馬普托大橋南錨碇復(fù)雜地層超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)

祝長(zhǎng)春，郭常瑞

(中交路橋華東工程有限公司， 上?！?01203)

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馬普托大橋南錨碇復(fù)雜地層超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)

祝長(zhǎng)春，郭常瑞

(中交路橋華東工程有限公司， 上海201203)

摘要：以馬普托大橋南錨碇地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)優(yōu)化為例，介紹復(fù)雜水文及地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻的施工技術(shù)。該技術(shù)具有施工質(zhì)量高、進(jìn)度快、成本節(jié)約的特點(diǎn)，具有較好的施工效果。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地層；超深；地下連續(xù)墻；液壓抓斗；成槽

1工程概況

馬普托大橋是莫桑比克首都馬普托市跨越馬普托灣的第1座跨海大橋。該橋?yàn)橹骺?80 m單孔鋼箱梁懸索橋，是目前非洲在建的最大跨徑懸索橋，建成后將成為莫桑比克國(guó)家標(biāo)志性建筑。

馬普托大橋南錨碇基礎(chǔ)為重力式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其是項(xiàng)目關(guān)鍵控制性工程，由地下連續(xù)墻、帽梁、內(nèi)襯、底板、頂板及填芯材料組成。地下連續(xù)墻為外徑50 m、壁厚1.2 m、深56.0 m的C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；下伏基巖為細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，嵌入泥質(zhì)粉砂巖層5 m。錨碇基坑開(kāi)挖深度36.3 m。馬普托大橋南錨碇基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

2水文地質(zhì)條件

馬普托大橋南錨碇距馬普托海灣最近距離僅70 m。施工區(qū)內(nèi)地下水可劃分為第4系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水：孔隙水主要賦存于砂層中，為主要含水層，其與海水存在互補(bǔ)關(guān)系，水位動(dòng)態(tài)隨海水漲落變化，水量較豐富；基巖裂隙水主要賦存于細(xì)砂巖中，富水性好，其為承壓水，水頭與孔隙潛水水位接近一致。

圖1　南錨碇基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)布置

馬普托大橋南錨碇地質(zhì)較為復(fù)雜，上部約25 m土層為流塑性淤泥及易液化砂層，其對(duì)槽壁穩(wěn)定不利；下部約24 m為細(xì)砂巖及泥質(zhì)粉砂巖，其為極軟巖，細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖的天然濕度抗壓強(qiáng)度分別為2.2、3.9 MPa，采用常規(guī)抓斗成槽機(jī)施工難度大。南錨碇主要地層分布如圖2所示。

圖2　地質(zhì)斷面

3設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

根據(jù)地質(zhì)條件分析，馬普托大橋南錨碇地下連續(xù)墻或采用傳統(tǒng)成槽工藝，即選擇雙輪銑成槽；或采用“抓銑結(jié)合”的成槽工藝，即上部軟土層采用液壓抓斗成槽，下部巖層采用雙輪銑成槽。上述工藝均具有較高的施工效率及成槽質(zhì)量。因此，招標(biāo)圖紙中馬普托大橋南錨碇地下連續(xù)墻以雙輪銑成槽工藝為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，采用銑接頭、整體式鋼筋籠，鋼筋籠最大重量83 t。

因項(xiàng)目區(qū)位于非洲莫桑比克，故受當(dāng)?shù)貒?guó)及周邊國(guó)家資源條件限制，成槽機(jī)及大型履帶吊設(shè)備均需從我國(guó)調(diào)遣。馬普托大橋南錨碇地下連續(xù)墻工程量小，混凝土僅有9 962 m3，若采用雙輪銑成槽，則設(shè)備費(fèi)用高、操作難度大、零配件保障要求高，且國(guó)內(nèi)可選擇的設(shè)備數(shù)量少。若采用普通液壓抓斗成槽，則在標(biāo)貫擊數(shù)N大于75擊的軟巖層中，掘進(jìn)效率低。經(jīng)過(guò)設(shè)備市場(chǎng)調(diào)研后，確定選用金泰SG60重型液壓抓斗作為主要成槽設(shè)備，并改進(jìn)了成槽工藝。同時(shí)，考慮到國(guó)外施工條件受限，確定將單元槽段整體式鋼筋籠優(yōu)化為分離式，即單片鋼筋籠最大重量為47 t，故極大地減小了吊裝履帶吊的噸位配置。設(shè)計(jì)優(yōu)化后，地下連續(xù)墻為22個(gè)槽段，單元槽段采用2片鋼筋籠，接頭采用H型鋼。地下連續(xù)墻優(yōu)化設(shè)計(jì)如圖3所示。

4施工工藝

4.1場(chǎng)地總體布置

合理的場(chǎng)地布置是確保施工順利開(kāi)展的前提條件。馬普托大橋南錨碇施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了供水、排水、供電、進(jìn)場(chǎng)便道、鋼筋加工場(chǎng)、鋼筋籠拼裝場(chǎng)、環(huán)形通道、泥漿循環(huán)池、安全圍擋等設(shè)施。馬普托大橋南錨碇總體場(chǎng)地布置如圖4所示。

圖3　優(yōu)化后地下連續(xù)墻槽段劃分平面

圖4　馬普托大橋南錨碇總體場(chǎng)地布置示意

4.2水泥土攪拌樁防護(hù)施工

由于馬普托大橋南錨碇地層上部約25 m土層為流塑性淤泥及易液化砂層，存在高地下水及高承壓水，故需對(duì)槽壁進(jìn)行加固處理。采用Φ850@600 mm三軸水泥土攪拌樁對(duì)地下連續(xù)墻內(nèi)外側(cè)進(jìn)行加固，樁長(zhǎng)27 m，水泥摻量15%，28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.8 MPa，垂直度要求達(dá)到1/200。水泥土攪拌樁樁底進(jìn)入土層底部的粘土層(相對(duì)隔水層)內(nèi)，有效隔離了墻體內(nèi)外潛層地下水，起到了很好的防護(hù)作用。為滿足水泥土攪拌樁成樁質(zhì)量及垂直度要求，選用JB160A型三軸樁機(jī)，采用“二噴二攪”工藝施工。

4.3導(dǎo)墻施工

導(dǎo)墻采用倒“L”型整體式C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其凈寬130 cm，較地下連續(xù)墻寬10 cm，肋厚30 cm，垂直深度2 m。導(dǎo)墻采用大面鋼模板分段施工，施工順序?yàn)闇y(cè)量放樣→挖土→鋼筋綁扎→立?！炷翝仓鹉＜凹訐巍炷琉B(yǎng)護(hù)→下一段施工。導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5　導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)斷面

4.4泥漿控制

根據(jù)馬普托大橋南錨碇地質(zhì)情況及以往的工程經(jīng)驗(yàn)，確定采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土制漿，外摻劑選用Na2CO3及CMC，其新漿配合比按表1確定。地下連續(xù)墻施工時(shí)，泥漿性能指標(biāo)按表2要求控制?，F(xiàn)場(chǎng)泥漿可循環(huán)利用：對(duì)于回抽的泥漿，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，將達(dá)到循環(huán)利用指標(biāo)的泥漿直接送至儲(chǔ)漿池中；對(duì)于需處理才可利用的泥漿，則需用泥漿凈化除砂裝置對(duì)其分離凈化并補(bǔ)充新制泥漿，以恢復(fù)泥漿性能，提高泥漿的重復(fù)使用率；達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的泥漿需送入廢漿池。

表1　新漿配合比

表2　成槽護(hù)壁泥漿性能指標(biāo)要求

4.5成槽施工

地下連續(xù)墻采用純抓法成槽施工，選用金泰SG60重型液壓抓斗，其具有成槽效率高、抓斗自重大、糾偏能力強(qiáng)的特點(diǎn)。金泰SG60重型液壓抓斗相關(guān)參數(shù)如下。

成槽寬度：0.35～1.5 m。

成槽深度：100 m。

最大提升力：600 kN。

卷?yè)P(yáng)機(jī)單繩拉力：2×300 kN。

系統(tǒng)壓力：33 MPa。

抓斗重量：28～36 t。

主機(jī)重量(不含抓斗)：92.1 t。

單元槽段采用“三抓成槽”方法施工，即先抓兩側(cè)土體，再抓中心土體。該方法在抓中心土體時(shí)，兩側(cè)土體已被挖空，故可使抓斗在抓中心土體過(guò)程中持力均衡，從而可有效糾偏，保證成槽垂直度。

液壓抓斗在底部巖層中掘進(jìn)時(shí)，需采取如下措施以提高掘進(jìn)效率及質(zhì)量：從粘土層與細(xì)砂巖交界面開(kāi)始，需打開(kāi)液壓抓斗并調(diào)整其糾偏推板，以確保進(jìn)入巖層的成槽垂直度準(zhǔn)確。液壓抓斗在巖層內(nèi)掘進(jìn)時(shí)，需采用左右方向互相交錯(cuò)取土的方法，其目的是防止抓斗在開(kāi)挖面的垂直度突變，預(yù)防縮頸卡斗，減少抓斗上提過(guò)程中其側(cè)壁與土體間的摩擦力，提高掘進(jìn)效率。工程實(shí)踐證明，采取以上措施后，每抓槽孔在巖層內(nèi)掘進(jìn)效率由普通方法的1 m/h，提高至1.4 m/h，成槽垂直度提高至1/500。

4.6鋼筋籠施工

在馬普托大橋南錨碇施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了2個(gè)單元槽段鋼筋籠的制作胎架。每片鋼筋籠在胎架上整體拼裝，且分2節(jié)段吊裝。鋼筋籠制作順序如下：鋪好外側(cè)面鋼筋網(wǎng)片，并將鋼筋網(wǎng)片及其施工用筋焊好→制作桁架，將其置于外側(cè)面鋼筋網(wǎng)片上并焊接→焊接內(nèi)側(cè)面施工用筋及預(yù)埋筋→端頭安裝H型鋼→焊接封閉筋、定位塊→焊接吊筋→鋼筋籠及其預(yù)埋筋(件)位置控制。

鋼筋籠吊裝采用1臺(tái)180 t履帶吊作主吊，1臺(tái)100 t履帶吊機(jī)作副吊。為滿足吊車(chē)的吊裝能力，每片鋼筋籠分2節(jié)段吊裝，上節(jié)段12 m，下節(jié)段44 m，最大吊重39 t。鋼筋籠安裝順序如下：主吊與副吊移到起吊位置，安裝吊點(diǎn)卸扣→主吊與副吊同時(shí)起鉤平吊，鋼筋籠吊至距地面0.3～0.5 m后，檢查鋼筋籠平穩(wěn)性→主吊起鉤上抬并向副吊側(cè)旋轉(zhuǎn)，副吊起鉤配合并向主吊側(cè)旋轉(zhuǎn)，使鋼筋籠逐步垂直于地面→卸除副吊吊具，主吊提吊鋼筋籠至槽段處下放入槽→按以上順序吊裝上節(jié)段鋼筋籠，槽口上方對(duì)接。

4.7混凝土施工

單元槽段內(nèi)設(shè)置3根內(nèi)徑30 cm導(dǎo)管，槽端導(dǎo)管距端壁1.1 m，采用灌注架提吊導(dǎo)管澆筑?；炷翝仓?yīng)均勻連續(xù)，間隔時(shí)間不宜超過(guò)30min。導(dǎo)

管埋置深度控制在2～6 m，相鄰2導(dǎo)管間混凝土面高差不應(yīng)大于30 cm，每車(chē)混凝土澆筑完后對(duì)稱進(jìn)行混凝土高程測(cè)量，及時(shí)調(diào)整2導(dǎo)管澆筑速度，保證混凝土均衡。H型鋼接頭背后填充砂袋，在灌注前和灌注中分次填筑，且需防止鋼筋籠偏位。

4.8接頭外高噴樁防護(hù)

地下連續(xù)墻槽段間接縫外側(cè)采用高壓旋轉(zhuǎn)噴樁封水處理。每處接頭外設(shè)置2根高噴樁，樁間距1 m，距連續(xù)墻外側(cè)0.3～0.4 m，深52 m。采用“三重管”法施工，漿液壓力不小于30 MPa，噴漿管提升速度為10 cm/min，旋噴速度為10 r/min，可形成固結(jié)體，直徑為1.5 m。

5結(jié)束語(yǔ)

馬普托大橋南錨碇地下連續(xù)墻施工時(shí)，結(jié)合國(guó)外工程條件，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，不僅方便了施工，而且還解決了在臨海、高地下水位、上部軟弱土層、下部超厚軟巖層地質(zhì)條件下采用液壓抓斗成槽工藝的難題。通過(guò)工藝改進(jìn)，地下連續(xù)墻槽段工期由原計(jì)劃5 d/槽，縮短至3 d/槽。同時(shí)，采用液壓抓斗代替雙輪銑施工，設(shè)備成本投入節(jié)約近50%。

本文介紹的地下連續(xù)墻施工技術(shù)已在馬普托大橋項(xiàng)目中得到了成功應(yīng)用，其施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)類似工程項(xiàng)目具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

參 考 文 獻(xiàn)

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Construction Technique for Super-deep Underground Diaphragm Wall of Southern Anchor o Maputo Bridge in Complex Formation

ZHU Changchun, GUO Changrui

Abstract:With design optimization of underground diaphragm wall of southern anchor of Maputo Bridge as an example, this paper introduces a construction technique for underground diaphragm wall under the complicated hydrological and geological conditions. This technique exhibits the features of high construction quality, fast progress and cost saving, and shows better construction effect.

Keywords:complex formation; super-deep; underground diaphragm wall; hydraulic grab; grooving

文章編號(hào)：1009-6477(2016)01-0067-04

中圖分類號(hào)：U445.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

作者簡(jiǎn)介：祝長(zhǎng)春(1980-)，男，江蘇省連云港市人，本科，高工。

收稿日期：2015-08-17

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.015