結合港珠澳大橋香港人工島工程實際淺述地基加固方式

精品文檔-下載后可編輯結合港珠澳大橋香港人工島工程實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不到設計要求，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。故需要對地基進行處理，提高其固結度和抗剪強度，確保地基承載力滿足設計要求。

本工程為筑島工程，島四周海堤的穩(wěn)定性、島內回填土是否滿足設計要求的小于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)點分析：工期短，工藝簡單、效果可靠；

缺點：增加開挖、回填量，經濟性差，只適用于淺層地基。

（2）夯實法

通過強夯、壓路機碾壓和振動壓實、小型打夯機打夯等方式，使土體密實，加固淺層地基。其中強夯法施工時，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，強大的能力還可以破壞土粒微觀結構，產生進一步的體積壓縮，使土更密實；同時對含水量較大的粘土，還會產生明顯的排水固結，對含水量大的砂土會產生液化、排水，砂土顆粒重新排列、更加密實。強夯加固有效深度也較普通夯、碾壓要大，其加固深度可按經驗公式估算：

z=α

式中：M是錘重，kN；H是落距m；α是經驗系數，一般取0.4~0.75

優(yōu)點分析：工藝簡單；加固效果顯著；工效高，施工速度快；節(jié)省材料、施工費用低，經濟性佳；

缺點：加固深度有限，強夯最深加固深度10m左右；強夯法噪音大、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；淤泥或淤泥質軟粘土不適宜。

（3）加載排水固結法

加載排水固結法機理：在壓縮性高、含水量大、孔隙比大、軟土較厚的土層中設置豎向及徑向排水通道，上部采用堆載或真空預壓等方式加載，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，以達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排水板、砂井、砂樁等形成，徑向排水通道可通過設置砂墊層等形成。

上部加載形式亦較多，主要有堆載預壓、真空預壓、堆載聯(lián)合降水預壓等工藝。其加載強度應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狀態(tài)，不致再次產生固結沉降或失穩(wěn)。

優(yōu)點：工藝成熟，加固效果好，真空預壓工藝對周邊土體影響?。?/p>

缺點：成本高，固結時間長，堆載預壓需控制好加載速度，加載過快會對周邊土體造成影響。

（4）復合地基法

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

復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械，在預定深度內把地基土（適用于淤泥、軟粘土）與水泥或石灰強行攪拌，形成柔性樁體或墻體。

高壓旋噴樁就是用鉆機鉆孔至預定深度，然后一面旋轉提升鉆桿，同時以20Mpa的強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，在高壓水沖擊和機械振動聯(lián)合作用下，下沉成孔，通過振沖器的強力振動，使軟弱粘土、砂性土顆粒析排列、振動密實；另一方面依靠振沖器的水平振動力，在加碎石、砂填料的情況下，通過碎石、砂使土層擠壓密實；碎石樁/砂樁與樁間土體形成復合地基，從而提高地基承載力。

優(yōu)點分析：加固速度較快，效果好；

缺點:工藝復雜、施工費用高，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

此外地基加固時還常常在基底設置土工織物、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，增強建筑物的穩(wěn)定性。

另外采用淤泥快速固結劑等注漿-化學固結方式，在一些淤泥或淤泥質粘土加固工程中亦有應用。

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場的東側，地勢由南向北傾斜加深，泥面標高從約-3.0~-10.0m，岸壁長6140m，面積約150萬平米。交工標高+5.5。香港口岸人工島處的設計高水位為+2.10m，平均水位為+1.20m，設計低水位為+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)和島內回填區(qū)兩大塊進行。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、淤泥質粘土層形成復合地基，提高了地基承載力，同時隨上部海堤施工，荷載增加，碎石樁還能起到豎向排水通道作用，地基進一步排水固結。

（2）島內回填區(qū)加固

主要采用打設塑料排水板，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個月（預計，具體視海泥不排水抗剪強度增長），期滿后卸載，地基加固結束。

另外我部為了加快施工進度，同時節(jié)省堆載料運進、運出量，降低施工成本，還擬在部分回填區(qū)域采用堆載聯(lián)合降水預壓的地基加固方案。即在該區(qū)域周邊打設鋼板樁穿透砂層至淤泥不透水層下2m，形成止水帷幕，內部采用井點降水法，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'，故通過井點降水6m高，增加的堆載為6t/m，相當于替代了重度為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，且預計能縮短約5個月工期。

香港口岸人工島地基加固平面布置圖

3.3具體工藝及難點分析

3.3.1排水板施工

原設計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實時差分定位系統(tǒng)，插設樁機設備布置于船體中部，一次定位后，可以對29m×10m范圍的區(qū)域進行打板作業(yè)，施工效率高偏差控制在±50mm以內。

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

水上排水板施工照片

排水板船結構圖

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插板機進行施工。

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、振動伸縮套管法施工工藝流程

振動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）排水板在打設過程中因樁靴與插管難以完全密封，淤泥擠入管內，造成排水板粘在插管內壁，插管上提時排水板隨插管回帶。

（b）部分施工區(qū)域沖擊層處為老粘土，粘性很大，當套管打入此處時，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）采用振動插時，有些區(qū)域沖擊層處土質較硬，需開振動錘較長時間留振才能打到設計標高，長時間留振使泥沙、粘土擠入套管口，粘住插銷和排水板，導致回帶。

解決辦法

（a）排水板施工時，打入設計標高后，卷揚機提升套管時，繼續(xù)開啟振動錘，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合處的密封性。主要通過改進樁靴和插管底口尺寸，使樁靴在施工時能盡可能堵住插管底口、防止泥沙進入，同時在樁靴底加焊鋼筋頭，適當增加樁靴重量，以便脫銷。

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

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

b、排水板扭帶、被大風吹斷現(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，易產生扭帶現(xiàn)象，大風天氣，還易被風刮斷。

解決辦法

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

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責施工。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、進行喂料用的長臂挖掘機及碎石倉在同一駁船上，每一條駁船即為一套施工設備組。

船上裝載GPS定位系統(tǒng)，可利用船上錨車進行精確定位。

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)合降水預壓工藝

（1）工藝概述

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

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止水帷幕陸側后方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與計算的涌水量相同。

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)還待進一步規(guī)劃）。

人工島降水井布置斷面圖

b、降水井結構及施工工藝

成井結構

井管結構根據不同區(qū)域的原泥面標高而定，底標高為進入MD層以下1m，頂標高約+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。井管結構圖見下圖：

井管結構圖

沉井工藝

擬采用1臺40T履帶吊機和1臺30T（37kw）液壓振動錘等機具設備進行施工。

成井施工步驟：

定位放樣液壓振動錘鉗住套管頂部套管底部安置錐形頭