CN1195132C - 沉管法隧道基础施工工艺 - Google Patents

Abstract

一种沉管法隧道基础施工工艺，属于建筑工程领域。采用钢接桩的方法，调整桩顶标高；采用高强度、低延胀率和耐磨的复合材料制作砂浆囊袋；囊袋注浆采用注浆孔与排气孔双管结构；使用低稠度、高强度及固结收缩率低的砂浆罐填材料；采用管段底部充填注浆，挤出和固结回淤，并与桩基囊袋形成完整的复合基础；所述的采用钢接桩的方法，调整桩顶标高的技术措施具体如下：水上打入桩施工，当桩顶标高高出设计值时，通过水下切割钢接桩来修正桩顶标高。本发明针对性强，适用于沼泽软弱地基、回淤量过大的江河海底及因振动而产生基础液化的地区，解决了原施工工艺的不足和缺陷。

Description

沉管法隧道基础施工工艺

技术领域

本发明涉及的是一种隧道基础施工工艺，特别是一种沉管法隧道基础施工工艺，属于建筑工程领域。

背景技术

世界上第一条沉管法隧道于1910年在美国的底特律河建成。近一个世纪以来，世界上已建成的沉管法隧道有150多条，尤其在欧洲、美国及日本等地居多。管段基础施工工艺是沉管法隧道，特别是矩形沉管法隧道施工的难题之一。从沉管隧道基础施工技术的发展来看，管段基础施工方法大致可分为先铺法和后铺法。先铺法包括刮铺法和桩基法；后铺法包括喷砂法、压砂法、压浆法、灌砂法和灌囊法等。桩基基础施工方法主要用于软弱地基下卧层、强回淤河流地区等会使管段产生不均匀沉降的场合，或建成的隧道使用后因振动而使砂性基础液化的场合，此时的基础仅作“垫平”处理是不够的。水下桩基施工首先要考虑如何使桩的平面位置、桩顶标高满足设计要求，使桩顶与管段的底部吻合。通常采用较多的有：水下混凝土传力法、砂浆囊袋传力法和可调桩顶法。其中砂浆囊袋传力法就是在管段底部与桩顶之间用大尼龙囊袋灌注水泥砂浆加以垫实，使所有桩基能同时受力。瑞典的廷斯泰德隧道就采用此方法进行基础施工。其施工顺序一般为：先在已浚挖好的基槽内进行水下打入式方桩施工，然后铺设碎石垫层。将根据桩位设计位置预留大型化纤囊袋的管段浮运沉放就位后，向囊袋内压入砂浆填满管段底部与桩顶间的空隙，保证管段和桩顶密实接触，并使所有桩基共同承载。经文献检索：《沉管隧道的目录及档案资料》中提及：瑞典廷斯泰德沉管隧道的施工：“…隧道最大沉陷大多数发生在早期，范围在40mm～50mm之间。边墙和顶部有细小的裂缝发生，阴极保护曾重新修过一次，沉放后直接沉陷约10mm；回填后，沉陷增至20mm(回填的超载约50KN/m²)。沉陷差是由于地层条件的不同和超载深度的不同引起的，未用桩基支承的范围内沉陷超过了0.5m”。收录于《世界沉管技术》(第二期)国际隧协1997年沉管隧道报告(P159页)。经分析，隧道施工后及使用中出现一定的沉陷量可能与该施工方法的以下不足及缺陷有关：①桩基采用木桩基础，桩体压缩量大、耐久性差。②囊袋采用尼龙制作，其延伸率较大，影响囊袋内砂浆的均匀充填。③袋内所压入的砂浆稠度值高，收缩率大。砂浆充满囊袋后，由于固结收缩，很难保证囊袋与管段底部密贴相接。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种沉管法隧道基础施工工艺，使桩基通过囊袋传力与管段紧密相接，再进行管底充填注浆，固结回淤，确保群桩共同受力和管段底板应力均匀分布，有利于隧道稳定。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的具体工艺如下：

(1)采用钢接桩的方法，调整桩顶标高；

(2)采用复合材料制作砂浆囊袋；

(3)囊袋注浆采用注浆孔与排气孔双管结构；

(4)使用低稠度、高强度及固结收缩率低的砂浆罐填材料；

(5)采用管段底部充填注浆，挤出和固结回淤，并与桩基囊袋形成完整的复合基础。

以下对本发明进一步详细描述：

(1)所述的采用钢接桩的方法，调整桩顶标高的技术措施具体如下：

水上打入桩施工，很难保证桩顶标高的一致性。采用钢接桩的方法，当桩顶标高高出设计值时，可通过水下切割钢接桩来修正桩顶标高。如：600mm×600mm的预应力方桩(长24～34m)，方桩顶通过法兰连接Φ750mm，长3m的钢接桩，桩顶标高可在3m长的钢接桩上进行调整。

(2)确定高强度、低延胀率和耐磨的复合材料制作砂浆囊袋的方法具体如下：

确定囊袋拉伸强度为＞允许抗拉强度22.5MPa、延胀率为＜最小延胀率0.22mm/KNm²，其耐磨性也有很大的提高。

(3)囊袋注浆的技术措施具体如下：

由注浆孔和排气孔组成的双管囊袋结构，砂浆完全注满囊袋，解决了囊袋注浆不能排除袋内多余的水和空气的问题，避免了砂浆灌注后后留下较大的水、气相空隙而不能形成管段与桩基囊袋的密贴。

(4)所述的使用低稠度、高强度及固结收缩率低的砂浆罐填材料的技术措施具体如下：

所选定配合比的砂浆材料的配合比，其水灰比为：1∶1.8，砂率为3.3，外掺剂为0.064，经拌和的砂浆材料其稠度值为8cm，抗压强度R7＝8MPa、R28＝14MPa，收缩率1.5％，能够满足远距离泵送的要求。

(5)所述的采用管段底部充填注浆，挤出和固结回淤，并与桩基囊袋形成完整的复合基础的技术措施具体如下：

充填注浆孔孔位一般穿插于囊袋孔之间布置，待囊袋砂浆强度满足单桩承载力后，所述的“囊袋孔”系指囊袋注浆管或囊袋所处的位置；所述的“充填注浆孔孔位”系指分布于各个“囊袋孔”周围的所预埋的注浆管。

撤除管段就位临时支撑千斤顶，然后进行管底充填注浆，既能赶出和固结基槽回淤，又能与桩基囊袋共同形成完整的复合基础，充填砂浆，其浆液配比：灰水比：1∶2.7-2.8，砂率：1-2％。

本发明具有实质性特点和显著进步，针对性强，适用于沼泽软弱地基、回淤量过大的江河海底及因振动而产生基础液化的地区，对原有的桩基砂浆囊袋传力法的基础上进行了改进，以囊袋材料及砂浆配比的改进、囊袋注浆双管结构和管底充填注浆复合基础，解决了原施工工艺的不足和缺陷。

具体实施方式

以某矩形沉管隧道施工为例，其江中段全长395m，共由4节预制管段构成，平均每节管段长约100m，管段宽度为22.8m，高度8.45m。

由于沉管下的地基土特别软弱，容许承载力低，且基槽浚挖好后有回淤严重，如果采用一般的技术进行隧道管段基础施工，管段将由于下卧层的软弱淤泥层的存在随着隧道运营年月的推移逐步产生可观的累积沉降和差异沉降，影响隧道的正常使用。为克服上述困难，该沉管隧道江中段基础由204根预制钢筋混凝土方桩和16根钻孔灌注桩组成。水上打入桩采用600mm×600mm预应力钢筋砼方桩，桩顶以法兰连接一段3m长、Φ750mm直径的钢接桩，桩尖标高43.39m-50.382m，桩长27m-37m不等(包括3m钢接桩)，桩顶标高12.14m-17.02m。临时支承的钢桩为Φ1200mm，由于囊袋和垂直千斤顶位置与方桩及支承钢桩一一对应，所以桩基施工的难点在于桩的平面位置及桩顶标高的控制。  沉桩质量控制要求如下：桩沿隧道轴向偏差为±10cm、沿隧道横向偏差为±15cm、桩顶标高为0～-5cm、桩垂直度偏差为1/400。

(1)桩基施工工艺

①预制桩施工

方桩制作、钢接桩施工、二节桩拼接；

②现场施工

布设测量基线、施工放样定位、水上航道管理、水上打入桩；

③管段沉放前的桩基工作

沉桩质量验收、桩位及桩顶标高测量、水下修正桩顶标高、确认管段沉放。

(2)砂浆囊袋施工工艺

桩基础能很好的解决软弱地基土承载力问题，但是由于沉管对桩基础桩顶标高精度控制要求特别高，在实际情况中单靠预制桩打入施工的控制是不可能达到该精度要求的，因此在管段沉放完毕后，为保证所有桩顶与管段底的良好接触，采用砂浆囊袋传力法，即在桩基顶面和隧道沉管底之间预设压浆囊袋，囊袋直径1500mm，管段下沉就位后，用两只位于自由端位置垂直千斤顶调节好管段位置再向囊袋内压入砂浆填满管段下壁与桩顶间空隙，达到囊袋与沉管底部及桩基顶部的密实接触。其中囊袋及囊袋压浆管在管段浇筑时先进行预埋。施工顺序：

管内预埋砂浆囊袋及注浆管——注浆管配置球阀、法兰——注浆前准备工作——砂料选择——砂浆拌制——砂浆输送——囊袋注浆——换孔——拆除球阀、封孔

①囊袋及注浆管安装

依据江中桩基分布，管段中囊袋注浆孔共4排。其中每一囊袋位置与江中桩基对应。

管段内所有注浆孔均在管段施工时进行预埋，囊袋注浆采用注浆孔与排气孔双管结构，注浆孔径为Φ102mm，排气孔径为Φ60mm；充填注浆孔位于车道处孔径为Φ152mm，隔墙内为Φ102mm；防水注浆孔径为Φ50mm。预埋注浆孔均采用无缝钢管，上端焊接一相应规格法兰，注浆前将另一与之配套带有两寸球阀的法兰装好，待管段沉放到位再连接注浆管进行注浆。

②囊袋压浆施工

由于管段内空间狭小拌浆平台只能放于岸边隧道，施工前须考虑浆管送浆通道，尤其对于囊袋注浆，因为此时管段端封门尚未能打开，送浆管路只能从测量孔中穿入管段。当注浆管路过长时，可采用接力泵进行送浆。囊袋压浆时，边压浆边从排气孔排除多余的水、气，直至排气孔排除浆液方可停止压浆，然后将法兰、球阀拆除，并

用钢板将注浆口(排气口)密封。

(3)管底充填注浆施工工艺

当管段桩基囊袋注浆结束后，整个管段荷载基本由桩基囊袋承担，应力将集中分布于各个桩顶与管底接触部位。为减少管段沉放后应力过于集中于桩顶囊袋处，在管段中预留充填注浆孔，待囊袋注浆结束后，再进行管底充填孔注浆。施工顺序：

球阀、法兰安装——注浆前准备工作——砂料选择——砂浆拌制——充填注浆——换孔——拆除球阀、封孔

①充填注浆管安装

充填孔布置3排，呈对称分布，孔位穿插于囊袋孔之间，设计砂浆扩散半径为5m左右。

②充填注浆施工

充填孔压注砂浆，将管底流态或半流态回淤用砂浆挤出，并充填原基槽超挖所形成管段底与基槽底之间空隙，固结未挤出的回淤，形成较为密实砂浆、桩基混合基础。

实施例的实际效果：囊袋注浆结束后，潜水员在水下对两边囊袋进行探摸，发现囊袋均匀饱满，与桩基及管底吻合密贴。管段充填注浆完成后，管段稳定，证明管段基底充填砂浆基本密实，管段沉放后经测量无沉陷，达到了设计效果。

Claims (4)

1、一种沉管法隧道基础施工工艺，其特征在于具体工艺如下：

(1)采用钢接桩的方法，调整桩顶标高；

(2)采用高强度、低延胀率和耐磨的复合材料制作砂浆囊袋；

(3)囊袋注浆采用注浆孔与排气孔双管结构；

(4)使用低稠度、高强度及固结收缩率低的砂浆罐填材料；

(5)采用管段底部充填注浆，挤出和固结回淤，并与桩基囊袋形成完整的复合基础；

所述的采用钢接桩的方法，调整桩顶标高的技术措施具体如下：水上打入桩施工，当桩顶标高高出设计值时，通过水下切割钢接桩来修正桩顶标高。

2、根据权利要求1所述的这种沉管法隧道基础施工工艺，其特征是，所述的采用高强度、低延胀率和耐磨的复合材料制作砂浆囊袋的技术措施具体如下：囊袋拉伸强度为大于允许抗拉强度22.5MPa、延伸率为小于最小延伸率0.22mm/KNm²。

3、根据权利要求1所述的这种沉管法隧道基础施工工艺，其特征是，所述的使用低稠度、高强度及固结收缩率低的砂浆罐填材料的技术措施具体如下：所选定配合比其水灰比为：1∶1.8，砂率为3.3，外掺剂为0.064，经拌和的砂浆材料其稠度值为8cm，抗压强度R₇＝8MPa、R₂₈＝14MPa，收缩率1.5％。

4、根据权利要求1所述的这种沉管法隧道基础施工工艺，其特征是，所述的采用管段底部充填注浆，挤出和固结回淤，并与桩基囊袋形成完整的复合基础的技术措施具体如下：充填注浆孔孔位穿插于囊袋孔之间布置，待囊袋砂浆强度满足单桩承载力后，撤除管段就位千斤顶，然后进行管底充填注浆充填砂浆，其浆液配比∶灰水比：1∶2.7-2.8，砂率：1-2％，所述的囊袋孔系指囊袋注浆管或囊袋所处的位置，所述的充填注浆孔孔位系指分布于各个囊袋孔周围的所预埋的注浆管。