海相淤泥质土+粉细砂土中明挖结构方案探讨

2016-12-15杨祥容

工程技术研究 2016年11期

关键词：粉细砂淤泥灌注桩

杨祥容

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031）

海相淤泥质土+粉细砂土中明挖结构方案探讨

杨祥容

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031）

文章通过对设置在极差地质（海相淤泥质土+粉细砂土）环境中的明挖结构结构设计及水下基坑开挖方案的探讨，为同类工程的设计、施工提供参考借鉴。

明挖结构；基坑；混凝土；钢板桩；钢管撑

1 工程概况

某沿海铁路于DK5+250下穿高速公路。段内属冲积平原区，地形平坦。下穿段以浅埋隧道形式穿过高速路，隧道及进出口段采用明挖施工，基坑最大开挖深度15.0m，开挖宽度10.0m。

2 地质概况

段内地表覆盖厚层海相淤泥质黏土，流塑～软塑状，厚10～15m左右，力学指标极低，其中0～5m范围内呈流塑状，5～15m范围内呈软塑状。淤泥质粘土下分布粉细砂，一般厚7～10m，局部较厚；粉细砂下部分布含砾中粗砂，埋深20m～22m，厚度大于40m。段内百年洪水位标高高于地面0.5m，地下水位埋深0.5～1.0m。

3 设计、施工方案

3.1 主体结构设计

下穿地段，线路纵坡为一凹形曲线，隧道位于凹形纵坡底部，排水困难，在隧道洞口设置泵房进行强排。隧道采用封闭的框架结构，隧道进出口采用U型槽。为满足结构抗浮和地基承载力要求，U型槽、隧道底板均设置钢筋混凝土灌注桩。

3.2 基坑开挖及围护方案

段内地表覆盖10～15m流塑～软塑状海相淤泥质黏土，地基承载力极低，常规施工机械难以进入施工场地直接开挖；另一方面，地下水发育且埋深浅，坑底附近又分布有极易发生管涌的粉细砂土，故本段基坑工程不宜采用降水开挖方案，初步拟定基坑采用水下开挖方案。基坑底部采用水下灌注C30混凝土封底。围护结构采用钢板桩+钢支撑。在基坑内，每间隔20～30m设置一排横向钢板桩，将基坑分成若干段，以便分段施工。坑底封底混凝土板厚度需满足坑内水抽干，U型槽和隧道底板未开始施工时结构抗浮要求，并保证混凝土板在此种工况下，具有足够的抗弯、抗剪承载力，厚度一般不得小于1.0m，如图1所示。

图1 基坑围护结构大样

4 水下基坑开挖方案存在的主要问题

水下基坑开挖方案主要存在如下问题：①水下灌注施工必须保证钻孔灌注桩施工质量；②如何进行水下基坑开挖；③水下封底混凝土施工。

5 解决方案

5.1 水下灌注施工保证钻孔灌注桩施工质量

钻孔灌注桩成孔困难，施工可采用全套筒跟管施工。钻孔时，应先下钢套管，然后钻进，钢套管刃脚宜伸入抓土面下1.0～1.5m；为防止粉细砂管涌，还应随时向套管中补水。混凝土灌注的过程中，注浆套管刃脚应低于混凝土面，一般为1.5～5.0m，其值需根据混凝土的初凝时间决定。有水钻孔及钻孔桩内水下混凝土的灌注技术在我国已比较成熟，具体施工时可参照《铁路桥涵施工规范》等规范、规定进行。

5.2 进行水下基坑开挖

基坑深度、宽度较大，常规挖掘机开挖困难。可采用长臂挖掘机进行开挖。我国长悬臂挖掘机臂长可达26.5m，最大挖深可达18.0m，最大外伸挖掘范围可达25.0m，如图2所示。

图2 长悬臂挖掘机

5.3 水下封底混凝土施工

大面积水下混凝土封底施工易出现堵管、匀质性不良、顶面高低不平等问题。根据基坑水下封底混凝土的施工工艺和技术要求，水下封底混凝土可采用自密实混凝土（即具有高流动性、均匀性和稳定性、浇筑时无需外力振捣，能够在自重作用下流动并充满模板空间的混凝土）[1]；为降低工程造价，也可采用利用大掺量粉煤灰和高效减水剂相结合的双掺技术，设计和配制出的接近自密实的大流态水下混凝土[2]。水下混凝土封底施工技术，现在目前使用最广泛的是垂直导管法。

垂直导管法工艺原理[3]：在钢围堰内垂直放入内径为0.2～0.3m的钢制导管，管顶部接有一定容量的漏斗。初灌注时导管中的混凝土前面放置一个软球，当迅速不断地向漏斗灌入混凝土时，导管内置软球、空气和水均受混凝土重力挤压从管内排出，瞬间混凝土在管底周围堆筑成一圆锥体。将导管下端埋入混凝土堆内至少1m以上，使水不能流入管内，将以后再灌注的混凝土在无水的导管内源源不断地灌入混凝土堆内。水下混凝土靠自身流动性将软球顶出后向四周摊开，混凝土随灌随向周围挤动、摊开及升高，在导管的下脚端形成了自流平混凝土。混凝土导管数量及在钢围堰内平面上的布置，应使各导管有效灌注半径互相搭接，并覆盖全部基坑底部。一般为3～5m，流动坡度不应陡于1:5。由于混凝土量有限，各导管不可能同时灌注时，可分项逐根灌注。总体灌注顺序采用:由低处向高处，先四周，后中间的原则。