培之间，以此控制振动锤的振动力，保证碎石的密实度。
（7）通过控制拔管速度，保证碎石灌入速度大于回淤速度，严格防止断桩和缩径桩的发生。
（8）通过控制拔管速度、碎石灌入量、电机工作电流、振动方式等方法，保证碎石桩的密实度，从而防止出现淤泥大面积流入碎石桩中，阻断竖向排水通道。
（9）为保证施工质量，在碎石桩施工过程中，相关人员全过程旁站。
6碎石桩质量检测
按照规范和设计要求，碎石桩施工需对桩体密实度及连续性进行检测。
（1）检测方法。对桩体密实度采用重型动力触探进行跟踪检测，具体方法就是让质量为63.5kg的锤从高76cm处自由落下，将直径74mm、锥角60度的圆锥探头打入桩中，以贯入碎石中10cm的锤击数（Nc）表示贯入阻力，用来判断桩身强度。
（2）检测标准。贯入量10 cm的锤击数（Nc）≥10击为合格。
（3）检测结果。目前以对42根碎石桩进行了密实度检测，检测结果全部满足设计要求。检测结果详见下表：
碎石桩动力触探效果检测结果表
7总结与体会
（1）本技术在处理软基时，可加固超深淤泥层，本工程加固深度都在30~32m。
（2）碎石桩施工前，必须进行现场试验，取得相关参数后才能进行正式施工。
（3）碎石桩在施工时，过程监控是关键，严格按照试桩参数控制碎石的灌入量、拔管速度、留振时间、电机工作电流等施工技术性指标，上述指标是桩体连续性、均匀性的重要保证。
（4）与爆破挤淤法、排水固结法相比，处理深度更深，质量有保证，而且施工时可点多面广，施工速度快，加固期短，可以采用快速连续加载方法施工，对缩短工期十分有利，并且安全度高，无污染。
（5）笔者希望通过本文具有针对性阐述温州港状元岙港区围垦（第三施工段促淤泥堤）工程中的海上沉管碎石桩施工技术，为后续海上超软软基处理提供另一种施工技术。
参考文献
1.高俊峰，振动沉管挤密碎石桩施工技术，《铁道标准设计》，2004年09期。
2.《港口工程碎石桩复合地基设计与施工规程》（JTJ246-2004）
3.《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）
作者簡介：
1、何相甫：1979年6月生，中交第三航务工程局有限公司宁波分公司，本科，工程师，长期从事于港口、市政等工程的施工管理工作。
2、徐志栓：1972年10月生，江苏省交通科学研究院股份有限公司，工程硕士，高级工程师，长期从事于港口工程的设计、施工和科研等工作。