灘海人工島登陸點沉陷隱患治理研究

代兆立，李澤，焦輝，楊涵婷，施昌威，蔡彪，竇海余

1.中國石油冀東油田公司，河北唐山 063004

2.中國石油集團海洋工程有限公司，北京 100023

1 概述

人工島是海上油氣田勘探開發(fā)的重要結(jié)構(gòu)形式，國內(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]。

灘海人工島外圍護系統(tǒng)多為袋裝砂結(jié)合塊體護面，底部為護底結(jié)構(gòu)，直接受海洋波浪、潮流、海冰和地震等作用[2]。引橋為人工島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，長時間累積后可能會存在明顯的高差，給車輛通行造成不便，甚至產(chǎn)生安全隱患。

登陸點處產(chǎn)生沉陷的主要原因有以下三點：一是堤心石層填充不密實，在車輛的長期碾壓下，孔隙發(fā)生變化導(dǎo)致局部沉降；二是登陸點處底部袋裝砂出現(xiàn)砂土流失；三是登陸點兩側(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。

對于一般的地基沉降處理方法有：碾壓法、振動壓實法、灌漿法、打樁等，但對于以砂石圍填的人工島，需要考慮到其特殊性，如強夯振動會對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 人工島登陸點沉陷處理實例研究

本文以某灘海人工島登陸點的路面沉陷為例，開展人工島登陸點沉陷隱患治理方案研究，前期經(jīng)過多次勘測與兩次雷達檢測，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，沉陷情況見圖1。

在現(xiàn)場勘測中發(fā)現(xiàn)登陸點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10 m，孔洞示意圖見圖2。經(jīng)分析認為，因常年潮汐沖刷，將建島時填入的細砂石沖刷帶走，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

針對此種隱患問題，對于明顯直接裸露的空洞，可按照原設(shè)計回填塊石，再補充灌注水泥漿液，以確保其整體性、完整性。對于托板下方的空洞及路面沉降，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，處理方法較多，下面選取幾種方法進行探討。

2.1 空洞隱患治理方案研究

直接利用人工或可進入的機械設(shè)備對托板下方孔洞進行填補，為保證施工時空洞的穩(wěn)定性，施工前應(yīng)適當(dāng)考慮對兩側(cè)的洞壁進行支護，盡量減少對兩側(cè)的擾動；基樁防腐處理至St2 級后，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，埋管時根據(jù)現(xiàn)場實際情況盡量減少對上部堤心石的擾動，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行壓力注漿，分層填筑塊石?？斩葱扪a前見圖3，修補過程見圖4。

圖3 空洞示意圖（修補前）

圖4 現(xiàn)場孔洞填補修補過程

2.2 登陸點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)雷達檢測報告，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。登陸點局部沉陷區(qū)域現(xiàn)場照片見圖5。由于下部土體部分區(qū)域較為松散，長時間的車輛通行，易導(dǎo)致路面的顯著沉降，甚至導(dǎo)致承載力不足，需進行治理，確保車輛通行安全[3]。

圖5 登陸點局部沉陷區(qū)域

主要治理思路為將下部松散土體填實，提高其承載力，對已經(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行鋪裝，達到與未沉降區(qū)域平齊。以下對兩種修復(fù)方案進行對比分析[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)雷達掃測，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)域為袋裝砂回填，為盡量減少對下部區(qū)域的擾動，采用局部鉆孔注漿對該區(qū)域進行治理，通過在現(xiàn)有的路面直接鉆孔，利用壓力進行淺層注漿，漿液通過填充、滲透和擠密等的方式，擠走土體顆粒或石塊裂隙中的水、氣后占據(jù)其位置，實現(xiàn)對下部不良地質(zhì)的治理。

圖6 地質(zhì)雷達探測孔洞位置

治理流程為：測量放線→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，將高壓水泥漿通過鉆桿由噴嘴噴出，形成噴射流，通過高壓噴射流沖切土體，并與土體聯(lián)合形成水泥土增強體。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化地基外，還有防水止?jié)B的作用，可形成防水帳幕?？赏ㄟ^調(diào)整旋噴速度和提升速度、增減噴射壓力、調(diào)整噴射時間、更換噴嘴孔徑、改變流量等參數(shù)來達到需要固結(jié)體形狀。高壓噴射注漿的施工工序見圖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→鉆機就位→鉆孔→噴射注漿作業(yè)→拔管→清洗機具→重復(fù)鉆孔注漿→原有路面恢復(fù)。

2.3 方案對比

方案一：注漿法灌漿的范圍有限，灌漿的擴散量及孔隙填充度無法精確控制。但此方案施工便捷，不涉及原有路面的破壞，通過半幅施工、在路面加鋪瀝青的方式可實現(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)深度可達到10 m 以上，可將登陸點處下部基礎(chǔ)徹底治理，有效改善地基沉降。同時形成防水帷幕，阻止島體外面水流對島體的侵蝕。但此方案中高壓旋噴樁打孔深度會進入到現(xiàn)有袋裝砂結(jié)構(gòu)，袋狀砂破損存在砂泄漏的風(fēng)險，會波及到島體的穩(wěn)定性及安全性[5]。

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

3 結(jié)束語

本文結(jié)合某人工島登陸點現(xiàn)場實例，經(jīng)方案對比研究，提出了對沉陷治理的有效方法，其成功經(jīng)驗可為類似工程的治理提供借鑒。針對登陸點下部基礎(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行處理。對于路面下部的空洞，由于填充不密實等因素影響，采用注漿法進行填充，保證下部的密實。