珠海南門涌水閘基礎(chǔ)開挖及處理施工技術(shù)

龍 勝

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,成都,610091)

1 工程概述

珠海南門涌水閘,位于斗門西堤河涌——南門涌出海口,水閘中心樁號(hào)CK25+884m。該閘排水孔為平底胸墻式敞式輕型結(jié)構(gòu),通航孔為平底開敞式結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)流量456.0m3/s,閘孔數(shù)為6孔,孔口凈寬為10.0m,具有防洪擋潮、排澇排山洪兼有引水、通航功能(通航孔為Ⅷ級(jí))。

基礎(chǔ)開挖及處理工程作為南門涌閘的一個(gè)分部工程,主要施工項(xiàng)目有:水閘基坑開挖與中粗砂回填、粉噴樁施工及樁基區(qū)域粘性土換填、塑料排水板施工等。

南門涌閘堤段堤內(nèi)原始地面高程為-1.80m～1.50m,溝渠底高程一般為 -1.50m～-1.80m,堤外為虎跳門水道。

閘址區(qū)地層自上至下為:①淤泥(Q4m),深灰色,局部含少量粉砂及貝殼,厚(3.20～3.35)m～14.70m左右,底板高程-4.35m～-4.20m;②淤泥質(zhì)粘土(Q4m),深灰色,局部含少量粉砂及貝殼,厚12.60m～14.70m,底板高程-14.3m～-11.10m;③殘積土(Qedl),黃褐色、深灰色、墨綠色,硬塑狀,厚度大于3.50m左右,頂板高程-14.30m～ -11.10m;④強(qiáng)弱風(fēng)化花崗巖(γ),厚度很厚。

閘址區(qū)淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土抗剪強(qiáng)度低,具有高壓縮性,允許承載力低,因此存在沉降變形、抗滑穩(wěn)定等問(wèn)題。

基礎(chǔ)開挖及處理工程項(xiàng)目的施工程序見圖1。

圖1 地基開挖及基礎(chǔ)處理工程項(xiàng)目施工程序

2 地基開挖施工

南門涌閘需進(jìn)行開挖的施工項(xiàng)目有水閘基坑開挖、老堤拆除和新建堤基開挖。各開挖工作均在地形復(fù)測(cè)后進(jìn)行。開挖分為水上開挖和水下開挖。其中涵閘水上部分開挖、舊堤拆除等為水上開挖,新建堤基礎(chǔ)面清理、圍堰形成前水閘處淤泥清理開挖為水下開挖。

2.1 水上開挖施工

水上開挖采用常規(guī)的旱地施工方法。施工原則為“自上而下,分層開挖”。水上開挖包括舊堤拆除、水上邊坡開挖及基坑開挖。

2.1.1 舊堤拆除。舊堤拆除在圍堰保護(hù)下干地施工。為保證老堤基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和周邊環(huán)境的安全性,舊堤拆除不采用爆破方式。干、砌塊石部分采用挖掘機(jī)直接挖除,開挖渣料可利用部分裝運(yùn)至外海進(jìn)行拋石填筑或用于石渣填筑,其余棄料裝運(yùn)至監(jiān)理指定的棄渣場(chǎng)。

2.1.2 水上邊坡開挖。開挖方式采取旱地施工,挖掘機(jī)挖除;水上開挖由高到低依次進(jìn)行,均衡下降。待圍堰形成和水上部分卸載開挖工作全部結(jié)束后,方可進(jìn)行基坑抽水工作,以確保基坑的安全穩(wěn)定。開挖料可利用部分用于堤身和內(nèi)外平臺(tái)填筑,其余棄料運(yùn)至指定棄料場(chǎng)。

2.1.3 基坑開挖與支護(hù)?；娱_挖在圍堰施工和邊坡卸載完畢后進(jìn)行,開挖前首先進(jìn)行開挖控制線和控制高程點(diǎn)的測(cè)量放樣等。開挖過(guò)程中要做好排水設(shè)施的施工,主要有:開挖邊線附近設(shè)置臨時(shí)截水溝,開挖區(qū)內(nèi)設(shè)干碼石排水溝,干碼石采用挖掘機(jī)壓入作為腳槽。另設(shè)混凝土護(hù)壁集水井,配水泵抽排,以降低基坑水位。

基坑開挖采用自上而下逐級(jí)分層卸載施工,并依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙控制好開挖邊坡坡度。開挖設(shè)備采用3～6臺(tái)0.5m3～1.0m3挖掘機(jī)進(jìn)行倒運(yùn)遞渣。由于地基為軟基,故采用墊3cm厚鋼板,以保證挖掘機(jī)的安全穩(wěn)定。小功率推土機(jī)配合集料,5t自卸汽車運(yùn)輸。挖掘機(jī)開挖時(shí)預(yù)留20cm保護(hù)層,人工進(jìn)行清除,以保證與設(shè)計(jì)開挖線相吻合。開挖料在附近場(chǎng)地就近集中堆放,或根據(jù)監(jiān)理工程師的指示及施工進(jìn)展情況進(jìn)行堤內(nèi)、外平臺(tái)的填筑。

基坑開挖應(yīng)邊開挖邊驗(yàn)收,涵閘各結(jié)構(gòu)部位的基礎(chǔ)完成開挖后立即向監(jiān)理工程師報(bào)驗(yàn),并申請(qǐng)下道工序(中粗砂置換)開工。這樣既可避免已開挖合格的基礎(chǔ)因水泡而軟化成流塑土體,也可避免淤泥重新淤填開挖面,確保工序間銜接緊湊、形成流水作業(yè)。

2.2 水下開挖施工

水下開挖施工主要為南門涌閘基坑水下流溯狀淤泥開挖。

2.2.1 水下開挖施工方法

2.2.1.1 施工準(zhǔn)備。水下開挖施工準(zhǔn)備工作主要有:棄渣場(chǎng)的選擇、機(jī)械設(shè)備的選型等。

2.2.1.2 測(cè)量放樣。水下開挖的測(cè)量放樣擬采用全站儀進(jìn)行水上測(cè)量,主要測(cè)定開挖范圍。淺灘可采用打設(shè)竹桿作為標(biāo)記,水較深的地方用浮子作標(biāo)記;為避免開挖時(shí)毀壞測(cè)量標(biāo)志,標(biāo)志可設(shè)在開挖線外10m處。

2.2.1.3 架設(shè)吹送管、絞吸船就位。根據(jù)絞吸船的吹距(最大可達(dá)1000m)和棄渣場(chǎng)的位置,吹送管可架設(shè)在陸上,也可架設(shè)在水上或淤泥上。

陸上管線宜選擇最短的線路,并避免與其他建筑物、設(shè)備、道路等交叉。管線兩旁采用鋼釬加固,并在沿線每隔5m設(shè)置一處加固點(diǎn)。水上管線根據(jù)水流、風(fēng)向和風(fēng)浪情況布設(shè),盡量順直,避免急彎,每隔一定距離下設(shè)浮筒作為支撐體;水上管線不宜太長(zhǎng),在風(fēng)浪、水流速較大的地段宜在300m～500m之間。夜間施工時(shí),管線上安裝警燈標(biāo)示。

吹送管架設(shè)好后,絞吸船即可就位,并與吹送管對(duì)接。

2.2.1.4 絞吸吹送施工。絞吸船?？烤臀弧⒋邓凸芗茉O(shè)牢固后,即可開始進(jìn)行絞吸開挖。

2.2.2 涵閘基坑水下開挖

2.2.2.1 涵閘水下基坑描述。涵閘前后河道由于長(zhǎng)期雙向過(guò)流,其表層主要為流塑狀淤泥,對(duì)后期干地開挖有較大影響,因此須先采用水下開挖方式清除掉表層淤泥。

2.2.2.2 施工測(cè)量。施工前,對(duì)涵閘現(xiàn)狀地形實(shí)施詳細(xì)的測(cè)量,繪制原始地形圖,標(biāo)注出各部位的開挖厚度。一般采用50m2為分隔片,并在現(xiàn)場(chǎng)布置相應(yīng)的標(biāo)識(shí)指導(dǎo)施工。

2.2.2.3 施工方法。在圍堰施工前,絞吸船進(jìn)入開挖區(qū)域,根據(jù)測(cè)量標(biāo)識(shí)開始作業(yè)。由于流塑狀淤泥內(nèi)摩擦角和粘聚力極小,過(guò)陡的開挖邊坡和較大的施工擾動(dòng)均會(huì)引起流塑狀的淤泥整體滑動(dòng),因此不僅要控制開挖速度而且必須按照設(shè)計(jì)的坡比分層、分臺(tái)階開挖。

開挖順序?yàn)?拋石防沖槽基礎(chǔ)、海漫基礎(chǔ)、消力池基礎(chǔ)、閘室基礎(chǔ)。開挖過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)過(guò)程控制,經(jīng)常檢查開挖面高程和開挖邊線是否符合設(shè)計(jì)要求,以免超、欠挖。

2.3 基坑開挖邊坡穩(wěn)定分析與控制

2.3.1 邊坡描述

根據(jù)本工程水文、地質(zhì)條件,水閘基礎(chǔ)基本為淤泥土構(gòu)成,基坑邊坡土體含水量大,基本為淤泥,基坑開挖及施工過(guò)程中,容易出現(xiàn)邊坡失穩(wěn),造成整體邊坡下滑的現(xiàn)象。因此如何保證基坑邊坡的穩(wěn)定是本開挖施工重點(diǎn)。

2.3.2 應(yīng)對(duì)措施

2.3.2.1 采取合理的開挖方法。根據(jù)工程特點(diǎn),對(duì)于基坑先采用水下和岸邊干地開挖,以減少基坑抽水后對(duì)邊坡下部的壓載,上部荷載過(guò)大使邊坡土體失穩(wěn)而出現(xiàn)垮塌和深層滑移。

2.3.2.2 嚴(yán)格控制基坑抽排水速度?；铀虏糠滞馏w長(zhǎng)期經(jīng)海水浸泡,含水量大,地質(zhì)條件差,基坑排水下降速度大于邊坡土體固結(jié)速度,在沒有水壓力平衡下極易造成整體邊坡失穩(wěn)。因此在基坑抽排水過(guò)程中,嚴(yán)格控制其降水速度?；映榕潘俣瓤刂圃?0cm/d～50cm/d。

2.3.2.3 對(duì)已開挖邊坡的保護(hù)。在基坑開挖完成后,沿坡腳形成排水溝組織排水,并設(shè)置小型集水井,及時(shí)排除基坑內(nèi)的水。在雨季,對(duì)邊坡覆蓋條紋布加以保護(hù),必要時(shí)設(shè)置抗滑松木樁。

2.3.2.4 變形監(jiān)測(cè)。按規(guī)范要求,在邊坡開挖過(guò)程中,在坡頂、坡腳設(shè)置觀測(cè)點(diǎn),對(duì)邊坡進(jìn)行變形觀測(cè),測(cè)量?jī)x器采用全站儀和水準(zhǔn)儀。觀測(cè)期間,對(duì)每一次的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,若發(fā)現(xiàn)位移或沉降有異常變化,立即報(bào)告并停止施工,待分析處理后再恢復(fù)施工。

2.4 開挖質(zhì)量控制

2.4.1 開挖前進(jìn)行施工測(cè)量放樣工作,以此控制開挖范圍與深度,并做好過(guò)程中的檢查;

2.4.2 開挖過(guò)程中安排有測(cè)量人員在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),避免出現(xiàn)超、欠挖現(xiàn)象;

2.4.3 開挖自上而下分層分段施工,隨時(shí)做成一定的坡勢(shì),避免挖區(qū)積水;

2.4.4 水下開挖時(shí),隨時(shí)進(jìn)行水下測(cè)量,以保證基坑開挖深度;

2.4.5 水閘基坑開挖完成后,沿坡腳打入木樁并堆砂包護(hù)面,維持出露邊坡的穩(wěn)定;

2.4.6 開挖完成后對(duì)基底高程進(jìn)行實(shí)測(cè),并上報(bào)監(jiān)理工程師審批,以利于下道工序迅速開展。

3 基礎(chǔ)工程施工

本水閘工程基礎(chǔ)處理項(xiàng)目為:水泥粉噴樁施工、塑料排水板插打、粘性土換填等。水泥粉噴樁主要分布在水閘底板下部,用于水閘基礎(chǔ)處理;塑料排水板用于堤身單薄、堤身填土較厚的堤段和涵閘內(nèi)外消力池及翼墻側(cè)土方回填基礎(chǔ)處,有利于基礎(chǔ)深層水的排出和基礎(chǔ)土層的固結(jié);粘性土換填主要分布在水閘底板下部,水泥粉噴樁頂部的區(qū)域。

3.1 水泥粉噴樁施工

水泥粉噴樁是水閘基礎(chǔ)成為復(fù)合地基的主體項(xiàng)目,待水閘基礎(chǔ)初步開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高,回填中粗砂形成樁機(jī)施工平臺(tái)后,再開始粉噴樁施工。

3.1.1 技術(shù)要求

樁徑φ500mm,水泥采用32.5R旋窯水泥,現(xiàn)根據(jù)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理及施工單位四方確認(rèn),采用32.5R普通硅酸鹽水泥。28天樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0MPa。28天、14天、7天的水泥土拉壓強(qiáng)度控制如下:

fcu90=(1.43～1.80)fcu28

fcu90=(1.73～2.82)fcu14

fcu90=(2.37～3.73)fcu7

式中,fcu90、fcu28、fcu14、fcu7 分別為 90、28、14、7天齡期的水泥土抗壓強(qiáng)度。

樁體水泥含量均勻,由抽芯取樣確定其均勻性,樁體上部噴粉量不得小于下部噴粉量。

3.1.2 粉噴樁施工工藝

3.1.2.1 施工順序。場(chǎng)地及中粗砂平整→測(cè)量放樣→鉆機(jī)定位→鉆桿下沉鉆進(jìn)→上提噴粉強(qiáng)制攪拌→復(fù)拌→提桿出孔→鉆機(jī)移位。

3.1.2.2 攪拌工藝。攪拌工藝為二噴四攪+1/3樁長(zhǎng)復(fù)攪,即:預(yù)攪下沉→噴粉攪拌提升→重復(fù)攪拌下沉→重復(fù)噴粉攪拌提升→重復(fù)攪拌下沉至1/3樁長(zhǎng)→重復(fù)攪拌提升至孔口。最后一次提升攪拌宜采用慢速提升。具體施工工藝通過(guò)試驗(yàn)樁確定。

3.1.2.3 各工序施工要點(diǎn)

①場(chǎng)地及中粗砂平整。清除地下、地上障礙物,特別是塊石、樹根,以免鉆機(jī)無(wú)法鉆進(jìn),場(chǎng)地平整后即進(jìn)行鉆機(jī)施工平臺(tái)中粗砂的填筑和整平,高程應(yīng)高于樁頂高程30cm～50cm,以保證樁頂噴粉時(shí)不外噴。

②測(cè)量放樣。準(zhǔn)確樁機(jī)施工平臺(tái)高程,以確保設(shè)計(jì)樁長(zhǎng),孔位要準(zhǔn)確,已放樣的孔位用小木樁標(biāo)識(shí),因施工破壞的樁位標(biāo)識(shí)要及時(shí)補(bǔ)測(cè)。

③鉆機(jī)就位、對(duì)中、調(diào)垂、攪拌頭中心對(duì)正孔位標(biāo)識(shí)、調(diào)整鉆機(jī)機(jī)盤水平,最后調(diào)整鉆桿垂直度。

④預(yù)攪。啟動(dòng)鉆機(jī),待攪拌頭轉(zhuǎn)速正常,接近地面時(shí)開始送氣鉆進(jìn),至樁底滯時(shí)2min～5min,以保證噴粉到達(dá)樁底;孔深在鉆桿上做標(biāo)識(shí)確定。

⑤噴粉攪拌提升。單位時(shí)間噴粉量、提升、攪拌速度由試樁提供的參數(shù)確定。

⑥1/3樁長(zhǎng)復(fù)打。當(dāng)重復(fù)攪拌下沉,提升噴粉、攪拌后,再下沉至復(fù)打部位,慢速攪拌提升至孔口。

⑦有防滲要求的咬合樁體,相鄰二樁施工間隔時(shí)間應(yīng)不大于24h,若間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)應(yīng)補(bǔ)樁,相鄰二樁重疊厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 攪拌樁樁頭開挖、粘性土換填及反濾層施工

攪拌樁施工完畢一定時(shí)間后,粉噴樁整體強(qiáng)度通過(guò)抽芯檢測(cè)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,進(jìn)行攪拌樁樁間土開挖。開挖深度為設(shè)計(jì)樁頂高程下降50cm,而后將上部50cm長(zhǎng)度的樁頭鑿除,再進(jìn)行粘性土換填施工。

粘性土換填采用分層人工攤鋪、人工配合蛙式夯機(jī)夯實(shí)的填筑方法,分層填筑厚度不宜大于20cm,粘性土的干密度不小于1.5t/m3,壓實(shí)度不小于0.92。

消力池底板下部反濾層施工。施工前應(yīng)做好場(chǎng)地的排水、設(shè)好樣樁、備足反濾料,不同粒徑的碎石的級(jí)配需滿足設(shè)計(jì)要求;施工時(shí)要保證由底部向上按設(shè)計(jì)要求逐層鋪設(shè),層次清楚,互不混雜。反濾層鋪設(shè)完畢后,及時(shí)進(jìn)行上部混凝土底板的澆筑施工。

3.3 塑料排水板施工

塑料排水板插打分布在內(nèi)港消力池?fù)跬翂εc內(nèi)港翼墻側(cè)、外海消力池?fù)跬翂εc外海翼墻內(nèi)側(cè)、引堤連接段、閘管所區(qū)域以及堤內(nèi)平臺(tái)的局部區(qū)域等。塑料排水板在基礎(chǔ)面挖、填至設(shè)計(jì)標(biāo)高填筑砂墊層后開始施工。

3.3.1 技術(shù)要求

3.3.1.1 塑料排水板型號(hào)采用100mm×4.0mm(寬×厚),芯板應(yīng)具有足夠的抗拉強(qiáng)度和垂直排水能力,其抗拉強(qiáng)度不應(yīng)小于130N/cm。當(dāng)周圍土體壓力在 15m深度范圍內(nèi)不大于250kN/m2或在大于15m深度范圍內(nèi)不大于350kN/m2的條件下,其排水能力應(yīng)不低于30cm3/m。

3.3.1.2 芯板應(yīng)具有耐腐性和足夠的柔性,保證塑料板在地下的耐久性,并在土體固結(jié)變形時(shí)不會(huì)折斷或破裂。

3.3.1.3 濾套一般由無(wú)紡織物制成,應(yīng)具有一定的隔離土顆粒和滲透功能,應(yīng)等效于0.025mm孔隙,其最小自由透水表面積宜為1500cm2/m,滲透系數(shù)不應(yīng)小于5×10-3cm/s。

3.3.1.4 塑料排水板的主要施工機(jī)具為插板機(jī),國(guó)內(nèi)目前有挖掘機(jī)改裝的插板機(jī)、履帶式插板機(jī)及門式軌道插板機(jī)等一些種類,性能不一,具體選擇應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況,從機(jī)械的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工效、適用度等方面通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。

3.3.2 塑料排水板插打工藝

3.3.2.1 施工工藝流程。平整場(chǎng)地、挖排水溝→鋪設(shè)下層砂墊層穩(wěn)壓→測(cè)量定孔位→機(jī)具就位→排水板穿靴→插入套管→拔出套管→割斷排水板→檢查施工記錄等情況→機(jī)具移位→攤鋪上層砂墊層。

3.3.2.2 關(guān)鍵工序控制。①塑料排水板施工前,對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行清表、整平和初步碾壓,做好土拱坡,鋪設(shè)好砂墊層,根據(jù)地形要挖好排水溝,以利排水;②放樣時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)情況準(zhǔn)確定位,并在每個(gè)孔位都插好標(biāo)記(所用的標(biāo)記通常有石灰、油布、細(xì)條塑料板芯等),做到明顯且不宜被損壞為宜;③定位要準(zhǔn)確;④將塑料排水板端部穿過(guò)預(yù)制靴頭固定架,對(duì)折帶子長(zhǎng)約10cm,固定聯(lián)結(jié)。一般預(yù)制靴頭可采用鐵質(zhì)或混凝土靴頭。將靴頭套在空心套管端部,固定塑料排水板,并使其在下沉過(guò)程中能阻止泥砂進(jìn)入套管。

3.3.3 施工質(zhì)量控制

3.3.3.1 塑料排水板進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)有出廠合格證,進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)抽樣送檢,以保證合格材料用于施工。

3.3.3.2 板盤進(jìn)場(chǎng)堆放應(yīng)覆蓋,防止污染和在空氣中老化。

3.3.3.3 插打過(guò)程中導(dǎo)軌應(yīng)垂直,套管不得彎曲,透水濾套不得污染和撕破,跟帶長(zhǎng)度不得超過(guò)40cm,否則報(bào)廢重插。

3.3.3.4 排水板留出孔口長(zhǎng)度30cm,以使其與砂墊層貫通排水,并防止預(yù)留長(zhǎng)度受損。

3.3.3.5 及時(shí)鋪攤上層砂墊層,以防長(zhǎng)時(shí)間暴露使板體老化。

3.3.4 質(zhì)量檢測(cè)

塑料排水板一旦施工結(jié)束,除板體本身和板距較易檢測(cè)外,其它項(xiàng)目檢測(cè)較困難,因此施工過(guò)程的質(zhì)量控制十分重要。

3.3.5 施工布置

因采用履帶式插板機(jī),對(duì)施工道路要求不嚴(yán)格,水閘施工水、電已通,施工用水、電只須接至施工點(diǎn)即可。

3.3.6 施工進(jìn)度計(jì)劃

南門涌閘塑料排水板的工程量為32250m,按照插板機(jī)工作強(qiáng)度2000m/d計(jì)算,結(jié)合南門涌閘施工場(chǎng)地情況,南門涌閘區(qū)域考慮布置1臺(tái)插板機(jī)施工,即可滿足強(qiáng)度要求。

4 結(jié)語(yǔ)

在沿海地區(qū)河涌段軟質(zhì)土的特殊地質(zhì)條件上修建擋水建筑物,施工方法和施工工藝的確定尤為重要,否則將造成施工難度增大、嚴(yán)重影響工期。本文所闡述的開挖施工中采用水下開挖施工法施工簡(jiǎn)單,可比常規(guī)陸上開挖施工大大節(jié)約施工周期。對(duì)于閘址基礎(chǔ)采用粉噴樁施工,不失為軟基處理中很好的一種施工方法,雖然比建筑中預(yù)制管樁施工節(jié)約了投資,但在實(shí)際施工中施工質(zhì)量較難控制,同時(shí)施工周期和成樁凝期時(shí)間較長(zhǎng)。所以,很好地控制粉噴樁施工質(zhì)量及施工工藝和合理調(diào)配設(shè)備資源,是工期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。