結(jié)合港珠澳大橋香港人工島工程實(shí)際淺述地基加固方式

精品文檔-下載后可編輯結(jié)合港珠澳大橋香港人工島工程實(shí)際淺述地基加固方式1、地基加固原因

建筑物施工之前如果地基為軟土地基，或非軟土地基但局部承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，易造成建筑后地基不均勻沉降、滑移，造成建筑物傾倒、變形拉裂、功能喪失等事故。故需要對地基進(jìn)行處理，提高其固結(jié)度和抗剪強(qiáng)度，確保地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

本工程為筑島工程，島四周海堤的穩(wěn)定性、島內(nèi)回填土是否滿足設(shè)計(jì)要求的小于50cm的工后殘余沉降，均取決于下部地基是否有效加固。

2、地基處理基本方式

目前對地基加固的幾種基本方式主要有：

（1）換填法

對于地基承載力不夠或穩(wěn)定性不好的地方，將基底下地基持力層或主要受力層換土，換成砂石或灰土，使地基承載力提高，沉降量減少，且砂石利于排水。

優(yōu)點(diǎn)分析：工期短，工藝簡單、效果可靠；

缺點(diǎn)：增加開挖、回填量，經(jīng)濟(jì)性差，只適用于淺層地基。

（2）夯實(shí)法

通過強(qiáng)夯、壓路機(jī)碾壓和振動(dòng)壓實(shí)、小型打夯機(jī)打夯等方式，使土體密實(shí)，加固淺層地基。其中強(qiáng)夯法施工時(shí)，選用幾百剩余上千kN的錘，自高度10m以上高度落下，其夯擊能量很大，較普通夯、碾壓，不僅能使土體孔隙比顯著減少，強(qiáng)大的能力還可以破壞土粒微觀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生進(jìn)一步的體積壓縮，使土更密實(shí)；同時(shí)對含水量較大的粘土，還會(huì)產(chǎn)生明顯的排水固結(jié)，對含水量大的砂土?xí)a(chǎn)生液化、排水，砂土顆粒重新排列、更加密實(shí)。強(qiáng)夯加固有效深度也較普通夯、碾壓要大，其加固深度可按經(jīng)驗(yàn)公式估算：

z=α

式中：M是錘重，kN；H是落距m；α是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取0.4~0.75

優(yōu)點(diǎn)分析：工藝簡單；加固效果顯著；工效高，施工速度快；節(jié)省材料、施工費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)性佳；

缺點(diǎn)：加固深度有限，強(qiáng)夯最深加固深度10m左右；強(qiáng)夯法噪音大、震波對鄰近建筑物有一定影響，城市建筑物和人口密集區(qū)，不宜使用；淤泥或淤泥質(zhì)軟粘土不適宜。

（3）加載排水固結(jié)法

加載排水固結(jié)法機(jī)理：在壓縮性高、含水量大、孔隙比大、軟土較厚的土層中設(shè)置豎向及徑向排水通道，上部采用堆載或真空預(yù)壓等方式加載，在上部荷載的作用下，使深厚、飽和軟土地基中孔隙水逐步排出，加快了地基的沉降與固結(jié)，以達(dá)到提高地基承載力的目的。

地基中豎向排水通道可通過打設(shè)排水板、砂井、砂樁等形成，徑向排水通道可通過設(shè)置砂墊層等形成。

上部加載形式亦較多，主要有堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、堆載聯(lián)合降水預(yù)壓等工藝。其加載強(qiáng)度應(yīng)大于將來場地交付后最大使用荷載，以保證地基始終處于超固結(jié)狀態(tài)，不致再次產(chǎn)生固結(jié)沉降或失穩(wěn)。

優(yōu)點(diǎn)：工藝成熟，加固效果好，真空預(yù)壓工藝對周邊土體影響??；

缺點(diǎn)：成本高，固結(jié)時(shí)間長，堆載預(yù)壓需控制好加載速度，加載過快會(huì)對周邊土體造成影響。

（4）復(fù)合地基法

復(fù)合地基是指天然地基中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，由基體和增強(qiáng)體兩部分組成。在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的作用。

復(fù)合地基主要形式有水泥攪拌樁、粉噴樁、旋噴樁、碎石樁、擠密砂樁等。

水泥攪拌樁是利用水泥或石灰，通過特制的深層攪拌機(jī)械，在預(yù)定深度內(nèi)把地基土（適用于淤泥、軟粘土）與水泥或石灰強(qiáng)行攪拌，形成柔性樁體或墻體。

高壓旋噴樁就是用鉆機(jī)鉆孔至預(yù)定深度，然后一面旋轉(zhuǎn)提升鉆桿，同時(shí)以20Mpa的強(qiáng)大壓力向周圍噴射水泥漿，形成樁體或墻體。

碎石樁是利用振沖器，在高壓水沖擊和機(jī)械振動(dòng)聯(lián)合作用下，下沉成孔，通過振沖器的強(qiáng)力振動(dòng)，使軟弱粘土、砂性土顆粒析排列、振動(dòng)密實(shí)；另一方面依靠振沖器的水平振動(dòng)力，在加碎石、砂填料的情況下，通過碎石、砂使土層擠壓密實(shí)；碎石樁/砂樁與樁間土體形成復(fù)合地基，從而提高地基承載力。

優(yōu)點(diǎn)分析：加固速度較快，效果好；

缺點(diǎn):工藝復(fù)雜、施工費(fèi)用高，噪音大，水泥攪拌樁等對環(huán)境有一定影響。

（4）其他輔助措施

此外地基加固時(shí)還常常在基底設(shè)置土工織物、土工格柵等，通過其加筋、隔離等功能，增加土體的抗拉、抗變形能力，減少地基差異沉降和變形，增強(qiáng)建筑物的穩(wěn)定性。

另外采用淤泥快速固結(jié)劑等注漿-化學(xué)固結(jié)方式，在一些淤泥或淤泥質(zhì)粘土加固工程中亦有應(yīng)用。

3香港人工島地基加固工藝介紹

3.1工程概況

香港人工島位于香港國際機(jī)場的東側(cè)，地勢由南向北傾斜加深，泥面標(biāo)高從約-3.0~-10.0m，岸壁長6140m，面積約150萬平米。交工標(biāo)高+5.5。香港口岸人工島處的設(shè)計(jì)高水位為+2.10m，平均水位為+1.20m，設(shè)計(jì)低水位為+0.30m。從海床面以下主要有兩種土層，一是MD（海相沉積淤泥）層，二是ALL（殘積土）層。MD層厚度大，含水量高，壓縮比大，是本次地基加固的土層。陸域形成的技術(shù)要求為50年工后沉降不大于50cm。

香港口岸人工島原泥面等高線

香港口岸人工島典型鉆孔斷面圖

3.2地基加固總體思路

香港人工島工程地基加固主要分為島壁區(qū)和島內(nèi)回填區(qū)兩大塊進(jìn)行。主要方式有：

（1）島壁區(qū)地基加固

主要采用在海堤基底區(qū)域打設(shè)碎石樁穿透MD層，直至入ALL層下2m，碎石樁直徑為1m，排距為3m，碎石粒徑為20~50mm，樁長約20~30m，置換率約為8%。擠密碎石樁與原有淤泥、淤泥質(zhì)粘土層形成復(fù)合地基，提高了地基承載力，同時(shí)隨上部海堤施工，荷載增加，碎石樁還能起到豎向排水通道作用，地基進(jìn)一步排水固結(jié)。

（2）島內(nèi)回填區(qū)加固

主要采用打設(shè)塑料排水板，鋪砂墊層，形成豎向和徑向排水通道，再在上部回填砂、公眾填料加載，加載后恒載期6個(gè)月（預(yù)計(jì)，具體視海泥不排水抗剪強(qiáng)度增長），期滿后卸載，地基加固結(jié)束。

另外我部為了加快施工進(jìn)度，同時(shí)節(jié)省堆載料運(yùn)進(jìn)、運(yùn)出量，降低施工成本，還擬在部分回填區(qū)域采用堆載聯(lián)合降水預(yù)壓的地基加固方案。即在該區(qū)域周邊打設(shè)鋼板樁穿透砂層至淤泥不透水層下2m，形成止水帷幕，內(nèi)部采用井點(diǎn)降水法，降低地下水位，使堆載土體由浮容重τ'變?yōu)樘烊蝗葜卅?，因?τ水=τ'，故通過井點(diǎn)降水6m高，增加的堆載為6t/m，相當(dāng)于替代了重度為2t/m3的堆載料3m高，擬采用堆載聯(lián)合降水預(yù)壓的區(qū)域面積約35萬m2，則可節(jié)省約105萬m3堆載、卸載量，且預(yù)計(jì)能縮短約5個(gè)月工期。

香港口岸人工島地基加固平面布置圖

3.3具體工藝及難點(diǎn)分析

3.3.1排水板施工

原設(shè)計(jì)排水板全部為水上施工。后因該區(qū)域南部海床面較淺，底標(biāo)高約為-2.5~-4m左右，拋2m厚砂墊層后，排水板施工船舶吃水不夠，故改為深水區(qū)水上施工排水板，淺水區(qū)待吹填砂至+3mPD，再陸上施工排水板。

（1）水上排水板工藝

a、采用雙船體深水插板船，船上裝備高精度GPS實(shí)時(shí)差分定位系統(tǒng)，插設(shè)樁機(jī)設(shè)備布置于船體中部，一次定位后，可以對29m×10m范圍的區(qū)域進(jìn)行打板作業(yè)，施工效率高偏差控制在±50mm以內(nèi)。

b、水上排水板由配置DZ40振動(dòng)錘的排水板施工船施工，采用單錘雙管施工，每次2根依次打設(shè)該格內(nèi)排水板。

水上排水板施工照片

排水板船結(jié)構(gòu)圖

排水板船定位示意圖

（2）陸上排水板工藝

陸上排水板采用振動(dòng)錘錘擊下沉和液壓下沉兩種方式施工。因人工島靠近香港機(jī)場，有限高要求，故不少區(qū)域陸上排水板施工，需采用帶伸縮套管的振動(dòng)插板機(jī)進(jìn)行施工。

a、液壓直插法施工工藝流程

液壓直插法施工工藝流程圖

b、振動(dòng)伸縮套管法施工工藝流程

振動(dòng)伸縮套管法施工流程圖

（3）排水板工藝通病治理

a、排水板回帶治理

原因分析

（a）排水板在打設(shè)過程中因樁靴與插管難以完全密封，淤泥擠入管內(nèi)，造成排水板粘在插管內(nèi)壁，插管上提時(shí)排水板隨插管回帶。

（b）部分施工區(qū)域沖擊層處為老粘土，粘性很大，當(dāng)套管打入此處時(shí)，樁位成孔，孔壁光滑，對套管底部插銷無向下壓力，排水板自重、樁靴的重力及土體摩擦力小于插管上提時(shí)對排水板的摩阻力，不能脫銷，或者脫銷后排水板與粘土孔壁摩擦力小，致使排水板與套管一起被帶上。

（c）采用振動(dòng)插時(shí)，有些區(qū)域沖擊層處土質(zhì)較硬，需開振動(dòng)錘較長時(shí)間留振才能打到設(shè)計(jì)標(biāo)高，長時(shí)間留振使泥沙、粘土擠入套管口，粘住插銷和排水板，導(dǎo)致回帶。

解決辦法

（a）排水板施工時(shí)，打入設(shè)計(jì)標(biāo)高后，卷揚(yáng)機(jī)提升套管時(shí)，繼續(xù)開啟振動(dòng)錘，振掉底部泥沙、振松插銷，使排水板留底。此辦法對于底口少量進(jìn)泥的情況有效，宜與其他解決辦法共用。

（b）提高樁靴與插管底端結(jié)合處的密封性。主要通過改進(jìn)樁靴和插管底口尺寸，使樁靴在施工時(shí)能盡可能堵住插管底口、防止泥沙進(jìn)入，同時(shí)在樁靴底加焊鋼筋頭，適當(dāng)增加樁靴重量，以便脫銷。

（c）陸上排水板施工，每臺(tái)插板機(jī)均增加一套自動(dòng)沖水裝置，由高壓水泵、耐高壓塑料水管組成，在插管沉設(shè)過程中，給插管內(nèi)加水，通過插管內(nèi)水壓力減少泥沙進(jìn)入管內(nèi)，降低插管上提時(shí)對排水板的摩阻力，有效解決了塑料排水板的回帶現(xiàn)象。

（d）插管頂部進(jìn)帶口處增加一組光滑的滾軸，排水板打設(shè)至指定深度后，插管上拔時(shí)，滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)以減小塑料排水板與軸之間的摩擦，避免摩擦力過大產(chǎn)生回帶。

b、排水板扭帶、被大風(fēng)吹斷現(xiàn)象的防治

原因分析

排水板樁架高度高，從插管口到地面的排水板外露自由長度長，易產(chǎn)生扭帶現(xiàn)象，大風(fēng)天氣，還易被風(fēng)刮斷。

解決辦法

沿插管高度方向上設(shè)置限位鋼環(huán)，隨振動(dòng)錘和插管上下移動(dòng)，以減少外露排水板的自由長度，限制其扭轉(zhuǎn)，也不易被風(fēng)刮斷。

3.3.2碎石樁施工

香港人工島工程碎石樁施工由北京振沖負(fù)責(zé)施工。碎石樁施工采用1000~2000t專用水上振沖碎石樁施工船，起吊振沖器的履帶吊、進(jìn)行喂料用的長臂挖掘機(jī)及碎石倉在同一駁船上，每一條駁船即為一套施工設(shè)備組。

船上裝載GPS定位系統(tǒng)，可利用船上錨車進(jìn)行精確定位。

碎石樁施工工藝示意圖

工藝流程：拋填碎石墊層振沖器定位碎石樁成孔(輔助水沖)循環(huán)填加碎石,循環(huán)振沖上拔成樁移至下一樁位。

3.3.3堆載聯(lián)合降水預(yù)壓工藝

（1）工藝概述

目前人工島堆載聯(lián)合降水預(yù)壓尚未開展，我部已將方案提交給香港顧問公司，并積極推進(jìn)。此工藝在香港工程中從未使用過，根據(jù)香港方面偏于保守、謹(jǐn)慎的習(xí)慣，推進(jìn)有一定難度。但堆載聯(lián)合降水預(yù)壓在國內(nèi)工程中有成功先例。

主要工藝流程如下：

（2）主要工藝

a、降水井布置

降水井的布置原則如下：

截水井：沿格型鋼板樁海墻與島內(nèi)止水帷幕陸側(cè)后方5~6m處布置一排截水井，間距40m，截住從板樁鎖口滲入的水。該排水井的抽水量應(yīng)與計(jì)算的涌水量相同。

疏干井：截水井后方20m起，大面積填筑區(qū)的降水井采用等間距滿堂布置，間距40m。

人工島降水井的平面布置見附圖（B區(qū)，其他區(qū)還待進(jìn)一步規(guī)劃）。

人工島降水井布置斷面圖

b、降水井結(jié)構(gòu)及施工工藝

成井結(jié)構(gòu)

井管結(jié)構(gòu)根據(jù)不同區(qū)域的原泥面標(biāo)高而定，底標(biāo)高為進(jìn)入MD層以下1m，頂標(biāo)高約+8.5m。井管長15m~20m，孔徑377mm，井徑300mm。

抽水井材料采用鋼管，公眾填料部位為井壁管，回填砂部位為過濾管，外用80目紗布包縛。濾料采用中粗砂，止水采用粘土、海帶。井管結(jié)構(gòu)圖見下圖：

井管結(jié)構(gòu)圖

沉井工藝

擬采用1臺(tái)40T履帶吊機(jī)和1臺(tái)30T（37kw）液壓振動(dòng)錘等機(jī)具設(shè)備進(jìn)行施工。

成井施工步驟：

定位放樣液壓振動(dòng)錘鉗住套管頂部套管底部安置錐形頭