海岸取頂管機(jī)深基坑施工技術(shù)分析

鄭一明

摘 要：基于工程實(shí)例，對海岸取頂管機(jī)深基坑施工技術(shù)的要點(diǎn)進(jìn)行分析，具體表現(xiàn)為：分析工程概況，探討工程地質(zhì)及周邊環(huán)境，介紹筑島平臺(tái)施工技術(shù)要點(diǎn)和咬合樁施工技術(shù)要點(diǎn)，最后對基坑施工方案進(jìn)行探究，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)施工人員提供一定參考。

關(guān)鍵詞：海岸取頂管機(jī);基坑施工技術(shù);咬合樁;方案

中圖分類號：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）26-0102-03

Analysis on Construction Technology of Deep Foundation Pit with Pipe

Jacking Machine on Coast

ZHENG Yiming

（China Railway 22 Bureau Group Third Engineering Co.， Ltd.， Xiamen Fujian 361021）

Abstract： Based on engineering examples， this article analyzes the key points of the construction technology of the coastal pipe jacking machine for deep foundation pits. The specific performance is： analyze the project overview， discuss the engineering geology and surrounding environment， and introduce the key points of the island platform construction technology and the construction technology of occlusal piles. The main points， finally， the construction plan of the foundation pit is explored， hoping to provide a certain reference for the relevant construction personnel.

Keywords： coastal pipe jacking machine;foundation pit construction technology;occluding pile;plan

海岸基坑工程施工難度高、影響因素多，對基坑施工技術(shù)要求更高。海岸取頂管機(jī)深基坑施工條件較差，為了保證施工質(zhì)量和安全，需要綜合考慮施工現(xiàn)場的地質(zhì)和環(huán)境條件，采用科學(xué)、先進(jìn)的施工技術(shù)。咬合樁技術(shù)具有施工效率高、經(jīng)濟(jì)效益好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，因此選用咬合樁技術(shù)進(jìn)行施工，同時(shí)對原頂管區(qū)域進(jìn)行注漿加固，在基坑外側(cè)采用雙液注漿，內(nèi)側(cè)采用單重管高壓旋噴樁，以此保證深基坑施工安全和質(zhì)量。

1 工程概況

在機(jī)場快速路過海段，頂管采用雙艙形式，管材采用頂管專用鋼筋混凝土管，管底埋深為現(xiàn)地面（海底）下8.87～21.59 m，上水頂工作井與接收井的爬坡高差為2.94 m，設(shè)計(jì)縱坡為0.3%。頂管直徑3.6 m，市政艙與電力艙中對中3.6 m，市政艙頂管已施工完成，電力艙頂管機(jī)于2018年8月31日發(fā)生故障，造成頂進(jìn)中止，所以需要在此處取出頂管機(jī)。

取機(jī)頭井采用鋼板樁筑島圍堰，形成鉆孔平臺(tái)，基坑采用旋挖鉆機(jī)咬合樁圍護(hù)。圍護(hù)樁共計(jì)43根，其中22根為C20素混凝土樁，21根為鉆孔灌注樁，采用C30水下混凝土，相鄰兩樁最大咬合部分為0.20 m。機(jī)頭尾部7根吊腳圍護(hù)樁樁長13.5 m，其余36根為25.3 m?；炷林蔚木匦螄o(hù)結(jié)構(gòu)為9 m×6.6 m，開挖深度為18.3 m，從上到下依次設(shè)置一道冠梁、三道腰梁，冠梁四周采用2 000 mm×2 000 mm×400 mm混凝土角撐支撐，腰梁無角撐。

2 工程地質(zhì)及周邊環(huán)境

工程施工范圍內(nèi)涉及的土層由上至下主要有回填土、淤泥、中粗沙、黏土、砂性黏土以及硬塑黏土等，地下水位位于地面以下0.2～4.1 m，工程地質(zhì)條件差。咬合樁施工范圍位于在建南港大橋西側(cè)，處于海陸交互平臺(tái)，施工條件較差。

3 筑島平臺(tái)施工

電力艙頂管機(jī)頭位于現(xiàn)狀海堤下方，為滿足對頂管機(jī)機(jī)頭處理施工空間的要求，需在海堤海域側(cè)填筑施工作業(yè)平臺(tái)。平臺(tái)呈直角三角形布置，邊長分別為27.2 m和17.0 m，采用拉森Ⅳ型鋼板樁圍護(hù)，樁長12 m。

鋼板樁的施打設(shè)備主要為振動(dòng)打拔樁錘，設(shè)備裝備液壓裝置。鋼板樁的插打工藝為單次打入，在插入角樁基礎(chǔ)上焊接呈現(xiàn)直角狀的組合樁，剩余單樁依次垂直插入，帶有扣槽的角樁組合樁在合龍時(shí)打入。

鋼板樁圍堰需根據(jù)施工的先后順序改變插打方式，施工初始階段，可以根據(jù)設(shè)計(jì)位置逐一插打;在施工后半階段，為保證合攏順利進(jìn)行，需將鋼板樁插到指定地點(diǎn)之后再打樁，如不能正常合攏，需利用滑車調(diào)整鋼板樁位置進(jìn)行合攏，最后將調(diào)整過位置的鋼板樁依次打到設(shè)計(jì)深度。整個(gè)插打過程需注意合攏的緊密性[1]。

鋼板樁入土深度為7 m，呈懸臂式支撐方式。在鋼板樁與原有海堤相接的位置，因有條石基礎(chǔ)，鋼板樁無法施工，故采用鋼筋籠與土袋相結(jié)合的方式進(jìn)行維護(hù)。

4 咬合樁施工技術(shù)

鉆孔咬合樁采用根管護(hù)筒旋挖鉆機(jī)施工，是樁與樁之間相互咬合排列的一種基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。施工主要采用“旋挖鉆機(jī)+超緩凝混凝土”方案。鉆孔咬合樁的排列方式為：第一序樁素混凝土樁（A樁）和第二序鋼筋混凝土樁（B樁）間隔;先施工A樁，后施工B樁，A樁混凝土采用超緩凝混凝土，要求必須在A樁混凝土初凝之前完成B樁的施工;B樁施工時(shí)，利用旋挖鉆機(jī)的切割能力切割掉相鄰A樁的部分混凝土，以此來實(shí)現(xiàn)咬合[2]。

4.1 施工工藝

鉆孔咬合樁施工時(shí)，先施工素混凝土A序樁，再在相鄰兩根A序混凝土素樁未緩凝前（初凝時(shí)間不得小于60 h，終凝時(shí)間不大于70 h）切割成孔施作鋼筋混凝土B序樁，其成樁順序?yàn)椋篈1→A2→B1→A3→B2→A4→B3→……→A22→B21，成樁順序詳見圖1。

鉆孔混凝土樁施工流程如圖2所示。

4.2 導(dǎo)槽施工

導(dǎo)槽采用C20混凝土，翼板全寬1.7 m，厚0.5 m，將導(dǎo)槽范圍地面整平并夯實(shí)之后，利用弧形模板定型并加固，最終對翼板進(jìn)行混凝土澆筑。

導(dǎo)墻基底應(yīng)位于密實(shí)的地基上，以保證導(dǎo)墻的穩(wěn)定性。用定型鋼模作導(dǎo)墻模板材料，3 m為一段，利用方木或者錨桿對模板進(jìn)行支撐。根據(jù)咬合樁軸線位置嚴(yán)格確定模板位置，根據(jù)旋挖鉆機(jī)護(hù)筒尺寸確定內(nèi)徑半徑，垂直度偏差需控制在2%左右。

利用商品混凝土制作導(dǎo)墻，為保證其穩(wěn)定性，入模后利用振動(dòng)棒進(jìn)行振搗。待混凝度強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之后開始拆模，完成拆模后進(jìn)行對口撐。之后開始混凝土養(yǎng)護(hù)，時(shí)間一般為7 d，根據(jù)季節(jié)環(huán)境變化調(diào)整養(yǎng)護(hù)方式，嚴(yán)格保證現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備材料的擺放規(guī)范。

4.3 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)位置保持穩(wěn)定，嚴(yán)禁出現(xiàn)傾斜搖晃現(xiàn)象。鉆頭就位后開始開孔，旋挖鉆機(jī)為智能型設(shè)備，在操作室屏幕界面中能夠精確顯示參數(shù)及數(shù)據(jù)。在鉆頭處于標(biāo)準(zhǔn)位置對準(zhǔn)中心時(shí)，即可鎖定各項(xiàng)數(shù)據(jù)不再改動(dòng)。鉆頭與中心十字線應(yīng)準(zhǔn)確對齊，將誤差縮小到2 cm以內(nèi)，以保證鉆進(jìn)的精準(zhǔn)性。

4.4 旋挖鉆進(jìn)

鉆機(jī)鉆頭位置對準(zhǔn)之后，檢查泥漿的制備情況，準(zhǔn)備完畢后開始旋挖鉆進(jìn)，鉆進(jìn)進(jìn)尺深度維持在60 cm左右。需要注意的是，鉆進(jìn)初期需穩(wěn)定控制鉆進(jìn)速度，要緩慢并穩(wěn)定地提斗，尤其在鉆孔口6 m處，需要格外注意旋挖的精準(zhǔn)性，在發(fā)生鉆進(jìn)偏差時(shí)利用控制盤及時(shí)糾正。每挖一斗都需要向鉆孔內(nèi)進(jìn)行注漿，保證孔內(nèi)水頭處于一定高度，增加壓力維持護(hù)壁穩(wěn)定性。素樁采用跟管下護(hù)筒穿越砂層至穩(wěn)定地層，護(hù)筒長約13 m。鋼筋混凝土樁采用孔口護(hù)筒約4 m。剩余部分采用膨潤土泥漿護(hù)壁[3]。

4.5 清孔

清孔的目的是清除鉆渣和沉淀層，盡量減少孔底沉淀厚度，防止樁底存留過厚的沉渣而降低樁的承載力;其次，清孔還為灌注水下混凝土創(chuàng)造了良好條件，使測深準(zhǔn)確，灌注順利。終孔檢查后，應(yīng)迅速清孔，不可停歇過久，使泥漿、鉆渣沉淀增多，造成清孔工作困難甚至坍孔。在清孔排渣時(shí)，必須注意保持孔內(nèi)水頭，防止坍孔。

4.6 鋼筋籠制作與吊裝

4.6.1 頂管機(jī)入井需采用玻璃纖維筋（Glass Fiber Reinforced Polymer，GFRP）。GFRP筋直徑25 mm，GFRP筋與普通鋼筋具體搭接設(shè)計(jì)應(yīng)由施工單位經(jīng)計(jì)算后確定。受力主（縱）筋間GFRP筋與鋼筋、GFRP筋與GFRP筋之間的連接采用鋼制U形卡連接，U形卡應(yīng)與筋材直徑相適應(yīng)，每根筋材連接端的U形卡數(shù)量不得少于3個(gè)。其余部位間的GFRP筋與鋼筋、GFRP筋與GFRP筋之間的連接可以采用鐵絲或者尼龍繩進(jìn)行牢靠綁扎[4]。

在對鋼筋籠材料加工完成并檢查合格之后，開始分別對鋼筋籠和玻璃纖維鋼筋籠進(jìn)行加工。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在指定尺寸地點(diǎn)做好箍筋，并標(biāo)注主筋位置，在主筋上標(biāo)注出加勁筋的位置，將主筋位置對準(zhǔn)勁筋標(biāo)示，保證加勁筋與主筋保持垂直狀態(tài)之后進(jìn)行焊接，一次性焊接完成主筋上的所有加勁筋。根據(jù)設(shè)計(jì)長度加工玻璃纖維鋼筋，根據(jù)主筋上所標(biāo)注的位置進(jìn)行捆扎，注意鋼筋間距保持一致。

整個(gè)制作過程需要注意提升玻璃纖維筋籠剛度。在筋籠兩次利用工字鋼進(jìn)行包邊處理，或者在筋籠內(nèi)部搭建玻璃纖維桁架，都可以在一定程度上提升剛度，防止筋籠在運(yùn)輸或者安裝過程中出現(xiàn)變形而影響質(zhì)量。

4.6.2 鋼筋籠吊放。鋼筋籠放入鉆孔之后，根據(jù)標(biāo)高確定位置，調(diào)整鋼筋籠的方向使其符合施工標(biāo)準(zhǔn)。利用吊環(huán)鋼管固定鋼筋籠，使鋼筋籠保持在符合標(biāo)高范圍的位置上，防止混凝土灌注過程中出現(xiàn)鋼筋籠上浮或者下沉現(xiàn)象。將入孔定位標(biāo)高誤差控制在5 cm左右，下部懸空，樁中心與鋼筋籠上口對齊，誤差保持在3 cm左右。斜側(cè)管的安裝需根據(jù)監(jiān)測方案進(jìn)行確定，鋼筋籠下放過程中需由監(jiān)測技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)安裝，下放前需保證斜側(cè)管的整體安裝質(zhì)量。

4.7 導(dǎo)管安裝及二次清孔

在鋼筋籠下放完成之后進(jìn)行導(dǎo)管安裝。導(dǎo)管材料為螺口接口鋼導(dǎo)管，壁厚大于6 mm，安裝過程注意導(dǎo)管接頭的嚴(yán)密程度，開始使用導(dǎo)管前需進(jìn)行接口抗拉試驗(yàn)和水密性測試。安裝完成后，需對孔內(nèi)泥漿沉淀厚度和性能指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，保證沉渣滿足設(shè)計(jì)需求，在未滿足要求的情況下，需要進(jìn)行清孔處理[5]。

4.8 水下混凝土灌注

當(dāng)二次清孔的沉渣厚度及泥漿指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，即可進(jìn)行水下混凝土灌注。

①配合比要求：C20素混凝土咬合樁坍落度應(yīng)保證在16～18 cm，混凝土的初凝時(shí)間不小于60 h，混凝土的3d強(qiáng)度值不大于3 MPa;混凝土灌注樁混凝土坍落度應(yīng)保證在18～22 cm，混凝土的初凝時(shí)間不小于2 h。②水下混凝土灌注準(zhǔn)備：首先安設(shè)導(dǎo)管，保持位置居中，導(dǎo)管下口與孔底保留30～50 cm。③漏斗要滿足首批混凝土需要量要求，保證首批混凝土灌注后導(dǎo)管埋深1 m以上，且不宜大于3 m。④用剪球法澆筑首批混凝土，首批混凝土灌入孔底后，立即探測孔內(nèi)混凝土面高度，計(jì)算導(dǎo)管埋置深度，確保符合要求后即可正常灌注。⑤灌注樁首盤料的計(jì)算。首批灌注混凝土的數(shù)量應(yīng)能滿足導(dǎo)管首次埋置深度（≥1.0 m）和填充導(dǎo)管底部的需要。

5 基坑施工方案

為了避免原頂管區(qū)域基坑出現(xiàn)涌泥涌砂現(xiàn)象，對原頂管區(qū)域進(jìn)行注漿加固處理。在基坑外側(cè)采用雙液注漿，內(nèi)側(cè)采用單重管高壓旋噴樁，注漿范圍位于頂管底下1 m，頂管頂上5 m。

5.1 雙液注漿。注漿質(zhì)量控制采用注漿量和注漿壓力雙控的方法，以水泥注入量控制為主，泵送終止壓力控制為輔。注漿終止壓強(qiáng)不小1.0 MPa。

水泥采用P.O42.5水泥，注漿水灰比為1∶1，注漿時(shí)要摻入水玻璃，水泥漿與水玻璃比例按1.0∶0.7為宜。（根據(jù)土壤凝結(jié)情況可以調(diào)整濃度）。

5.2 單重管高壓旋噴樁

高壓旋噴樁采用P.042.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為加固土質(zhì)量的30%;漿液比重1.45～1.55;外加劑氯化鈣、水玻璃等摻入量可參照產(chǎn)品說明書，但不得影響樁身質(zhì)量;水泥漿液液壓20～30 MPa，空壓機(jī)壓強(qiáng)為0.7 MPa;鉆桿提升速度為150～180 mm/min，旋轉(zhuǎn)速度約12～15 r/min;注漿管分段提升的搭接長度不小于50 mm，導(dǎo)孔孔位偏差不超過50 mm，孔斜率不超過1.0%，深度誤差不得超過100 mm，相鄰樁施工的時(shí)間間隔不超過24 h。

6 結(jié)語

海岸咬合樁施工安排合理，嚴(yán)格控制每道工序，目前已開挖到13.4 m，樁與樁之間無明顯漏水、變形現(xiàn)象。對臨界海邊咬合樁施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，以供類似工程參考。

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