殷天軍，寧華宇*，寇曉強(qiáng)

（1.中交一航局第一工程有限公司，天津 300456；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

水下深層水泥攪拌樁（DCM）是海上加固軟弱地基的有效措施之一。其通過(guò)將固化材料（通常為水泥漿）利用特定設(shè)備注入原狀土中，并在原位通過(guò)強(qiáng)制切削攪拌后使固化材料與原狀土發(fā)生各種物理-化學(xué)反應(yīng)而形成具有一定強(qiáng)度的樁體，樁體和樁間土共同承載上部載荷形成復(fù)合地基，從而達(dá)到加固地基、提高承載力及穩(wěn)定性的作用。具有施工效率高、干擾少、污染小、適應(yīng)性強(qiáng)、免疏浚、可靠獲得預(yù)期強(qiáng)度、沉降一次性發(fā)展、殘余沉降量小等優(yōu)點(diǎn)。

水下DCM 施工技術(shù)于1984 年引入國(guó)內(nèi)，并在1988 年及1993 年于天津港及煙臺(tái)港進(jìn)行了較小規(guī)模的施工應(yīng)用，并取得了預(yù)期效果[1]。但由于應(yīng)用案例相對(duì)較少，國(guó)內(nèi)對(duì)此項(xiàng)施工技術(shù)的相關(guān)研究相對(duì)較少，還未形成一套完整、規(guī)范的設(shè)計(jì)方案、施工技術(shù)及工后檢測(cè)體系。本文通過(guò)深中通道沉管隧道基礎(chǔ)中該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，同時(shí)結(jié)合前期香港機(jī)場(chǎng)應(yīng)用情況，從設(shè)計(jì)方案優(yōu)化、施工工藝研究、工后檢測(cè)體系建立等方面進(jìn)行相應(yīng)的研究和總結(jié)。

1 工程概況

深中通道是粵港澳大灣區(qū)規(guī)劃建設(shè)的重大基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，是繼港珠澳大橋之后又一集橋、島、隧于一體的超大型跨海通道工程。該工程采用雙向八車(chē)道鋼殼沉管隧道方案，同時(shí)首次大規(guī)模采用水下DCM 處理工藝作為沉管隧道基礎(chǔ)。

本工程深層水泥攪拌樁處理體積達(dá)74 萬(wàn)m3，規(guī)模宏大。處理范圍地質(zhì)復(fù)雜，處理深度達(dá)風(fēng)化巖層，穿越地層種類(lèi)多，施工工藝控制要求高。特別是斜坡段區(qū)域，該區(qū)域地處采砂區(qū)，由于前期的采砂作業(yè)，嚴(yán)重改變了其原有地質(zhì)沉積分布結(jié)構(gòu)，使該區(qū)域地層分布極為復(fù)雜，淤泥與砂層交錯(cuò)分布，局部存在明顯的采砂坑，持力層分布也極不均勻。

深中通道沉管基礎(chǔ)DCM 采用單樁柱式布置形式，單樁截面呈梅花狀，直徑2.3 m，沿縱向間距3 m，根據(jù)上部載荷不同橫向間距分為3 m、4 m和5 m 三種，具體見(jiàn)圖1。施工樁底標(biāo)高從-26.86～-37.7 m 不等，樁頂標(biāo)高范圍-12.93～-27.84 m，60 d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為1.6 MPa 和1.2 MPa，對(duì)應(yīng)水泥摻量分別為320 kg/m3和280 kg/m3。

圖1 DCM 典型布置形式平面圖（cm）Fig.1 DCM typical layout plan（cm）

2 復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

2.1 設(shè)計(jì)強(qiáng)度優(yōu)化

以E1、E2 管底為例，初步設(shè)計(jì)要求28 d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（UCS）需滿(mǎn)足1.6 MPa 及1.2 MPa，相應(yīng)技術(shù)要求如表1。

表1 不同區(qū)域DCM 初步設(shè)計(jì)要求Table 1 DCM preliminary design requirements for different areas

但從工程需要及經(jīng)濟(jì)性角度分析，最大荷載均在DCM 施工成樁90 d 后進(jìn)行施加，結(jié)合JTS 147—2017《水運(yùn)工程地基設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]及實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，DCM 樁28～90 d 的UCS 仍持續(xù)明顯增長(zhǎng)[3]；從工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)角度來(lái)看，由于現(xiàn)場(chǎng)處于采砂坑區(qū)域，地質(zhì)情況復(fù)雜，試樁UCS 結(jié)果表明，當(dāng)水泥摻量超過(guò)規(guī)范要求的摻量上限時(shí)，UCS（28 d）仍存在一定的離散性，具體如圖2 所示。

圖2 試樁UCS（28 d）散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter diagram of test pile UCS(28 d)

鑒于以上情況，在保證DCM 施工質(zhì)量的同時(shí)，為提高其經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合工程需求及質(zhì)量控制要求對(duì)技術(shù)要求作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。假設(shè)90 d 單樁UCS 達(dá)到1.6 MPa 及1.2 MPa 即可滿(mǎn)足復(fù)合地基承載力要求，根據(jù)《水運(yùn)工程地基設(shè)計(jì)規(guī)范》單樁承載力特征值參照計(jì)算公式（1）：

式中：Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；Ap為攪拌樁的截面積，m2；η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.29；fcu為與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊（邊長(zhǎng)為70.7 mm 的立方體）在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90 d 齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值，kPa。

計(jì)算可得單樁承載力特征值Ra= 2 148 kN 及1 611 kN。

深層水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值按公式（2）：式中：fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa；m為攪拌樁的面積置換率；β為樁間土承載力折減系數(shù)，取0.1；fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa，取35 kPa。

計(jì)算可得fspk= 221.3 kPa ＞165.8 kPa 及fspk=166.4 kPa ＞81.4 kPa。均大于設(shè)計(jì)最大載荷，故DCM 樁在E1 及E2 管底90 d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到1.6 MPa 及1.2 MPa 即可滿(mǎn)足最大載荷要求。

考慮工后檢測(cè)周期，評(píng)價(jià)齡期為60 d 較為合理，故根據(jù)《水運(yùn)工程地基設(shè)計(jì)規(guī)范》，不同齡期UCS 對(duì)應(yīng)關(guān)系如經(jīng)驗(yàn)公式（3）、式（4）。

經(jīng)計(jì)算，qu90= 1.6 MPa 及1.2 MPa 對(duì)應(yīng)qu60分別為1.3 MPa 及0.97 MPa 即可。考慮一定的質(zhì)量保證系數(shù)，調(diào)整其技術(shù)要求為60 d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值分別為1.6 MPa 及1.2 MPa。

2.2 樁端持力層優(yōu)化

初步設(shè)計(jì)文件要求“樁的處理深度根據(jù)受力確定，原則上要打入標(biāo)貫達(dá)到30～50 擊的全風(fēng)化巖層，進(jìn)入全風(fēng)化巖層1.5 m，確保消除可能存在的采砂坑的隱患”。

DCM 樁是介于剛性樁和柔性樁之間的一種半柔半剛樁，主要通過(guò)樁體與周邊土體共同形成的復(fù)合地基來(lái)提高地基承載力，風(fēng)化巖上部廣泛存在中粗砂覆蓋層，尤其在E2—E5 管節(jié)位置，且中粗砂層普遍標(biāo)貫值為30～50 擊。另外，DCM 工藝主要處理軟土地基，現(xiàn)有DCM 船鉆頭形式在切削中風(fēng)化巖時(shí)適用性較差，如需貫入至中風(fēng)化巖1.5 m，則存在DCM 鉆具長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法貫入、卡鉆甚至電機(jī)燒毀等設(shè)備損傷的安全風(fēng)險(xiǎn)。

因此，在持力層滿(mǎn)足承載力要求且地勘顯示不存在軟弱下臥層的情況下，可調(diào)整部分區(qū)域以中粗砂地層作為樁端持力層，或者選擇風(fēng)化巖層頂面作為樁端持力面。

鑒于以上情況，同時(shí)結(jié)合試樁區(qū)地質(zhì)、處理機(jī)進(jìn)入持力層反饋狀態(tài)總結(jié)及工后檢測(cè)驗(yàn)證等情況，配合智能化操作系統(tǒng)，建議樁端持力層判定以設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高為基準(zhǔn)，采用動(dòng)態(tài)控制，具體規(guī)則如下：

1）典型施工以設(shè)計(jì)底標(biāo)高為主要參考依據(jù)。

2）在設(shè)計(jì)底標(biāo)高±3 m 范圍內(nèi)處理機(jī)以固定參數(shù)（0.3 m/min，120 L/min，25 r/min）貫入，處理機(jī)速度下降至0.3 m/min 以?xún)?nèi)且維持60 s 以上，或出現(xiàn)單處理機(jī)電流值超過(guò)處理機(jī)額定電流值20%以上持續(xù)4 s 的現(xiàn)象，結(jié)合纜繩松弛情況綜合判定著底，可停止鉆進(jìn)進(jìn)行后續(xù)施工工作。

3）若出現(xiàn)高于設(shè)計(jì)底標(biāo)高3 m 且滿(mǎn)足上述條件不能鉆進(jìn)的情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)上報(bào)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行確認(rèn)。

4）如遇較大范圍樁底標(biāo)高達(dá)不到持力層的情況，上報(bào)設(shè)計(jì)單位，由設(shè)計(jì)單位確定對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行探摸或補(bǔ)勘，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況明確后續(xù)處理方案。

經(jīng)過(guò)工后檢測(cè)驗(yàn)證，樁底持力層均達(dá)到標(biāo)貫擊數(shù)＞50 擊的風(fēng)化巖層，充分驗(yàn)證了上述判底條件的科學(xué)性、適用性及操作性。

2.3 檢測(cè)方案優(yōu)化

初步設(shè)計(jì)文件要求針對(duì)DCM 成樁進(jìn)行取芯、原位靜力觸探試驗(yàn)（CPT）、振動(dòng)、濕抓及徑向加壓等5 種檢測(cè)項(xiàng)目，見(jiàn)表2。檢測(cè)工作技術(shù)要求高，工作量大，需要配備大量的技術(shù)及船機(jī)資源實(shí)施。

表2 初步設(shè)計(jì)要求檢測(cè)項(xiàng)目及工作量統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of testing items and workload required by preliminary design

由于海上濕抓取樣難度大，作業(yè)程序復(fù)雜，試驗(yàn)需施工完成24 h 內(nèi)即進(jìn)行取樣，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面為長(zhǎng)條形，作業(yè)空間有限，施工交叉干擾極大，結(jié)合香港機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，取消該試驗(yàn)項(xiàng)目[4]。

要求采用CPT 試驗(yàn)檢驗(yàn)DCM 樁頂標(biāo)高及樁底持力層深度，存在以下困難：深中通道有別于香港機(jī)場(chǎng)的持力層要求，前者基本為風(fēng)化巖層，后者為硬黏土層；大陸CPT 經(jīng)驗(yàn)值較少，數(shù)據(jù)可靠性無(wú)法保證，判定誤差較大；標(biāo)貫試驗(yàn)是大陸相關(guān)規(guī)范中明確規(guī)定的DCM 持力層位置及力學(xué)強(qiáng)度的檢測(cè)方法，檢測(cè)方法簡(jiǎn)單直接。

變形模量的測(cè)試方法主要有剛性膨脹計(jì)（鉆孔彈模儀）、柔性膨脹計(jì)（旁壓儀）及大型巖石三軸儀3 種方式，3 種方法測(cè)試的設(shè)備、方法、表征側(cè)重點(diǎn)及結(jié)果均有所不同，徑向加壓法主要用于測(cè)試巖體的徑向變形與應(yīng)力的關(guān)系，應(yīng)用于DCM 等攪拌樁體檢測(cè)主要存在以下兩方面適用性問(wèn)題：

1）儀器量程普遍較大，加壓最大量程基本在40～200 MPa，而DCM 樁身強(qiáng)度在2～3 MPa，不能良好地適用于DCM 樁體；

2）徑向加壓試驗(yàn)為通過(guò)施加徑向壓力得到被測(cè)體的徑向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，而DCM 復(fù)合地基的受力主要是豎向受力；

經(jīng)研究分析，確定大型巖石三軸儀試驗(yàn)結(jié)果可以反應(yīng)DCM 全變形與壓力之間的關(guān)系，得到的變形模量為樁體豎向的變形特性，可更加客觀地表征和評(píng)價(jià)樁體質(zhì)量[5]。

經(jīng)優(yōu)化，工后檢測(cè)取消了濕抓試驗(yàn)，并將原位靜力觸探試驗(yàn)（CPT）及徑向加壓試驗(yàn)分別優(yōu)化為標(biāo)貫試驗(yàn)（SPT）及室內(nèi)大型三軸試驗(yàn)。

3 DCM 施工工藝改進(jìn)

3.1 動(dòng)作曲線(xiàn)、施工參數(shù)優(yōu)化

DCM 動(dòng)作曲線(xiàn)是指施工過(guò)程中鉆頭位置、動(dòng)作等參數(shù)隨時(shí)間變化所形成的曲線(xiàn)，是自動(dòng)化操作系統(tǒng)控制各階段位置和動(dòng)作的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，為整個(gè)工藝的關(guān)鍵所在。其為非固定形式，總體呈現(xiàn)“W”形，需根據(jù)不同工程、地質(zhì)條件進(jìn)行特別設(shè)計(jì)，動(dòng)作曲線(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)劣直接關(guān)系到工程質(zhì)量及施工效率，設(shè)計(jì)總體目標(biāo)是在滿(mǎn)足噴漿量及切土次數(shù)的前提下，盡量提升施工效率、降低設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)。

動(dòng)作曲線(xiàn)按照不同的噴漿方式，總體分為貫入式噴漿和提升式噴漿2 種形式，前者在貫入過(guò)程中即開(kāi)始同步噴漿作業(yè)，后者在鉆桿貫入至所需深度后提升過(guò)程中進(jìn)行噴漿作業(yè)。考慮施工過(guò)程中存在設(shè)備故障、突發(fā)惡劣天氣等非可控因素影響，可能導(dǎo)致無(wú)法貫入至所需標(biāo)高、噴漿中斷、中途被迫停止作業(yè)等工況，故在保證設(shè)備安全、施工質(zhì)量及降低過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)方面，后者優(yōu)于前者。由于短樁鉆桿貫入較淺，作業(yè)時(shí)長(zhǎng)較短，上述風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小，故前者適用于短樁（≤8 m），后者適用于長(zhǎng)樁（＞8 m）；視是否需要搭接，前者可減少搭接部位原狀土的混入比例，更能保證搭接位置施工質(zhì)量；從施工效率角度講，前者效率高于后者；從工藝損耗來(lái)看，前者低于后者，較為節(jié)約成本。

1）不同樁長(zhǎng)曲線(xiàn)優(yōu)化

結(jié)合設(shè)計(jì)情況，深中通道DCM 設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)差異較大，從3.7～22.9 m 不等，綜合考慮安全、質(zhì)量及效率等因素，以樁長(zhǎng)8 m 為界，分別設(shè)計(jì)了長(zhǎng)樁和短樁曲線(xiàn)，對(duì)應(yīng)采用提升式噴漿和貫入式噴漿，貫入式噴漿方式為國(guó)內(nèi)首次大規(guī)模使用。

2）樁頂動(dòng)作曲線(xiàn)優(yōu)化

試樁結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樁頂5 m 淤泥質(zhì)地層成樁質(zhì)量較差，分析成因可能為切削次數(shù)過(guò)多、噴水稀釋及水泥摻量不足導(dǎo)致，通過(guò)降低樁頂切土次數(shù)、無(wú)噴水及增大水泥摻量3 種方式進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)切土次數(shù)對(duì)成樁質(zhì)量的影響有限，而無(wú)噴水及增大水泥摻量可明顯改善樁頂質(zhì)量。體現(xiàn)在動(dòng)作曲線(xiàn)上則為下貫時(shí)不噴水、噴漿階段提高提升速度、降低處理機(jī)轉(zhuǎn)速，并提高噴漿量來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3）深厚砂層曲線(xiàn)優(yōu)化

施工區(qū)域地勘顯示，地層中存在深厚中粗砂層，最厚可達(dá)13 m，深厚砂層中成樁質(zhì)量較其它地層差，結(jié)合地勘資料及后臺(tái)數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為此現(xiàn)象主要原因?yàn)橹写稚皩訚B透性較高，原位噴水后導(dǎo)致水泥漿與中粗砂結(jié)合較差，水泥漿流失所致。通過(guò)設(shè)計(jì)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)得以驗(yàn)證。處理措施為保證設(shè)備安全的前提下，盡量減少砂層中噴水量。體現(xiàn)在動(dòng)作曲線(xiàn)上則為取消砂層位置自動(dòng)噴水動(dòng)作，改為手動(dòng)控制，視處理機(jī)電流超限報(bào)警情況，適當(dāng)手動(dòng)噴水。

通過(guò)不斷研究?jī)?yōu)化，對(duì)各種參數(shù)間協(xié)調(diào)匹配，最終設(shè)計(jì)了一套有針對(duì)性的施工曲線(xiàn)，在保證各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及施工質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求前提下，有效節(jié)約成本，提高效率。

3.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)優(yōu)化

DCM 樁通過(guò)專(zhuān)用船舶進(jìn)行施工。各個(gè)設(shè)備、系統(tǒng)動(dòng)作及參數(shù)均通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化操作系統(tǒng)進(jìn)行控制，主要包括GPS 定位系統(tǒng)、處理機(jī)控制系統(tǒng)、制供漿控制系統(tǒng)、CCTV 監(jiān)控系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)等子系統(tǒng)。其工作原理為由中央計(jì)算機(jī)收集深度發(fā)信器、吃水計(jì)發(fā)信器、旋轉(zhuǎn)方向、電磁流量計(jì)、潮位計(jì)、注漿泵等設(shè)備的信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，在工作界面顯示鉆頭深度（m）、鉆頭速度（m/min）、吃水（m）、水位（m）、旋轉(zhuǎn)速度（r/min）、旋轉(zhuǎn)方向（正/反）、瞬間流量（L/min）、累計(jì)流量（L）、水泥比重等相關(guān)數(shù)據(jù)，可對(duì)注漿流量、水泥配比等一系列工作進(jìn)行自動(dòng)化控制，從而實(shí)現(xiàn)DCM 樁自動(dòng)制作[6]。

為滿(mǎn)足深中通道對(duì)DCM 樁施工過(guò)程質(zhì)量控制的要求，將原有DCM 施工管理控制系統(tǒng)通過(guò)分系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互、后臺(tái)全程記錄、操作界面可視化、可動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)及功能拓展等幾方面進(jìn)行升級(jí)，使其“一鍵制樁”功能適應(yīng)更復(fù)雜的工況，同時(shí)兼具手動(dòng)操作權(quán)限，以備特殊情況下人為干預(yù)。具體改進(jìn)和升級(jí)情況如下：

1）實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，樁位位置偏差、高程、垂直度等測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)物聯(lián)系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋至操作系統(tǒng)，提高制樁精度，降低人員作業(yè)強(qiáng)度。

2）首次引入判底條件和要求判斷模塊，降低人為控制因素影響，使判底更加準(zhǔn)確和科學(xué)，并實(shí)時(shí)后臺(tái)記錄，做到有據(jù)可依，數(shù)據(jù)可追溯。

3）首次實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成制樁過(guò)程記錄曲線(xiàn)，完成制樁后，系統(tǒng)即自動(dòng)生成過(guò)程記錄曲線(xiàn)，方便相關(guān)人員檢查了解施工過(guò)程情況。

4 工后原位檢測(cè)

DCM 樁檢測(cè)工作優(yōu)化后主要包括3 部分：1）原位SPT 結(jié)合取芯檢測(cè)樁頂?shù)讟?biāo)高、樁身完整性、樁端持力層檢測(cè)；2）室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及變形模量試驗(yàn)；3）振動(dòng)取樣。具體檢測(cè)方法及結(jié)論如下：

1）原位SPT 結(jié)合取芯檢測(cè)樁頂?shù)讟?biāo)高、樁身完整性、樁端持力層檢測(cè)

取芯檢測(cè)工作采用海上自升式鉆探平臺(tái)安放300 型鉆機(jī)配套三重管取芯器進(jìn)行取芯，取芯器內(nèi)徑100 mm。同時(shí)結(jié)合芯樣情況判斷樁頂?shù)讟?biāo)高、樁身完整性及取芯率。

取芯至樁底標(biāo)高后，進(jìn)行樁端持力層的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢測(cè)，標(biāo)貫設(shè)備及試驗(yàn)方法符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定，不再贅述。

檢測(cè)結(jié)果表明，絕大多數(shù)樁均存在不同高度的隆起，樁頂隆起范圍在0.02～3.05 m 之間，平均隆起量0.8 m，相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)和研究成果表明，DCM 隆起現(xiàn)象為工藝原理本身引起[7]。樁底標(biāo)高與施工樁底標(biāo)高相比，前者均低于后者，范圍在0.01～0.98 m 之間。樁端持力層均為標(biāo)貫≥50 擊風(fēng)化巖層，達(dá)到目標(biāo)巖位。樁身連續(xù)、完整，攪拌均勻，芯樣呈柱狀，均勻性良好。取芯率均在98%以上，滿(mǎn)足取芯率不低于80%的設(shè)計(jì)要求。

2）室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及變形模量試驗(yàn)

取芯過(guò)程中，隨機(jī)選取連續(xù)完整部分制取1個(gè)芯樣，按照J(rèn)GJ 340—2015《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》中高徑比為1 ∶1 的要求進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)制樣。同時(shí)按照樁身上、中、下3 段，每段隨機(jī)選取2 組試樣，按2 ∶1 高徑比進(jìn)行變形模量試驗(yàn)制樣。切樣后立即放入樣箱進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)，運(yùn)輸途中確保樣箱平穩(wěn)，送至試驗(yàn)室后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)直至破型試驗(yàn)[8]。

室內(nèi)UCS 試驗(yàn)采用100 kN 試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)過(guò)程采用應(yīng)力控制模式，根據(jù)JGJ/T 233—2011《水泥土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》要求，以0.15 kN/s 的速度勻速施加壓力，直至壓力峰值出現(xiàn)后結(jié)束試驗(yàn)[9]，典型的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度曲線(xiàn)如圖3 所示。

圖3 DCM 芯樣UCS 典型試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 UCS typical test results for DCM core specimen

變形參數(shù)用變形模量E50來(lái)度量，E50指應(yīng)力為50%抗壓強(qiáng)度時(shí)水泥土的割線(xiàn)模量。采用應(yīng)變控制式大型巖石三軸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。在圍壓為200 kPa 的條件下，以0.12 mm/min 加載速率緩慢地施加軸向應(yīng)力，得到應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)[10]，典型結(jié)果如圖4 所示。取DCM 芯樣峰值應(yīng)力一半的應(yīng)力、應(yīng)變之比值，求得DCM 芯樣的變形模量。

圖4 DCM 芯樣試件應(yīng)力—應(yīng)變曲線(xiàn)Fig.4 Stress-strain curve of DCM core specimen

檢測(cè)結(jié)果表明，60 d 樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值、最小值及變異系數(shù)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。樁身平均變形模量均≥100 倍樁身強(qiáng)度，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3）振動(dòng)取樣

隨機(jī)確定振動(dòng)取樣位置，取樣后進(jìn)行密封制樣，進(jìn)行界限含水率、天然含水量試驗(yàn)并進(jìn)行顆粒分析以及化學(xué)成分分析。

5 監(jiān)測(cè)情況

通過(guò)對(duì)已安沉管沉降位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以驗(yàn)證DCM 復(fù)合基礎(chǔ)處理效果。已全部完成上部回填施工的管節(jié)沉降量為29～39 mm，整體沉降比較均勻，沉降趨勢(shì)平穩(wěn)，各管節(jié)沉降基本均勻，未出現(xiàn)明顯差異沉降，單個(gè)管節(jié)首尾沉降差較小，已安沉管荷載-累計(jì)沉降關(guān)系曲線(xiàn)如圖5 所示。說(shuō)明DCM 復(fù)合地基基礎(chǔ)處理效果良好，剛度均勻，可有效起到控制縱向不均勻沉降的目的。

圖5 已安沉管荷載-累計(jì)沉降關(guān)系曲線(xiàn)Fig.6 Load-cumulative settlement curve of installed immersed tube

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)深中通道沉管隧道中水下深層水泥攪拌樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化、改進(jìn)施工工藝參數(shù)及自動(dòng)化操作系統(tǒng)、檢測(cè)及監(jiān)測(cè)全過(guò)程的理論研究和實(shí)際應(yīng)用，充分驗(yàn)證了DCM 作為沉管隧道基礎(chǔ)的適應(yīng)性良好，為此工藝在類(lèi)似工程的應(yīng)用及發(fā)展提供借鑒。