江苏顺龙水下工程有限公司
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方法大致可分为先铺法和后铺法两大类。
沉管隧道的根底所承受的荷载通常较低,只作一般的处理,用砂或碎石作为垫层就能满足要求。
当沉管沉放就位后,其有效重量约等于沉管中的压重,大约为5~10kn∕m2,加上覆土重量,车辆动载以及周围水的比重变化引起的荷载也不会超过30kn∕m2,大大低于10m深度处的垂直初始应力,因此基底土层的承载能力通常不会出现问题。
1.刮铺法
早期的沉管隧道多用刮铺法处理根底,特别是北美,从1950年起修建的19座沉管隧道中,12座是用刮铺法根底,其优点是造价较低。
刮铺法的主要工序如下:
浚挖沟槽时,先超挖60~80cm,然后在槽底两侧打数排短桩安设导轨用以控制高程和坡度,通过抓斗或刮板船的输料管将辅垫材料投放到海底,再用简单的钢刮板或刮板船刮平。
所用辅垫材料较好是15cm左右的卵石和1.3-1.9cm粒径的砂铄,刮铺法的精度一般为:刮砂50cm,刮石20cm。
早期刮铺法采用一个简单的钢刮板对铺垫材料进行扫平,其导向用的钢梁和轨道安放在浮船上,这种装置受水流及潮汐影响较大,后来采用一种不受潮汐影响的刮板船,其位置与海底根底平面相对来说比拟稳定,容易作业。
旧金山海湾地铁隧道采用刮平船处理根底时,水深为41m,水流速度达5.5~7.5kn∕m2,然而根底处理的质量很好。
刮铺法的主要缺点是须配置费用昂贵的专用刮铺设备;作业时间长,精度难以控制;在流速大、回淤快的河道或管段底宽超过15m左右时,施工困难;施工作业时对航道有影响。
2.桩根底
桩根底很少用作沉管根底,然而当碰到以下特殊情况时,常采用一种特殊的桩基:①地基土比较软弱;②沿隧道轴线方向基底土层硬度变化较大,以到不均匀沉降难以接受;③管段承受列车振动后再传到基底土层中,引起的管段沉陷难以接受。
由于桩群的桩顶标高在实际施工中不可能全部平齐,假设不采取措施会导致各桩的受力不均匀,通常采用一种可调桩头来解决这一问题,其方法是在所有的桩上设一小段预制混凝土活动桩顶,活动桩顶与桩体之间留有空腔,空腔周围用尼龙套管裹住,形成一囊袋,当管段准确定位后,即向囊内注浆,迫使活动桩头抵紧管段底部。
桩头常敷设毡垫层使荷载传递均匀。
3.喷砂法
喷砂法就是把砂一水混合填料通过水平管道喷入隧道管段底部和开挖槽坑之间的空隙中去。
在喷砂管的两侧设有回吸管,使水在管段底部形成一个规那么的流动场,从而使得砂子有规那么地分布沉淀。
回吸管的另一个作用是可以通过回吸水含量的测定了解根底砂子的填充程度。
整个管道系统联接在一个可以在管段顶部行驶的台架上,在马斯隧道开始采用喷砂法时,管道系统仅能在垂直于隧道轴线方向上移动,后来经过改良,喷管系统还可以绕竖直管转动,这样,全部喷砂位置都可以到达。
喷砂法所用砂的平均粒径一般控制在0.5mm左右,砂一水混合材料的平均含砂量为10%(体积百分含量),有时可以较短时间增加到20%。
回填的砂子比拟疏松,其空隙率约为40%~42%。
砂垫层的厚度一般为1m,喷砂工作完成后,隧道管段从临时根底上释放下来时,可能会引起5~10mm的沉降。
隧道的较终沉陷量取决于槽坑回填而引起的基底土层的沉陷。
喷砂台架也可以通过喷水去除管段下面空隙中的回淤。
在埃姆斯河隧道的根底处理过程中,回淤的速度太快,使喷砂作业和抽水作业难以进行,承包商不得不使用一种专门的刮泥装置在底板下横跨基槽底作业,一旦去除回淤,立即进行喷砂作业。
目前喷砂法还存在以下缺点:喷砂法所用的喷砂台架常常干扰通航;喷砂系统设备昂贵;喷砂法需要相当昂贵的粒径相对较大的粗砂。
由于以上原因,近年来该法逐渐被更为 的砂流法所取代。
4.砂流法
砂流法是在设计韦斯特谢尔德河沉管隧道时创造的,其原理是依靠水流的作用将砂通过预埋在管段底板上的注料孔注入管段与基底间的空隙。
脱离注料孔的砂子在管段下向四周水平散开,离注料孔一定距离后,砂流速度大大减少,砂子便沉积下来,形成圆盘状的砂堆,随着砂子的不断注入,圆盘的直径不断扩大,高度也越来越高。
而在圆盘的中间,由于砂流湍急砂子无法沉积,会形成一个冲击坑。
一段时间以后,圆盘形砂堆的顶部将触及隧道管段底面,砂盘中间压力使得砂流冲破防线,流向砂积盘的外围坡面。
这样的过程不断重复,砂积盘的直径越来越大,砂流就是以这种方法来填满整个管下面的空隙。
砂流法的一个缺点就是沉管根底范围内的淤泥无法去除,这会导致沉管产生较大的沉降,弗拉克隧道的较大沉陷量达70m左右。
5.灌囊法
是在砂石垫层面上用砂浆囊袋将剩余空隙垫实。
采用这种方法时,砂石垫层与管段底部留出15?20cm的空间,空囊事先固定在管段底部与管段一起沉设,管段沉放到位后,即向囊袋内注入注浆材料,使囊的体积迅速膨胀,充填管段与下部地基之间的空隙。
囊袋的大小按一次灌注量而定,一般以能容纳5~6m3为宜,不宜太大。
注浆材料的强度只需略高于地基土即可,但流动性要好。
为了防止管段被顶起,灌注时通常跳遭灌。
这种方法的优点是注浆材料浪费很少,不容易流水稀释;充填成效好,密实度高。
瑞典的廷斯达特隧道开始成功地采用了灌囊法,随后日本的衣浦港也采用了这种方法。
6.注浆法
注浆法是在灌囊法根底上开展起来一种根底处理方法,它省去了较贵的囊袋、繁复的安装 、水上作业和潜水作业。
浚挖基槽时,通常超挖1m左右,然后在槽内铺垫40~60cm厚的碎石,整平度达20cm即可。
管段沉放定位后,沿着管段边墙及后封端墙底边抛堆高1仿左右的砂石混合料,封闭管底空间。
接着从隧道里面通过预埋在管段底板上的压浆孔向管底空隙压注混合砂浆,充填管段底部和碎石垫层之间的空隙。
这种方法具有以下优点:设备简单,通常的压浆设备就能胜任根底注浆作业,因而设备费用较低;注浆作业在沉管内部进行,不受气象、海洋气象影响,也不影响通航;通过注浆孔量测的参数可以确定充填状态。
我国甬江沉管隧道的根底处理中采用了注浆法,并获得了成功。
这种根底处理方法,可以在回歉较严重的情况下保证施工质量,不但可以形成一个高质量的根底,还可以通过控制注浆量和注浆压力,使管段向上升起一定高度,保证管段到达设计要求的标高,这是其它根底处理方法难以做到的。
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