CN106400860B - 海工块石基床加固方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海工块石基床加固方法，包括：搭设驳船平台；布置悬臂施工平台；利用驳船平台进行外排孔的钻孔及灌浆处理；利用悬臂施工平台进行内排孔的钻孔及灌浆处理；灌浆处理后，对海工块石基床表层开挖，并对开挖后的块石层顶部进行模袋混凝土的浇筑处理；利用驳船平台进行中间孔的钻孔及灌浆处理；其中，在进行钻孔及灌浆处理时，采用隔离管将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离。本发明的方法，在对码头抛石基床前肩钻孔时，可有效避免孔位偏移，精确控制钻进孔位，且对灌浆液的灌浆参数进行实时监测与控制，确保灌浆质量和施工进度，提高施工效率，有效减少原材料使用量，节约成本；此外，本发明还提供一种用于上述方法的设备。

Description

海工块石基床加固方法及设备

技术领域

本发明涉及水利水电工程领域，尤其涉及一种海工块石基床加固方法及设备。

背景技术

随着国内水利水电工程建设的快速发展，处理范围、深度、地层结构呈现复杂化、多元化。现有技术中，在对码头泊位的海工块石基床前肩进行加固时，常采用跟管钻进的处理方法对基床直接钻孔与灌浆，该方法处理重力式方块结构的码头泊位存在以下缺陷：在对海工块石基床进行钻孔时，钻具会受到海水波动的影响在孔位点附近漂移，无法确保孔位的精度及钻孔的深度，导致后续灌浆质量降低、浆量增加，成本提高，进度滞后。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种海工块石基床加固方法，在对基床前肩钻孔时，可有效避免孔位偏移，精确控制钻进孔位，且对灌浆液的灌浆参数进行实时监测与控制，确保灌浆质量和施工进度，提高施工效率，有效减少原材料使用量，节约成本；此外，本发明还提供一种用于上述方法的设备。

为了实现本发明的上述目的，本发明一方面提供一种海工块石基床加固方法，包括：

在固定于码头泊位处的驳船上搭设驳船平台；

在码头前沿线布置悬臂施工平台；

利用驳船平台对海工块石基床进行外排孔的钻孔及灌浆处理；

利用悬臂施工平台对海工块石基床进行内排孔的钻孔及灌浆处理；

对外排孔和内排孔灌浆处理后，对海工块石基床表层开挖，并对开挖后的块石层顶部进行模袋混凝土的浇筑处理；

对块石层顶部浇筑处理后，利用驳船平台对海工块石基床进行中间孔的钻孔及灌浆处理；

其中，在对海工块石基床进行钻孔及灌浆处理时，采用隔离管将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离。

其中，在驳船上搭设驳船平台包括如下步骤：

在驳船的船舱表面铺设钢板，使钢板的一部分伸出驳船的船沿，形成外伸平台；

将钢板与驳船固定连接为一体；

在外伸平台上间隔开设用于导向和定位的多个导向孔。

优选的，采用隔离管将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离包括如下步骤：

确定待钻孔处的孔位；

根据所述孔位确定所述外伸平台上的导向孔的位置；

利用吊具，将隔离管顺着确定位置的导向孔下设至海工块石基床的待钻孔处，以便将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离。

优选的，所述隔离管的顶部向上伸出于所述外伸平台，隔离管的底部砸入淤泥至抛石层表面。

其中，利用驳船平台对海工块石基床进行外排孔的钻孔及灌浆处理包括如下步骤：

将钻孔装置的钻具下设在隔离管内，利用跟管钻进在海工块石基床的抛石层一次成钻孔，并通过同步下放到钻孔处的套管形成灌浆孔；

在灌浆孔内下设射浆管，利用灌浆装置经由射浆管将灌浆料灌注到抛石层的缝隙内。

优选的，所述隔离管的内径大于所述套管的外径。

其中，将驳船固定于码头泊位处包括如下步骤：

在驳船的船舱内回填砂石料，以便作为配重增加驳船的稳定性；

通过四锚定位与横向支撑，将驳船固定于码头泊位处。

其中，通过四锚定位与横向支撑、将驳船固定于码头泊位处包括如下步骤：

在驳船每侧的船头和船尾处分别安置一根船锚；

将驳船的靠近码头一侧的两个船锚分别系在码头的一对系船柱上，以便横向牵拉支撑驳船；

将驳船的远离码头一侧的两个船锚分别沉落固定在远离码头的海底，以便利用锚索在海底斜向牵拉驳船。

此外，本发明还提供一种用于如上所述海工块石基床加固方法的设备，包括：搭设在固定于码头泊位处的驳船上的驳船平台；布置在码头前沿线的悬臂施工平台；对海工块石基床进行钻孔及灌浆处理的钻孔装置和灌浆装置；用于对海工块石基床表层开挖的挖掘装置；用于在对海工块石基床进行钻孔及灌浆处理时、将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离的隔离管。

其中，所述驳船平台包括：铺设在驳船船舱表面且与驳船固定连接为一体的钢板，钢板的一部分伸出驳船的船沿，形成外伸平台；其中，在外伸平台上间隔开设用于导向和定位的多个导向孔。

本发明的有益效果体现在以下方面：

1、本发明根据地层情况及钻孔深度，选择适宜的钻具搭配使用，实现跟管钻进一次成孔，可大大提高跟管钻进的施工功效，有效减免孔故率的发生，降低了施工成本，保证施工顺利完成。

2、本发明采用隔离管将将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离，以便在隔离管内形成相对外界的流动海水静止的静水区域，使得外界海水的波动不会影响到隔离管内部，且钻具下设在隔离管内进行钻孔，使得钻孔孔位与设计孔位之间偏差小，利于后续钻孔灌浆施工，提高施工工期。

3、本发明根据地层特点在选用不同的灌浆参数进行复合灌浆，且随时监测控制各灌浆参数，保证灌浆质量，有效减少原材料使用量，节约施工成本，降低工程造价；

4、本发明采用分段卡塞灌浆技术，能精准分辨施工部位地层结构的渗漏情况，为准确处理好该部位提供施工依据。

5、本发明的驳船在作业时，可以稳定地固定在海面上，便于钻孔、灌浆作业的顺利进行。

附图说明

图1是采用本发明海工块石基床加固方法加固的码头断面图；

图2是驳船固定示意图；

图3是悬臂施工平台平面布置图；

图4是悬臂施工平台正面图；

图5是悬臂施工平台断面图；

图6是三角架的结构示意图；

图7是外排孔钻孔灌注位置示意图；

图8是内排孔钻孔灌注位置示意图；

图9是倒梯形区域块石拆除清理后上下平台及斜坡浇筑模袋示意图；

图10是中间孔钻孔灌注位置示意图；

图11是内、外排孔钻孔孔位布置图；

图12是中间孔钻孔孔位布置图；

图13是下设导向管的示意图；

图14是跟管钻进并灌浆至灌浆孔第一段顶部的示意图；

图15是灌浆至灌浆孔第二段顶部的示意图；

图16是灌浆至整个灌浆孔的示意图；

图17是本发明的灌浆装置及灌浆自动监测控制系统连接的简图；

图18是钢筋支撑架铺设示意图；

图19是模袋混凝土浇筑示意图；

图20是本发明钻孔灌浆时隔离管、套管与射浆管位置关系的横截面图。

具体实施方式

本发明一方面提供一种海工块石基床加固方法，包括如下步骤：

在固定于码头泊位处的驳船上搭设驳船平台；

在码头前沿线布置悬臂施工平台；

利用驳船平台对海工块石基床进行外排孔的钻孔及灌浆处理；

利用悬臂施工平台对海工块石基床进行内排孔的钻孔及灌浆处理；

对外排孔和内排孔灌浆处理后，对海工块石基床表层开挖，并对开挖后的块石层顶部进行模袋混凝土的浇筑处理；

对块石层顶部浇筑处理后，利用驳船平台对海工块石基床进行中间孔的钻孔及灌浆处理；

其中，在对海工块石基床进行钻孔及灌浆处理时，采用隔离管将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离。

下面，以采用本发明的方法对具有如图1所示的码头抛石泊位前肩进行加固施工为例，对本发明的加固方法进行描述。

其中，如图1所示的码头泊位为重力式方块结构，即，在海工块石基床1上方为若干实心方块2，在实心方块2上安装低位的卸荷板3，在卸荷板3上由混凝土浇注成胸墙4。该码头后方为回填的棱体块石和开山石6，桥式抓斗卸煤机的前轨设置在码头的胸墙4上，后轨安装在由冲孔灌注桩支撑的轨道梁上。在码头前方设置系船柱7，系船柱7的间距为20m～30m不等。码头靠船护舷5采用鼓形橡胶护舷，橡胶护舷的间距根据实际情况确定，如可间隔16.0m。

当对该码头前肩进行加固时，先做好施工前准备，如：准备施工用水及用电，合理布置制浆站，其中，本发明采用集中搅拌供浆方式，使用送浆泵进行送浆，设置PVC管道沿码头边沿顺直铺设，每隔一定间距(如30m)设置一阀门，方便供浆使用，且考虑到施工轴线较长，供浆泵在不满足供浆要求情况时，在供浆管路中间设置一浆液中转站增加浆液管道内浆液压力，以防止浆液沉淀造成堵管；然后进行施工平台的搭设。

本发明采用驳船施工平台和在码头上的钢结构悬臂施工平台相结合的两种平台，布置时，驳船施工平台和悬臂施工平台可同时进行，也可先后进行。

其中，在布置驳船施工平台前，需将驳船8固定于码头泊位处(如图2所示)，其包括如下步骤：

在驳船8的载重船舱内回填砂石料，以便作为配重增加驳船8的稳定性；

通过四锚定位与横向支撑，将驳船8固定于码头泊位处。

其中，通过四锚定位与横向支撑、将驳船8固定于码头泊位处包括如下步骤：

在驳船8每侧的船头和船尾处分别安置一根船锚10；

将驳船8的靠近码头一侧的两个船锚分别系在码头的一对系船柱上，以便横向牵拉支撑驳船；

将驳船8的远离码头一侧的两个船锚分别抛远锚沉落固定在远离码头的海底，以便利用锚索在海底斜向牵拉驳船8。

通过四锚定位与一对缆绳的横向牵拉，可以进一步增加驳船8在海面上的稳定性。

将驳船8固定于码头泊位后，在驳船8上搭设驳船平台，包括如下步骤：

首先，在驳船8的载重船舱表面铺设钢板，使钢板的一部分伸出驳船的船沿，以便伸出船沿部分的钢板形成外伸平台12；

然后，将钢板与驳船8固定连接为一体，优选的，钢板与驳船8焊接连接在一起；

最后，在外伸平台12上以一定间隔开设用于导向和定位的多个导向孔13，多个导向孔13为直径相同且竖直贯穿钢板的圆孔。

其中，本发明在驳船上设置外伸平台12，即可以用于作为工作人员的施工面，又可以作为后续对块石基床钻孔灌浆施工进行导向和定位的预留孔。通过在外伸平台12上钻设导向孔，避免现有技术在驳船甲板上钻孔、而对甲板造成的损坏。

其中，将驳船8固定于码头时，还利用顶杆结构侧顶，以便控制孔位距离，保证孔位准确。具体的，顶杆结构采用钢架结构，顶杆结构的一侧焊接在驳船施工平台上，顶杆结构的另一侧支撑在码头侧壁，在顶杆结构的顶端焊接一个滑轮，当驳船随着海水的波动而上下浮动时，顶杆结构顶端的滑轮可沿着码头侧壁上下滑动，相应的，在码头侧壁上的与滑轮安装位置相对应的位置处，用槽钢加工出一条供滑轮上下滑动的滑道，使滑轮能够轻易的在码头侧壁上上下滑动。

其中，根据需要确定相邻导向孔的间距，在施工导向孔时，驳船平台上的施工面其它临水部位全部使用移动式护栏9进行安全防护，确定施工人员安全，并设置专人根据海上潮起潮落情况，随时松紧靠近码头侧两锚索所连接的缆绳，防止缆绳拉断伤人。

本发明的施工平台除了驳船平台外，还包括布置在码头前沿线上的悬臂施工平台，该悬臂施工平台包括：沿码头纵向依次布置且垂直于码头前沿线的一排三角架14，用于作为受力骨架；将一排三角架14中相邻的两个三角架横向连接在一起的横梁15；铺设在一排三角架14上的板材16；植入在每个三角架14后端两侧的一对锚筋17；与每个三角架14对应安置且其两端与该三角架14两侧的一对锚筋17固定连接的U型环18。

在码头的岸上布置上述悬臂施工平台包括如下步骤：

由H型钢焊接成若干三角架，以便作为施工时的受力骨架，若干三角架沿码头纵向垂直于码头前沿线布置，间距1.5m，伸入码头前沿线1.6m，悬臂4.8m；

在若干三角架横向设置两排横梁，以便通过横梁将若干三角架连接在一起(平面布置图如图3所示，该平面布置图也为图4所示正面图的俯视图)，横梁采用20#槽钢与三角架满焊；

在连接在一起的三角架上方铺设板材(如4cm厚的木板)，布置图详见图3-图6)；

在每个三角架14的后锚点采用微膨胀水泥植筋20，植筋距前沿线1.1m～1.2m，以支撑三角架；

在每个三角架后端两侧靠近后锚点的位置处各设置一个锚点，并植入一对锚筋17，锚筋采用二级热轧螺纹钢Φ28mm，植入锚筋深度1000mm，外露200mm的部分与采用Q235圆钢Φ28mm做成的U型环反扣于三角架的后端(如图6所示)。

另外，在悬臂施工平台的临海平台周边设置间距2m、高1.5m的防护栏19，并用防护网将施工平台周边围好，通过在施工平台前沿设置移动式防护栏，确保工作人员的施工安全。

其中，施工时，三角架按照预设的图纸尺寸及角度进行下料，焊接时，焊接部位的焊缝饱满，采用焊脚高度K>8.0mm的角焊缝。每个三角架制作完成后在25T吊车的配合下进行就位、焊接U型环、上锚筋的步骤。

在将施工平台搭设完毕之后，对海工块石基床进行钻孔及灌浆处理，而在处理之前，对海工块石基床的情况进行探摸，以便后续的钻孔及灌浆处理可以顺利进行。并且，在对海工块石基床进行加固施工的期间内，在码头前沿护轮坎附近设置多个沉降位移观测点，相邻沉降位移观测点间距27m。施工期间每天进行监测，以便一旦发现异常及时采取措施。

对海工块石基床进行钻孔及灌浆处理包括对远离码头的外排孔22、靠近码头的内排孔23、位于外排孔22和内排孔23之间的中间孔24分别进行钻孔及灌浆处理的步骤，其中，本发明的方法中，施工顺序如下：首先利用驳船平台对海工块石基床进行外排孔的钻孔及灌浆处理(如图7所示)，然后利用悬臂施工平台对海工块石基床进行内排孔的钻孔及灌浆处理(如图8所示)，在对外排孔和内排孔灌浆处理后，对海工块石基床表层21开挖，并对开挖后的块石层顶部进行模袋混凝土的浇筑处理(如图9所示)，最后利用驳船平台对海工块石基床进行中间孔的钻孔及灌浆处理(如图10所示)，各钻孔孔位布置图如图11、图12所示。

本发明采用先对外排孔、内排孔进行钻孔灌浆，后开挖块石基床表层，开挖后对挖掘形成的区域浇筑模袋混凝土，以便对上部扰动块石复灌的施工工序能够保障块石基床加固体全面充填，以便满足施工设计要求。其中，采用模袋混凝土能在块石基床表面形成一个保护壳25，使整个灌浆区域形成一个整体防止海浪冲刷，提高加固效果。

其中，在对海工块石基床进行钻孔及灌浆处理时，采用隔离管将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离，以便钻孔时，待钻孔处上方的海水与隔离管外的周围海水之间无流动。即，在隔离管内形成相对外界流动海水静止的静水区域，外界海水的波动不会影响到隔离管内部，当钻具在隔离管内钻孔时，不会因海水的波动而影响钻孔的孔位，从而减小钻孔孔位与设计孔位之间的偏差，利于后续钻孔灌浆施工，提高施工工期，极大避免现有技术中直接跟管钻进钻孔时孔位偏差大、需反复调整钻具而浪费大量时间、影响施工工期情况的发生。

优选的，本发明采用隔离管将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离包括如下步骤：

开孔前，利用全站仪精确确定待钻孔处的孔位；

根据所述孔位选择并确定驳船平台的外伸平台上的一个对应导向孔的位置；

利用吊具，将隔离管顺着确定位置的导向孔向下下放，直至隔离管被下设至海工块石基床的待钻孔处，使待钻孔处上方的海水与周围海水隔离。

优选的，下设的隔离管的高度大于驳船平台至海工块石基床的抛石层表面的垂直高度，即，应满足隔离管的底部砸入淤泥至海工块石基床抛石层表面、而隔离管顶部能够向上伸出于外伸平台导向孔一段距离的要求，且隔离管的高度应将驳船随海水涨落时的水位差的因素考虑在内，并且，设计时，应使导向孔的半径大于隔离管的半径，以便驳船上下浮动或左右波动时不会将隔离管从待钻孔处拔出。

在将隔离管下放至海工块石基床上后，隔离管底部穿过位于基床上部的淤泥和煤灰层、并固定在抛石基床的相邻块石之间(即，隔离管底部被位于待钻孔处周围的相邻块石夹住而固定不动)，隔离管顶部穿过当前的导向孔并相对导向孔向上伸出一部分，在驳船波动时，隔离管始终立在待钻孔处的孔位处固定不动，然后利用驳船平台对海工块石基床进行外排孔的钻孔及灌浆处理：

将钻孔装置的钻具下设在隔离管内，利用跟管钻进在海工块石基床的抛石层一次成钻孔，并通过同步下放到钻孔处的套管形成灌浆孔；

在灌浆孔内下设射浆管，利用灌浆装置经由射浆管将灌浆料灌注到抛石层的缝隙内。

其中，在钻孔装置的钻具下设隔离管之前，需对待钻孔孔位进行复测，在钻杆下设时，以钻杆为孔位点再进行一次复测，结果无误后钻具开始钻孔施工。

其中，为了便于跟管钻进，本发明的隔离管27的内径大于在其内下设的套管28的外径，而套管28的内径大于射浆管29的外径，钻孔灌浆作业时，隔离管、套管、射浆管的位置关系如图20所示。

本发明在钻孔时，采用全液压潜孔钻机跟管钻进法钻孔施工，在隔离管内下设钻具钻孔，跟管钻进，钻至设计孔深后，自下而上分段卡塞进行灌浆。钻孔的深度以钻穿抛石层为基准，其中，钻孔灌浆过程如图13-图16所示，灌浆孔的施工应按灌浆程序，分序分段进行。进行钻孔作业时，所有钻孔应统一编号，并注明各孔的施工次序，下面，详细描述钻孔灌浆过程：

1、待钻孔的孔位测量定位就绪后，下设隔离管至块石基床的抛石层表面，如图13所示。

2、采用潜孔钻机在隔离管内跟管钻进至设计孔深，同步下放套管形成灌浆孔。

3、潜孔钻机起拔钻杆，在套管形成的灌浆孔内下设射浆管，然后起拔套管至灌浆孔第一段顶部，下设水压塞，连接射浆管的管路进行灌浆，以便灌浆液灌注到灌浆孔及抛石层的缝隙内，如图14所示。

4、灌浆孔的第一段灌注结束后，起拔套管至灌浆孔的第二段顶部，继续灌浆，如图15所示。

5、灌注第二段结束后，继续起拔套管，灌注第三段，……，重复上述起拔套管及灌浆的步骤，由下至上分段卡塞灌浆，直至灌浆料灌注到整个灌浆孔内。

6、整个灌浆孔灌满灌浆料后，取出水压塞，利用灌浆管对灌浆孔的孔口注入0.5:1的水泥浆进行封孔处理，起拔灌浆管及孔口管，整孔灌浆结束，如图16所示。

其中，采用跟管钻进所需设备可采用现有技术的设备，而跟管钻进的方法与现有技术采用方法相同，在此不对其过程进行描述。

需要说明的是，在对块石基床进行外排孔与内排孔的钻孔灌浆时，均可以采用上述的下设隔离管并在隔离管内下设钻具跟管钻进的方法。

本发明在使用驳船施工平台进行钻孔灌浆施工的过程中，海水的涨潮落潮只是对驳船造成上下起伏，增加或减少隔离管相对海水中的距离，并不会影响隔离管内进行的钻孔及灌浆施工，确保钻孔孔位不会偏移，提高钻孔效率与加固施工效率，缩短工期，减少施工成本。

在灌浆时，灌浆孔各段的长度可以根据设计孔深的实际情况确定，在灌浆时，灌浆的最大压力不大于0.7MPa。优选的，本发明利用灌浆装置经由射浆管将灌浆料灌注到抛石层的缝隙内时，还包括采用灌浆自动监测控制系统对灌浆压力、注入率、浆液密度进行实时监测及控制的步骤。

具体的，本发明的灌浆装置采用如图17所示的结构，包括：配浆搅拌机30；与配浆搅拌机30连接的供浆管31；与配浆搅拌机30连接的灌浆泵33；与灌浆泵33连接的进浆管34与回浆管41；用于安置在套管内的射浆管29；用于将射浆管29与进浆管34连接的灌浆塞40；与配浆搅拌机30和灌浆泵33分别连接的灌浆自动监测控制系统；以及，安装在回浆管41的靠近灌浆孔处的用于调节灌浆压力的高压调节闸阀37；安装在进浆管34或射浆管29上的用于防止射浆管内的灌浆液倒流回进浆管的逆止闸阀38。进行灌浆的射浆管可以采用现有技术的套阀管组件。

其中，本发明的灌浆自动监测控制系统包括：安装在进浆管34的位于灌浆孔的孔口处的压力表35和压力传感器36；安装在灌浆泵33处的压力表43(各压力表和管路之间设置隔浆装置)；安装在灌浆泵33与配浆搅拌机30之间的流量传感器32；安装在钻具上的检测钻进深度的位移传感器44；与压力传感器36、流量传感器32、配浆搅拌机30、位移传感器44分别连接的灌浆记录仪42，用于对灌浆时的压力、注入率、灌浆液的密度、流量等进行实时监测及控制。

在灌浆过程中，若灌浆压力达到0.7MPa时，注入率不大于2L/min，继续灌注20min。该结束标准适用于内、外排孔下部灌浆段(除孔口段)和中间孔灌浆段，内外排孔孔口段注浆时，孔口返浆即可作为结束标准。在灌浆孔封孔时，可以采用“机械压浆封孔法”或“压力灌浆封孔法”。封孔材料选用水灰比为0.5:1的水泥浆液。

其中，本发明的灌浆记录仪42选用GMS1-4型(压力、注入率)灌浆自动记录仪，该记录仪可同时监控8套灌浆装置、64个(种)不同类型传感器，还可同时进行固结灌浆，帷幕灌浆，接缝灌浆，回填灌浆，超高压灌浆(大于10MPa)，大流量灌浆(大于100L/min)，化学灌浆等多种灌浆方法。外业独立数据采集，支持多台计算机采集的数据自动合并，在采集灌浆数据的同时可实时显示灌浆过程中的各种参数，记录和曲线，并进行智能内业资料整理，使灌浆现场采集的数据自动生成灌浆规范中的各种曲线、报表和数据成果分析图表。灌浆自动记录仪具备强大的网络支持功能(C/S结构)，一台服务器可以同时采集多个一体机客户终端数据，便于现场工程师统筹监控整个工程各个工作面灌浆施工过程的数据，灌浆记录的数据库具有加密功能，操作人员无法修改原始记录，可确保原始资料的真实性。

施工时，可以在施工现场安装简易的局域网，方便监理、业主在局域网实时监控灌浆施工数据(也可以在Internet网上远距离实时监控)，可直接监视多个灌浆过程，控制每一个灌浆过程按预定程式进行，并可按规范要求自动生成所有统计报表及成果图。

本发明的灌浆自动监测系统监测的参数包括灌浆压力、注入率、地面抬动值。系统输出的数据包括平均灌浆压力、最大灌浆压力、注入率、累计注入浆量、累计注入灰量、灌浆强度值(GIN)等，输出的曲线包括灌浆压力—时间曲线、注入率—时间曲线、累计注灰量—时间曲线、GIN曲线等6种关系曲线，输出的表格包括灌浆记录表、压水试验记录表。

其中，各个孔段的灌浆压力、注入率、累计注灰量和GIN值实时显示在灌浆记录仪42计算机的显示屏上，实时反映各孔段灌浆全过程的记录表格和曲线，可随时予以调阅或打印。根据所获得的信息，施工技术人员、监理人员可以对一个孔段的灌浆过程进行检查、分析、判断决策，并通过专用电话对施工机组的操作进行指挥，从而大大地加强了现场技术人员对灌浆操作的直接控制力，有效地保证了灌浆工程的质量。

此外，还采用灌浆数据处理系统，其与灌浆自动监测系统连接并配套使用，由灌浆自动监测系统采集记录各项数据，再自动转入数据处理系统进行统计运算，以便直接生成满足规范要求的全套成果表、单位注灰量频率曲线、综合剖面图等，使得整个灌浆过程更加透明、直观。

其中，受工程水文、地质条件的影响，普通配合比的灌浆液在本发明的海工块石基床加固工程中发挥不了很大作用，满足不了工程质量要求，因此，根据现场试验室做出的试验结果以及对试验结果的分析，采用混合稳定灌浆液进行灌注。

本发明采用的复合灌浆液包括：水泥浆和外加剂。水泥浆采用的水泥标号不得低于42.5#，如采用普通42.5#硅酸盐散装水泥。考虑到海水对水泥的腐蚀，在水泥浆液中添加外加剂，外加剂包括BQ-8复合密实抗磨防腐剂，其由磨细矿渣、硅粉、硅灰、化学密实剂等复合而成，加入水泥混凝土中可降低温升，改善工作性能，增加后期强度，可改善砼内部结构，增加砼的密实性，提高砼的耐久性和抗侵蚀能力，抑制海水中硫酸盐的侵蚀，抑制砼碱－骨料反应，增加抗磨、抗裂、提高防渗等级和抗冻性能，增加加固效果。

此外，还可以根据灌浆需要在水泥浆液中掺入下列一种或多种掺合料：

a、砂：选用质地坚硬的天然砂或人工砂，粒径不宜大于2.5mm，细度模数不宜大于2.0，SO3含量宜小于1％，含泥量不宜大于3％，有机物含量不宜大于3％；

b、膨润土：符合Ⅱ级及以上标准的膨润土，细度要求过0.074mm筛筛余≤4.0％。

c、粉煤灰：选用精选的粉煤灰不宜粗于同时使用的水泥，烧失量宜小于8％，SO3含量宜小于3％；

d、其它掺合料。

进一步的，可以根据灌浆需要在水泥浆液中掺入除BQ-8复合密实抗磨防腐剂之外的下列外加剂中的一种或多种：

a、速凝剂：水玻璃(硅酸钠)，氯化钙，三乙醇胺等；

b、减水剂：萘系高效减水剂、木质素磺酸盐类减水剂等；

c、稳定剂：膨润土及其它高塑性粘土等；

d、增粘剂：羟乙基纤维素HEC；

e、水下混凝土不离析外加剂。

其中，若在水泥浆中加入外加剂，则所有外加剂凡能溶于水的应以水溶液状态加入。

优选的，本发明在施工前期采用的灌浆液的水灰比为0.8:1，此时灌浆液组分包括浆液灌水、水泥、粉煤灰、防腐剂，且各组分配比为稳定浆液灌水：水泥：粉煤灰：防腐剂＝1.05：1：0.3：0.04，该灌浆液的强度要求满足设计要求的M10。在后续施工浆液中根据情况掺加外加剂，例如加入增粘剂羟乙基纤维素HEC和/或BQ-8复合密实抗磨防腐剂和/或水玻璃，增粘剂具有良好的保水性，能明显的降低浆液的泌水性，能够很好的提高大流动性浆液的抗离析能力，BQ-8复合密实抗磨防腐剂可提高耐久性和抗侵蚀能力，抑制海水中硫酸盐的侵蚀，增加抗磨、抗裂、提高防渗等级和抗冻性能，增加加固效果，水玻璃能加快速凝时间。优选的，为提高灌浆效果，更好的提高灌浆液的强度，保证灌浆液在一定范围内扩散，后续灌浆液配比将增加使用0.6:1和0.5:1的浆液，并根据孔内吃浆量情况，可由浓至稀或者由稀至浓灌注。

在灌注灌浆液的过程中，会遇到各种特殊情况，当遇到如下特殊情况时，分别按如下方法处理：

(1)灌浆过程中因故造成长时间灌浆中断的，中断后立刻用清水冲洗灌浆孔段，正常后扫孔重新复灌。

(2)灌浆过程中，如发生抬动，可采取降压、限流处理，处理无效，改用浓灌浆液灌注，然后，待凝并扫孔复灌。

(3)塌孔段处理：当钻孔遇到塌孔段时，钻至终孔深度，下入钻杆至孔底，用大流量水冲孔，有回水时，至返清水为止；当不返清水时，冲孔时间不小于30min。然后在不间断冲孔的情况下，连续灌注稳定性浆液，至灌浆结束。

(4)大耗浆孔段处理：如灌浆段遇见大量吸浆且难以结束时，首先采取低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等措施；必要时浆液中掺加适量速凝剂；待凝或在浆液中掺加掺和料，如细砂等。经处理后还应扫孔复灌直至正常结束。

(5)在不吃浆孔位、孔段处理：如灌浆段或灌浆孔不吃浆，首先采取增加压力的措施来处理，必要情况下可适当的在该孔部位进行加密。

(6)在灌浆工程中遇到爆管情况的发生，首先关闭灌浆泵、暂停记录仪查明原因，立即接用新的灌浆高压管进行灌浆。

灌浆结束后，为确保施工质量，对灌浆质量进行检测。

其中，在外排孔和内排孔施工完成后，对块石基床表面的1.5m厚的块石层进行开挖，并在整个块石基床上部浇筑模袋混凝土(混凝土标号为C20)，在混凝土达到一定强度后，采用地质岩芯钻机钻设中间孔，并对中间孔进行孔口卡塞、全孔压力灌浆。中间孔的钻进与灌浆过程也采用上述的先下设隔离管、然后在隔离管内下设钻具跟管钻进钻孔、灌浆的方法，在此不进行描述。

其中，在对块石基床表面进行梯形槽开挖时，以人工开挖为主，机械为辅。施工前，先由潜水员对基床进行水下探摸，并测量清理区域的泥面标高情况，探摸完成后方进行水下块石的清理。

块石基床表面大部分覆盖有一层煤渣，在块石清理前，先用空压机将煤渣清理干净并露出基床块石后再进行块石的人工清理。潜水员先用铁锹将基床表面块石撬松动，然后通过网兜或其他搬运工具将块石搬运至机械开挖的区域。如遇较大块石人工无法搬运的，采用小抓斗式挖泥船(如2.5m3抓斗式挖泥船)将其挖除，挖除前由潜水员对大块石的位置进行定位，机械开挖过程中，潜水员必须上岸避让。

考虑到机械开挖区域离前趾较远，对码头稳定的影响较少，水下开挖块石工程量大，需要挖掘能力较大的挖泥船，该区采用带齿的4m3抓斗挖泥船进行开挖。为实时掌握潮位情况，在码头边上设置水尺。根据实际潮位，通过在吊斗上的钢丝绳上标记刻度控制下斗深度。开挖分层进行，每层厚度0.5m。抓斗挖泥船从岸侧往海侧开挖。开挖过程中，由专人负责测量水下基床面的标高，挖完一层后测量人员检查整个开挖区的标高情况，开挖至最后一层时，严格控制下斗深度，确保超深控制在0.3m以内、超宽控制在0.5m以内，如前沿坡脚处超深超宽过大，及时做好标记并由挖泥船进行补抛至设计边线。

开挖梯形槽后，要满足以下质量要求：

(1)开挖的平面位置应满足设计要求，断面尺寸不应小于设计规定；

(2)平均超深允许偏差0.3m；平均超宽、超长允许偏差0.5m。

在码头前沿基床上表面开挖后，在形成的梯形槽的区域铺设模袋混凝土25，铺设时，根据土工织物的幅宽、纵横向收缩率和设计要求确定每片模袋的总体尺寸，并预留收缩量。优选的，本发明的模袋混凝土采用的模袋为230g/m2的长丝机制布。考虑土工织物的幅宽、纵横向收缩率、预留孔(为压力灌浆预留的固定孔)设置等要求确定每片模袋的总体尺寸，并预留收缩量，冲灌后模袋布的纵向收缩率约1％，横向收缩率约为5％。

模袋铺放采用陆上制作钢筋支撑架绑扎模袋，制作加工完成后采用吊车向水下沉放，潜水员在水下配合吊车将模袋沿码头方向，自灌浆加固区一侧，定位、沿开挖断面顺直铺设混凝土模袋。模袋布置图如图18、图19所示。

模袋铺设具体步骤如下：

1)基床表层开挖完成后，用高压水枪清理基床表面的碎石、煤灰及沉渣，表面清理干净后开始下设模袋，浇筑混凝土。

2)采用Ф16的螺纹钢筋制作模袋支撑架(亦作为模袋压重)，在陆上通过20号铁丝将定制好的模袋与钢筋支撑架绑扎固定在一起，间隔30cm绑扎一道，使钢筋支撑架和模袋形成一个牢固的整体。

3)采用25t吊车起吊钢筋支撑架与模袋结合体，在设计位置上慢慢下设至海水中，每个钢筋支撑模袋下沉时，在码头面上做好记号，下沉时注意控制下沉速度。

4)潜水员在水下配合吊车对钢筋支撑架进行调整定位，按照开挖后的标准边坡断面进行定位安放。

5)混凝土浇筑前，潜水员将浇筑混凝土用的橡胶软导管26插入模袋袋口，绑扎紧固，做好打灰前准备及检查工作。

6)每幅模袋浇筑完成后，在下设下一幅模袋时，必须叠压上幅模袋不小于30cm，保证相邻2幅模袋之间不留空隙。

水下模袋混凝土浇筑时，水下不分散混凝土主要掺加絮凝剂，并增加胶凝材料的用量。水下不分散混凝土可达到水下浇筑混凝土不发生离析，并可自流平自密实，水下成型混凝土质量良好。水下模袋混凝土采用商品混凝土，强度为C20，混凝土坍落度控制在180-220mm之间。

水下模袋混凝土采用混凝土泵车进行浇筑，混凝土泵车布置于码头卸煤船送机外侧，通过泵管送至码头前沿。浇筑混凝土时，考虑浇筑位置离码头顶面距离因素，水下部分导管为软管连接，以利于水下浇筑时调整就位。

在确定模袋无偏移，现场准备工作完成后，由潜水员将混凝土泵的软管口插人预留孔，伸至模袋内，扎牢后，即开机输送灌注混凝土。

浇筑模袋混凝土采用如下顺序：先由如图18所示的上平台开始浇筑，再浇筑下平台，最后浇筑斜坡段，避免在斜坡段混凝土自重下，模袋发生位移。

浇筑混凝土时，先自最边上的预留孔进行灌注，自预留的混凝土灌注口开始灌注混凝土，缓慢浇筑，直至浇筑至模袋混凝土顶部位置，将1个缝制隔层单位全部充填完成混凝土后，移至下一个缝制隔层预留孔进行灌注。

灌注由两名潜水员共同浇筑，一人移动泵管，一人整平并经常检查混凝土是否出现离析或超量，检查模袋和模袋架是否松脱移位等，同时还需检查灌注范围是否灌实。潜水员通过信号绳，传递开始和停止灌注混凝土的信息，潜水工作船上的辅助人员立即告知现场施工员，施工员通过对讲机指挥泵车开始或停止。

灌注好一个缝制隔层单位后，由指挥员通过对讲机指挥泵车停车，松开模袋灌注袋口扎绳，抽出灌注管后迅速扎牢灌注袋口，同时将输送管口移插至下一缝制隔层袋口进行混凝土灌注。

模袋浇筑过程中和混凝土初凝完成后，由潜水员检查模袋的情况，有无模袋涨破或损坏，如有，由潜水员将破损模袋中的混凝土取出，再将破损模袋移除，重新铺设完整无损的模袋，重新浇筑混凝土。

此外，本发明还提供一种用于如上所述海工块石基床加固方法的设备，包括：搭设在固定于码头泊位处的驳船上的驳船平台；布置在码头前沿线的悬臂施工平台；安装在驳船平台和悬臂施工平台上的用于对海工块石基床进行钻孔的钻孔装置和灌浆处理的灌浆装置；安装在驳船平台和/或悬臂施工平台上的用于对海工块石基床表层开挖的挖掘装置；安置在驳船平台上的用于将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离的隔离管；用于通过灌浆装置灌注到海工块石基床内的灌浆液；以及浇筑在海工块石基床表面开挖区域的混凝土模袋。

其中，隔离管的高度大于驳船平台至海工块石基床的抛石层表面的垂直高度，优选的，隔离管的高度大于驳船位于最高水位时、驳船平台至海工块石基床的抛石层表面的垂直高度。

其中，隔离管的内径大于套管的外径，导向孔的内径大于隔离管的外径。

其中，所述驳船平台包括：铺设在驳船船舱表面且与驳船固定连接为一体的钢板，钢板的一部分伸出驳船的船沿，形成外伸平台；其中，在外伸平台上间隔开设用于导向和定位的多个导向孔。

其中，悬臂施工平台包括：沿码头纵向依次布置且垂直于码头前沿线的一排三角架14，用于作为受力骨架；将一排三角架14中相邻的两个三角架横向连接在一起的横梁15；铺设在一排三角架14上的板材16；植入在每个三角架14后端两侧的一对锚筋17；与每个三角架14对应安置且其两端与该三角架14两侧的一对锚筋17固定连接的U型环18；以及植入在每个三角架的后锚点的水泥植筋。

其中，灌浆装置包括：配浆搅拌机30；与配浆搅拌机30连接的供浆管31；与配浆搅拌机30连接的灌浆泵33；与灌浆泵33连接的进浆管34与回浆管41；用于安置在套管内的射浆管29；用于将射浆管29与进浆管34连接的灌浆塞40；与配浆搅拌机30和灌浆泵33分别连接的灌浆自动监测控制系统；与灌浆自动监测系统连接并配套使用的灌浆数据处理系统；以及，安装在回浆管41的靠近灌浆孔处的用于调节灌浆压力的高压调节闸阀37；安装在进浆管34或射浆管29上的用于防止射浆管内的灌浆液倒流回进浆管的逆止闸阀38。进行灌浆的射浆管可以采用现有技术的套阀管组件。

其中，本发明的灌浆自动监测控制系统包括：安装在进浆管34的位于灌浆孔的孔口处的压力表35和压力传感器36；安装在灌浆泵33处的压力表43(各压力表和管路之间设置隔浆装置)；安装在灌浆泵33与配浆搅拌机30之间的流量传感器32；安装在钻具上的检测钻进深度的位移传感器44；与压力传感器36、流量传感器32、配浆搅拌机30、位移传感器44分别连接的灌浆记录仪42，用于对灌浆时的压力、注入率、灌浆液的密度、流量等进行实时监测及控制。

其中，本发明的钻孔装置包括两种，一种为用于钻设内外排孔的潜孔钻机机具，另一种为用于钻设中间孔的地质岩芯钻机机具。

此外，本发明的设备还包括其它辅助装置，如用于吊装隔离管的吊机、用于固定隔离管的固定装置，以及用于将驳船固定于码头泊位处的固定装置：用于回填在驳船的船舱内的砂石料，以便作为配重增加驳船的稳定性；用于将驳船固定于码头泊位处的四根锚索，以便定位与横向支撑驳船。

尽管上述对本发明做了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种海工块石基床加固方法，包括：

在固定于码头泊位处的驳船上搭设具有伸出于驳船船沿的外伸平台的驳船平台，并在外伸平台的外边缘开设多个用于导向和定位的导向孔；

在码头前沿线布置具有锚筋和与锚筋固定连接的U型环的悬臂施工平台；

利用驳船平台对海工块石基床进行外排孔的钻孔及灌浆处理；

利用悬臂施工平台对海工块石基床进行内排孔的钻孔及灌浆处理；

对外排孔和内排孔灌浆处理后，对海工块石基床表层开挖，并对开挖后的块石层顶部进行模袋混凝土的浇筑处理；

对块石层顶部浇筑处理后，利用驳船平台对海工块石基床进行中间孔的钻孔及灌浆处理；

其中，在利用驳船平台对海工块石基床进行外排孔、中间孔的钻孔及灌浆处理时，包括如下步骤：

利用吊具，将隔离管顺着用于导向和定位的导向孔下设至海工块石基床的待钻孔处，以便将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离；

将钻孔装置的钻具下设在隔离管内，利用跟管钻进在海工块石基床的抛石层一次成钻孔，并在隔离管内同步下放套管到钻孔处形成用于灌浆的作业孔；

在由套管形成的作业孔内下设射浆管，利用灌浆装置经由射浆管将灌浆料灌注到抛石层的缝隙内。

2.根据权利要求1所述的方法，在驳船上搭设驳船平台包括如下步骤：

在驳船的船舱表面铺设钢板，使钢板的一部分伸出驳船的船沿，形成外伸平台；

将钢板与驳船固定连接为一体；

在外伸平台上间隔开设用于导向和定位的多个导向孔。

3.根据权利要求2所述的方法，采用隔离管将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离包括如下步骤：

确定待钻孔处的孔位；

根据所述孔位确定所述外伸平台上的导向孔的位置；

利用吊具，将隔离管顺着确定位置的导向孔下设至海工块石基床的待钻孔处，以便将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离。

4.根据权利要求3所述的方法，所述隔离管的顶部向上伸出于所述外伸平台，隔离管的底部砸入淤泥至抛石层表面。

5.根据权利要求4所述的方法，所述隔离管的内径大于所述套管的外径。

6.根据权利要求1所述的方法，将驳船固定于码头泊位处包括如下步骤：

在驳船的船舱内回填砂石料，以便作为配重增加驳船的稳定性；

通过四锚定位与横向支撑，将驳船固定于码头泊位处。

7.根据权利要求6所述的方法，通过四锚定位与横向支撑、将驳船固定于码头泊位处包括如下步骤：

在驳船每侧的船头和船尾处分别安置一根船锚；

将驳船的靠近码头一侧的两个船锚分别系在码头的一对系船柱上，以便横向牵拉支撑驳船；

将驳船的远离码头一侧的两个船锚分别沉落固定在远离码头的海底，以便利用锚索在海底斜向牵拉驳船。

8.一种用于如权利要求1-7任一项所述海工块石基床加固方法的设备，包括：

搭设在固定于码头泊位处的驳船上且具有伸出于驳船船沿的外伸平台的驳船平台，其外伸平台的外边缘开设多个用于导向和定位的导向孔，利用驳船平台对海工块石基床进行外排孔和中间孔的钻孔及灌浆处理；

布置在码头前沿线的具有锚筋和与锚筋固定连接的U型环的悬臂施工平台，利用悬臂施工平台对海工块石基床进行内排孔的钻孔及灌浆处理；

吊具及利用吊具吊放的隔离管，隔离管顺着用于导向和定位的导向孔下设至海工块石基床的待钻孔处，以便将待钻孔处上方的海水与周围海水隔离；

安装在驳船平台上的钻孔装置，其钻具用于下设在隔离管内，以便利用跟管钻进在海工块石基床的抛石层一次成钻孔，并在隔离管内同步下放套管到钻孔处形成用于灌浆的作业孔；

安装在驳船平台上的灌浆装置，具有用于下设在由套管形成的作业孔内的射浆管，利用灌浆装置经由射浆管将灌浆料灌注到抛石层的缝隙内；

用于对海工块石基床表层开挖的挖掘装置。

9.根据权利要求8所述的设备，所述驳船平台包括：

铺设在驳船船舱表面且与驳船固定连接为一体的钢板，钢板的一部分伸出驳船的船沿，形成外伸平台；

其中，在外伸平台上间隔开设用于导向和定位的多个导向孔。