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《水運(yùn)工程雜志》2015年第十二期

摘要:

振沖碎石樁與周圍的土體形成復(fù)合地基，同時(shí)碎石樁作為垂直排水通道，能夠加快周圍軟土的排水固結(jié)，是一種快速加固地基、節(jié)能環(huán)保的地基處理技術(shù)。但是由于施工工藝的制約，該方法在軟土地基(十字板剪切強(qiáng)度小于20kPa的土體)以及限高條件下的應(yīng)用受到制約。本文以港珠澳大橋香港口岸人工島項(xiàng)目碎石樁的工程應(yīng)用為例，介紹一種新型底部出料碎石樁施工工藝，該方法有效地保證了碎石樁在軟土地基條件下的成樁質(zhì)量，同時(shí)由于該設(shè)備伸縮管等技術(shù)的應(yīng)用，成功減少了設(shè)備高度，打破了在機(jī)場(chǎng)限高條件下應(yīng)用的限制。

關(guān)鍵詞:

底部出料振沖碎石樁;軟土地基;限高條件

香港口岸填海工程項(xiàng)目是港珠澳大橋項(xiàng)目的核心組成部分，形成海堤全長(zhǎng)6296m，筑島面積149.68萬(wàn)m2。島壁地基加固技術(shù)采用海上底部出料振沖碎石樁施工工藝，上部采用格型鋼板樁形成島壁。該項(xiàng)目的實(shí)施向振沖碎石樁技術(shù)提出了更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，無(wú)論從工程規(guī)模、處理深度，還是從地質(zhì)條件、工程環(huán)境(如機(jī)場(chǎng)高度限制、白海豚保護(hù)、水質(zhì)要求、噪聲控制、空氣污染、海航線限制等)都居世界前列。本項(xiàng)目共實(shí)施碎石樁4.3萬(wàn)根，約109萬(wàn)延米，共投入10條打樁船，50臺(tái)振沖器。在該項(xiàng)目中，新研制的新型底部出料配套干法振沖施工設(shè)備及相應(yīng)工藝取得巨大成功，在海上水深達(dá)到15m、機(jī)場(chǎng)高度限制的條件下振沖碎石樁最大有效樁長(zhǎng)達(dá)到36.5m，振沖施工全過程采用自動(dòng)記錄控制系統(tǒng)，限高條件下的伸縮導(dǎo)桿控制系統(tǒng)和底部出料料管減震器結(jié)構(gòu)均處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

1碎石樁施工范圍內(nèi)的水文、地質(zhì)條件

現(xiàn)場(chǎng)海床高程從－2.5m到－10m不等，海水深度普遍在4～12m，水下是11～28m非常軟的海相淤泥層，淤泥層下才是較好的沖積土層(沖積黏土層和沖積砂土層)。土層強(qiáng)度指標(biāo)見表1。施工范圍內(nèi)的水文條件見表2和3。

2限高條件下海上底出料振沖碎石樁施工關(guān)鍵技術(shù)

1)限高條件下振沖碎石樁的伸縮機(jī)構(gòu)。本項(xiàng)目臨近香港機(jī)場(chǎng)，由于受到機(jī)場(chǎng)限高條件限制，部分施工區(qū)域要求碎石樁設(shè)備高度不能超過35m，而碎石樁的施工長(zhǎng)度最長(zhǎng)超過了36m。在此高度限制條件下，完成既定超長(zhǎng)深度的振沖碎石樁，必須采用專門的措施，唯一可行的方案即是采用伸縮管技術(shù)(圖2)。縱觀國(guó)內(nèi)外所有伸縮管技術(shù)在大型設(shè)備中采用的除了油缸之外并不多見，尤其在振沖碎石樁導(dǎo)管中采用更是首屈一指。在大型機(jī)械設(shè)備伸縮應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境下，如建筑施工、油田鉆探等行業(yè)應(yīng)用中，需大量用到具有伸縮功能的大型機(jī)械設(shè)備，以滿足相應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。例如在大型建筑施工中，由于地基基礎(chǔ)要求，需完成較深樁基礎(chǔ)，針對(duì)樁機(jī)而言，需采用伸縮方式在有限高度內(nèi)延長(zhǎng)裝機(jī)施工深度方能完成，且由于樁機(jī)本身特點(diǎn)，伸縮方式需抵抗較大外力、振動(dòng)且耐磨并具有密封效果。本關(guān)鍵技術(shù)要解決的問題是提供一種伸縮機(jī)構(gòu)，在外部限高條件下達(dá)到設(shè)備延長(zhǎng)工作長(zhǎng)度的目的。該關(guān)鍵技術(shù)的伸縮機(jī)構(gòu)主要包括伸縮抱箍、充氣密封、插銷、內(nèi)銷孔、轉(zhuǎn)軸支架、轉(zhuǎn)軸、外管端圓環(huán)。首先在內(nèi)管中植入銷孔，銷孔由抗壓耐磨材料組成，然后在外管頂端安裝外管端圓環(huán)及轉(zhuǎn)軸支架、轉(zhuǎn)軸、伸縮抱箍。在不需要伸縮時(shí)，伸縮抱箍處于閉合狀態(tài)，由固定螺絲閉合，充氣密封處于充氣狀態(tài)，整個(gè)伸縮機(jī)構(gòu)保持密封;在需伸縮時(shí)，將充氣密封進(jìn)行排氣處理后，拆卸伸縮抱箍固定螺絲，將伸縮抱箍分開，并提升內(nèi)管至銷孔位置時(shí)，將插銷插入銷孔，閉合抱箍并上緊固定螺絲，最后充氣密封，使伸縮機(jī)構(gòu)達(dá)到密封狀態(tài)。整個(gè)伸縮抱箍機(jī)構(gòu)除充氣密封采取橡膠材料外，其他部件皆可采用抗壓、耐磨材料加工，故整個(gè)伸縮機(jī)構(gòu)可承受外部較大振動(dòng)及外力，且在外部環(huán)境復(fù)雜時(shí)，達(dá)到耐磨、抗損的特點(diǎn)。伸縮機(jī)構(gòu)采取充氣密封方式封閉，密封效果好，可在地下、水下等復(fù)雜環(huán)境中工作。整個(gè)伸縮過程僅需要拆卸固定螺絲及安裝固定螺絲，操作簡(jiǎn)捷、高效。伸縮機(jī)構(gòu)均采用簡(jiǎn)單機(jī)械加工件組成，使用過程中可隨時(shí)更換各個(gè)組件，保養(yǎng)維修簡(jiǎn)潔，且經(jīng)濟(jì)效益突出。

2)底部出料的加壓振沖關(guān)鍵技術(shù)。工程存在15～25m厚的軟弱土層，十字板強(qiáng)度低于20kPa，如果采用傳統(tǒng)的頂喂料水法振沖技術(shù)，碎石樁周圍的土體無(wú)法提供足夠的圍壓保證碎石樁的成樁質(zhì)量，地基處理的效果會(huì)大打折扣。因此，本項(xiàng)目采用底出料干法振沖碎石樁施工技術(shù)。振沖器導(dǎo)料管帶料、帶壓(供風(fēng))造孔至設(shè)計(jì)樁底高程后，振沖器反復(fù)上下振動(dòng)，連續(xù)計(jì)量加密至設(shè)計(jì)樁頂高程。整個(gè)造孔和加密期間，孔內(nèi)保持高氣壓，防止泥水進(jìn)入導(dǎo)料管影響樁體的透水性。干法底部出料振沖碎石樁原理見圖3。根據(jù)圖4監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，整個(gè)碎石樁在施工過程中樁體的密實(shí)度和直徑都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，證明底部出料加壓振沖技術(shù)的優(yōu)越性。

3結(jié)論

與前人研究［1-4］相比，限高條件下海上底部出料振沖碎石樁施工技術(shù)方法具有以下優(yōu)點(diǎn):

1)制樁深度達(dá)到36.5m，不含水深，屬同類海上底部出料振沖碎石樁處理深度之最。

2)在機(jī)場(chǎng)高度限制條件下采用伸縮式導(dǎo)桿和導(dǎo)料管技術(shù)取得圓滿成功。

3)月完成工程量強(qiáng)度高，投入5條打樁船20臺(tái)設(shè)備24h作業(yè)，最大單船月工程量接近7萬(wàn)m。

參考文獻(xiàn):

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［2］傅少君，王曼．振沖碎石樁地基有限元分析的復(fù)合模型研究［J］．巖土力學(xué)，2008，29(2):375-380．

［3］趙永久，焉振．碎石樁復(fù)合地基液化判別的工程方法［J］．山西建筑，2010，36(9):76-80．

［4］何廣訥．振沖碎石樁復(fù)合地基［M］．北京:人民交通出版社，2001．

作者：耿光宏 陳健 單位：中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司