海上底部出料振沖碎石樁應用范文

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《水運工程雜志》2015年第十二期

摘要:

振沖碎石樁與周圍的土體形成復合地基，同時碎石樁作為垂直排水通道，能夠加快周圍軟土的排水固結，是一種快速加固地基、節能環保的地基處理技術。但是由于施工工藝的制約，該方法在軟土地基(十字板剪切強度小于20kPa的土體)以及限高條件下的應用受到制約。本文以港珠澳大橋香港口岸人工島項目碎石樁的工程應用為例，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量，同時由于該設備伸縮管等技術的應用，成功減少了設備高度，打破了在機場限高條件下應用的限制。

關鍵詞:

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目是港珠澳大橋項目的核心組成部分，形成海堤全長6296m，筑島面積149.68萬m2。島壁地基加固技術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。該項目的實施向振沖碎石樁技術提出了更高標準的要求，無論從工程規模、處理深度，還是從地質條件、工程環境(如機場高度限制、白海豚保護、水質要求、噪聲控制、空氣污染、海航線限制等)都居世界前列。本項目共實施碎石樁4.3萬根，約109萬延米，共投入10條打樁船，50臺振沖器。在該項目中，新研制的新型底部出料配套干法振沖施工設備及相應工藝取得巨大成功，在海上水深達到15m、機場高度限制的條件下振沖碎石樁最大有效樁長達到36.5m，振沖施工全過程采用自動記錄控制系統，限高條件下的伸縮導桿控制系統和底部出料料管減震器結構均處于國際領先水平。

1碎石樁施工范圍內的水文、地質條件

現場海床高程從－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)。土層強度指標見表1。施工范圍內的水文條件見表2和3。

2限高條件下海上底出料振沖碎石樁施工關鍵技術

1)限高條件下振沖碎石樁的伸縮機構。本項目臨近香港機場，由于受到機場限高條件限制，部分施工區域要求碎石樁設備高度不能超過35m，而碎石樁的施工長度最長超過了36m。在此高度限制條件下，完成既定超長深度的振沖碎石樁，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(圖2)。縱觀國內外所有伸縮管技術在大型設備中采用的除了油缸之外并不多見，尤其在振沖碎石樁導管中采用更是首屈一指。在大型機械設備伸縮應用領域，尤其是復雜應用環境下，如建筑施工、油田鉆探等行業應用中，需大量用到具有伸縮功能的大型機械設備，以滿足相應復雜環境。例如在大型建筑施工中，由于地基基礎要求，需完成較深樁基礎，針對樁機而言，需采用伸縮方式在有限高度內延長裝機施工深度方能完成，且由于樁機本身特點，伸縮方式需抵抗較大外力、振動且耐磨并具有密封效果。本關鍵技術要解決的問題是提供一種伸縮機構，在外部限高條件下達到設備延長工作長度的目的。該關鍵技術的伸縮機構主要包括伸縮抱箍、充氣密封、插銷、內銷孔、轉軸支架、轉軸、外管端圓環。首先在內管中植入銷孔，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及轉軸支架、轉軸、伸縮抱箍。在不需要伸縮時，伸縮抱箍處于閉合狀態，由固定螺絲閉合，充氣密封處于充氣狀態，整個伸縮機構保持密封;在需伸縮時，將充氣密封進行排氣處理后，拆卸伸縮抱箍固定螺絲，將伸縮抱箍分開，并提升內管至銷孔位置時，將插銷插入銷孔，閉合抱箍并上緊固定螺絲，最后充氣密封，使伸縮機構達到密封狀態。整個伸縮抱箍機構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，故整個伸縮機構可承受外部較大振動及外力，且在外部環境復雜時，達到耐磨、抗損的特點。伸縮機構采取充氣密封方式封閉，密封效果好，可在地下、水下等復雜環境中工作。整個伸縮過程僅需要拆卸固定螺絲及安裝固定螺絲，操作簡捷、高效。伸縮機構均采用簡單機械加工件組成，使用過程中可隨時更換各個組件，保養維修簡潔，且經濟效益突出。

2)底部出料的加壓振沖關鍵技術。工程存在15～25m厚的軟弱土層，十字板強度低于20kPa，如果采用傳統的頂喂料水法振沖技術，碎石樁周圍的土體無法提供足夠的圍壓保證碎石樁的成樁質量，地基處理的效果會大打折扣。因此，本項目采用底出料干法振沖碎石樁施工技術。振沖器導料管帶料、帶壓(供風)造孔至設計樁底高程后，振沖器反復上下振動，連續計量加密至設計樁頂高程。整個造孔和加密期間，孔內保持高氣壓，防止泥水進入導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。根據圖4監測結果可知，整個碎石樁在施工過程中樁體的密實度和直徑都達到了設計要求，證明底部出料加壓振沖技術的優越性。

3結論

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方法具有以下優點:

1)制樁深度達到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)在機場高度限制條件下采用伸縮式導桿和導料管技術取得圓滿成功。

3)月完成工程量強度高，投入5條打樁船20臺設備24h作業，最大單船月工程量接近7萬m。

參考文獻:

［1］韓杰，葉書麟．碎石樁復合地基的有限元分析［J］．巖土工程學報，1992，14(9):13-19．

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

［3］趙永久，焉振．碎石樁復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：中國港灣工程有限責任公司