海相淤泥質土+粉細砂土中明挖結構方案探討

楊祥容

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

海相淤泥質土+粉細砂土中明挖結構方案探討

楊祥容

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

文章通過對設置在極差地質（海相淤泥質土+粉細砂土）環境中的明挖結構結構設計及水下基坑開挖方案的探討，為同類工程的設計、施工提供參考借鑒。

明挖結構；基坑；混凝土；鋼板樁；鋼管撐

1 工程概況

某沿海鐵路于DK5+250下穿高速公路。段內屬沖積平原區，地形平坦。下穿段以淺埋隧道形式穿過高速路，隧道及進出口段采用明挖施工，基坑最大開挖深度15.0m，開挖寬度10.0m。

2 地質概況

段內地表覆蓋厚層海相淤泥質黏土，流塑～軟塑狀，厚10～15m左右，力學指標極低，其中0～5m范圍內呈流塑狀，5～15m范圍內呈軟塑狀。淤泥質粘土下分布粉細砂，一般厚7～10m，局部較厚；粉細砂下部分布含礫中粗砂，埋深20m～22m，厚度大于40m。段內百年洪水位標高高于地面0.5m，地下水位埋深0.5～1.0m。

3 設計、施工方案

3.1 主體結構設計

下穿地段，線路縱坡為一凹形曲線，隧道位于凹形縱坡底部，排水困難，在隧道洞口設置泵房進行強排。隧道采用封閉的框架結構，隧道進出口采用U型槽。為滿足結構抗浮和地基承載力要求，U型槽、隧道底板均設置鋼筋混凝土灌注樁。

3.2 基坑開挖及圍護方案

段內地表覆蓋10～15m流塑～軟塑狀海相淤泥質黏土，地基承載力極低，常規施工機械難以進入施工場地直接開挖；另一方面，地下水發育且埋深淺，坑底附近又分布有極易發生管涌的粉細砂土，故本段基坑工程不宜采用降水開挖方案，初步擬定基坑采用水下開挖方案。基坑底部采用水下灌注C30混凝土封底。圍護結構采用鋼板樁+鋼支撐。在基坑內，每間隔20～30m設置一排橫向鋼板樁，將基坑分成若干段，以便分段施工。坑底封底混凝土板厚度需滿足坑內水抽干，U型槽和隧道底板未開始施工時結構抗浮要求，并保證混凝土板在此種工況下，具有足夠的抗彎、抗剪承載力，厚度一般不得小于1.0m，如圖1所示。

圖1 基坑圍護結構大樣

4 水下基坑開挖方案存在的主要問題

水下基坑開挖方案主要存在如下問題：①水下灌注施工必須保證鉆孔灌注樁施工質量；②如何進行水下基坑開挖；③水下封底混凝土施工。

5 解決方案

5.1 水下灌注施工保證鉆孔灌注樁施工質量

鉆孔灌注樁成孔困難，施工可采用全套筒跟管施工。鉆孔時，應先下鋼套管，然后鉆進，鋼套管刃腳宜伸入抓土面下1.0～1.5m；為防止粉細砂管涌，還應隨時向套管中補水。混凝土灌注的過程中，注漿套管刃腳應低于混凝土面，一般為1.5～5.0m，其值需根據混凝土的初凝時間決定。有水鉆孔及鉆孔樁內水下混凝土的灌注技術在我國已比較成熟，具體施工時可參照《鐵路橋涵施工規范》等規范、規定進行。

5.2 進行水下基坑開挖

基坑深度、寬度較大，常規挖掘機開挖困難。可采用長臂挖掘機進行開挖。我國長懸臂挖掘機臂長可達26.5m，最大挖深可達18.0m，最大外伸挖掘范圍可達25.0m，如圖2所示。

圖2 長懸臂挖掘機

5.3 水下封底混凝土施工

大面積水下混凝土封底施工易出現堵管、勻質性不良、頂面高低不平等問題。根據基坑水下封底混凝土的施工工藝和技術要求，水下封底混凝土可采用自密實混凝土（即具有高流動性、均勻性和穩定性、澆筑時無需外力振搗，能夠在自重作用下流動并充滿模板空間的混凝土）[1]；為降低工程造價，也可采用利用大摻量粉煤灰和高效減水劑相結合的雙摻技術，設計和配制出的接近自密實的大流態水下混凝土[2]。水下混凝土封底施工技術，現在目前使用最廣泛的是垂直導管法。

垂直導管法工藝原理[3]：在鋼圍堰內垂直放入內徑為0.2～0.3m的鋼制導管，管頂部接有一定容量的漏斗。初灌注時導管中的混凝土前面放置一個軟球，當迅速不斷地向漏斗灌入混凝土時，導管內置軟球、空氣和水均受混凝土重力擠壓從管內排出，瞬間混凝土在管底周圍堆筑成一圓錐體。將導管下端埋入混凝土堆內至少1m以上，使水不能流入管內，將以后再灌注的混凝土在無水的導管內源源不斷地灌入混凝土堆內。水下混凝土靠自身流動性將軟球頂出后向四周攤開，混凝土隨灌隨向周圍擠動、攤開及升高，在導管的下腳端形成了自流平混凝土。混凝土導管數量及在鋼圍堰內平面上的布置，應使各導管有效灌注半徑互相搭接，并覆蓋全部基坑底部。一般為3～5m，流動坡度不應陡于1:5。由于混凝土量有限，各導管不可能同時灌注時，可分項逐根灌注。總體灌注順序采用:由低處向高處，先四周，后中間的原則。

6 建議

本工程屬地質條件極差的深、大基坑，雖可用長臂挖掘機進行水下開挖，但開挖進度較為緩慢，施工周期長；水下大面積封底混凝土施工技術難度大，技術要求高、工程造價高。該方案僅適用于有特殊地質、特殊建筑物控制地段，原則上，宜采用高架方案通過。

[1]自密實混凝土應用技術規程[S].JGJ/T283-2012.

[2]洪斌.大流態水下混凝土在泰州大橋超大沉井封底施工中的應用[J].粉煤灰綜合利用雜志,2009,(4):41-44.

[3]張明.圍堰水下混凝土封底施工技術[J].山東交通科技,2012,(2):20-24.

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