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1、翻车机房工程施工技术 中交X航局第X工程有限公司 XXXX年01月翻车机房工程施工技术 1、引 言翻车机房是煤炭码头卸煤系统的核心工程，主体钢筋混凝土结构复杂且位于地下、抗裂防渗要求高；施工中立体交叉作业、操作难度大。中交X航局第X工程有限公司自上世纪八十年代起先后承建了秦皇岛港煤码头一期五期翻车机房工程，XXXX年又承建了曹妃甸煤码头起步工程（图1.1）之翻车机房工程。曹妃甸煤码头起步工程翻车机房是目前国内外最大的同类型构筑物，工期紧、工程规模巨大；工程实施在海上新吹填而成的人工孤岛上进行，施工现场无水无电、风沙天气频繁，作业环境恶劣。在项目实施过程中，我公司总结多年施工经验应用了多项新技术
2、及新工艺，成功地解决了工程中遇到的技术难题。工程提前交工、质量优良、综合效益显著。 图1.1 曹妃甸煤码头起步工程施工鸟瞰图2、工程概况2.1地理位置和基础条件曹妃甸煤码头起步工程位于河北唐山市唐海县南部海域曹妃甸港区规划挖入式港池的西岸线南端，距陆域约18公里，港区陆地由海底粉细砂人工吹填而成。陆域翻车机房工程为整个煤码头工程的核心，开工前地基采用强夯加固处理，要求经处理后的地基承载力达到200KPa以上。 2.2工艺设置 曹妃甸煤码头翻车机房工程首次采用四线四翻式工艺，内设四翻式翻车机4台，年卸车能力为1.04亿吨；翻车机下设有格栅、接卸漏斗，振动给料机等设备；机房底部设有输煤皮带机并沿地
3、下廊道通向地面，机房内安装有控制、通风、除尘、维修及供水、供电等配套设施（图2.2 ）。图2.2 翻车机房及地下皮带机廊道平面布置图2.3翻车机房围护结构翻车机房主体外侧起挡土截水作用的围护结构为钢筋混凝土圆形地下连续墙：地下连续墙内径89m、壁厚1.70m，顶标高3.0m，底标高-31.0m；沿地下连续墙内侧高度方向设5道钢筋混凝土结构圈梁和构造竖肋，砼设计强度均为C25。翻车机房地下连续墙内、外侧共设36口降水井，其中基坑内9口减压井兼起降水井作用，用于主体地下构筑物基坑开挖降水。2.4翻车机房主体结构（1）翻车机房主体地下构筑物采用现浇钢筋混凝土结构（图2.4）；主体结构设双向结构缝，将
4、整个结构分为A、B、C、D四个区块，各区块之间自下而上采用双道遇水膨胀橡胶止水带形成封闭止水；翻车机房主体结构基础采用钢筋混凝土灌注桩桩基结构，灌注桩顶要求嵌入砼垫层内50mm。图2.4 翻车机房主体结构横剖图（2）翻车机房主体构筑物根据工艺布置，分为三层：1）顶层（第三层）标高+5.338m，平台尺度77.9mX61.2m；沿火车走线方向，中间布置四条火车轨道，两侧为吊装孔、风机孔、排水孔、人孔等，梁断面尺寸1.5 m1.0m，顶板厚度为0.7 m、0.5 m不等，火车轨道处设轨道梁，顶板下设扶壁。2）第二层为漏斗层，顶标高为-1.042 m，主要由面板和漏斗梁组成，面板厚度为0.8 m，漏
5、斗大梁尺寸为4.5 m1.6（1.2）m。3）第三层为底板，底板顶标高-13.162m，主要布置输煤皮带机和振动给料机，底板厚度为2.0 m，底板上设有300mm磨耗层。各层之间主要有墙体及扶壁组成，-1.042 m以下墙厚为1.6、1.2、1.0 m不等，-1.042 m以上为0.8、0.6 m不等。沿主体结构上敷有各种予埋铁件及预留孔洞供翻车机等设施安装定位使用。-1.042 m以下结构砼设计强度C30W10，以上为C30W6。2.5地下皮带机廊道（图2.5）（1）地下皮带机输煤廊道构筑物为现浇钢筋砼箱涵结构（图2.6），为2座双孔箱涵，每条廊道基坑支护均采用直线型地下连续墙结构，南端与翻
6、车机房圆形地下连续墙相图2.5 翻车机房及地下皮带机廊道纵剖图接。地下连续墙墙厚为1.0m，墙顶标高+2.0m，底标高分别约为-31.0m、-24.0 m，总长662 m。地下连续墙东端设全封闭止水墙一道，顶标高2.0 m，底标高-24.0m，总长33.5m。混凝土强度等级为C25。廊道地下连续墙采用钢筋混凝土顶撑作为支撑结构，自上而下共布置四道支撑，顶撑结构由腰梁、支撑、联系撑、斜撑组成，砼设计强度为C30。地下连续墙内外均设有降水井，降水井共51口，其中每个基坑内各设6口减压井兼起降水井作用。（2）廊道箱涵主体与围护结构分离，双孔廊道孔口净尺寸均为（bh）4.8 m2.5m，中隔墙厚0.6
7、m，顶、底板厚1.40.4m，侧墙厚1.10.4m，全长187.14m。砼设计强度C30W8。首段廊道与翻车机房主体之间、廊道各结构段之间均采用双道遇水膨胀橡胶止水带止水。廊道箱涵主体下地基加固采用高压旋喷桩进行处理。图2.6 地下皮带机廊道横剖图2.6 基坑回填密实处理翻车机房主体及廊道地下连续墙基坑回填设计要求采用海底粉细砂，最大回填密实处理深度为19.8m，要求采用ZCQ75型振冲器不加填料振冲密实法处理，等边三角形布孔，布孔间距1.8m。处理后的地基标准贯入击数大于15击，地基承载力大于100KN/m2。2.7地质条件2.7.1工程地质条件翻车机房区域内土层分布为：1粉细砂：人工吹填形
8、成，松散-中密，颗粒均匀。该层层底标高在-0.69m-3.64m，平均标贯击数N=6.0击。2粉质粘土：软塑状，混较多粉细砂，土质不均匀。该层层底标高在-3.20m-6.64m，平均标贯击数N=3.0击。3粉细砂：稍密极密状，颗粒均匀。该层层底标高在-13.08m-14.66m，平均标贯击数N28.7击。1粉质粘土：可塑状，混较多粉砂，土质不均匀。该层层底标高在-19.84m-23.06m，平均标贯击数N=6.0击。2粉土：灰色，硬塑状。该层分布不连续，平均标贯击数N=30.7击。3粉质粘土：可塑硬塑状，土质均匀。平均标贯击数N=10.7击。4粉土：硬塑坚硬状，土质均匀。该层分布不连续，为3粉
9、质粘土的夹层， 平均标贯击数N=27.0击。1粉质粘土：可塑硬塑，局部夹粉土薄层，平均标贯击数N=12.3击。1粉土：硬塑-坚硬状，局部夹粉砂薄层。 平均标贯击数N=43.8击。2粉砂：密实极密实，平均标贯击数N=49.8击。粉质粘土：可塑硬塑，中等塑性。粉土：灰色，坚硬，低塑性，含粉细砂颗粒、云母碎片。2.7.2 水文地质条件场区40m内地下水类型为松散孔隙潜水和微承压水。潜水主要赋存于1层粉细砂和3层粉细砂中，中间夹2层粉质粘土，该含水层厚约13.2814.45m，水位标高约为3.293.42m。微承压水主要赋存于1层粉土和2层粉砂中，局部夹粉质粘土。水位标高约为3.00m。场区内地下水位
10、标高约为2.01.8m，由于翻车机房位置距周围海水仅40300m，潮汐对地下水位有一定影响。3、工程显著特点（1）首次采用“四线四翻”与反向输煤工艺，工程规模空前，工期紧迫。主体工程计划工期243天。（2） 主体结构复杂，基础处理工程量大，技术难度高；平面立体交叉作业多且作业空间狭小，施工相互干扰多，施工难度大。（3）海上人工孤岛环境，风沙天气频繁无常，远离陆地，无水无电，施工环境恶劣。（4）四面临海，未知因素多，地下工程施工风险大。4、翻车机房支护结构施工技术4.1超大超厚圆形地下连续墙三钻组合潜水钻机气举反循环成槽技术4.1.1导墙及槽壁稳定技术方案本工程地下连续墙墙厚1.7m，槽深34m
11、。地下连续墙所处位置地质条件差，表层57m由新近吹填海底粉细砂形成，表面松散，且地下水位较高。图4.1.1 施工导墙断面图（尺寸单位：mm）上述导墙结构（图4.1.1）垂直自立且稳定，可保证满足导墙和槽壁稳定，防止成槽和接头管起拔等施工过程中出现地下连续墙槽壁坍塌。为此在导墙施工前，必须对表层松散土进行有效的换填密实处理，经过研究和现场试验，有以下两个换填方案。方案一：水泥拌湿砂换填方案，由于表层吹填海底砂松散，排水不彻底导致地下水位高，经碾压处理挖槽后土壁不能垂直自立，无法做为倒L型导墙的底模和外模。方案二：水泥干拌红粘土换填方案，经过反复研究和试验，调整水泥掺量为8%，拌和后并经分层碾压密
12、实处理，换填深度为1.8米，换填宽度为7米，考虑到下冲击钻及提、放冲击钻的顺利作业，导槽宽度定为1.8米。开挖后土壁能够满足充当导墙底模和外模的条件。因此采用方案二进行施工，施工过程中无槽壁坍塌现象，效果理想（图4.1. 2）。图5.1. 2 导墙施工现场图 4.1.2地下连续墙三钻组合潜水钻机气举反循环法成槽技术 （1）本次翻车机房地下连续墙厚为1.7m，厚度较大，且表层57m吹填粉细砂层松散，地下水位高。为保证成槽速度和质量，缩短成槽时间，防止发生塌槽，施工前提出了以下两个方案以解决超厚地下连续墙施工问题。方案一：起始槽段先导孔施工采用国内先进的旋挖钻成孔工艺。槽段施工首先考虑采用两钻组合
13、潜水钻机，加大钻机的扭矩，经过试钻典型开工，钻机损坏率大，无法保证成槽速度和质量。方案二：自主研制了超厚地下连续墙三钻组合潜水钻机气举反循环成槽工艺，与喷导管合理组合成适合本工程特点的独特的成槽设备，启动反循环系统，让钻机沿喷导管向下钻，钻进过程中钻头切削的泥块掉到槽底，利用气举反循环气柱，将渣土随泥浆通过喷导管排到渣斗里。渣土沉淀后，分流的泥浆流回槽内，泥浆可重复利用。（2）通过施工实践，方案二既能保证了成槽的速度又能保证了成槽的质量。因此采用第二套方案进行施工（图4.1.3）。 图4.1.3 三钻组合潜水钻机组装图 （3）举反循环成槽工艺流程为：先导孔钻进成槽机成槽修壁清浆。 图4.1.4
14、 三钻组合潜水钻机成槽施工 1）首先用旋挖钻按设计位置在起始槽段（须下放两根接头管）的一端接头管位置开挖一导孔，导孔完成后即可将成槽机吊装在导墙顶部的轨道上下放喷导管进行成槽施工。成槽机采用气举反循环钻机，其主要结构为喷导管、多头潜水钻机、集渣斗、空压机和起重设备。在喷导管的内侧设置一滑道，多头潜水钻机在起重设备的牵引下可通过该滑道向下移动，逐步钻进，达到设计的标高。在喷导管的外则焊有钢管，空压机产生的压缩空气从钢管内进、从喷导管内出经历一个反循环过程，多头潜水钻机钻得的泥渣就是通过这种空气反循环从喷导管内压出，进入集渣斗内，泥渣下沉，泥浆从集渣斗顶部溢出，回到槽段内。2）采用挖槽与修槽相结合
15、成槽工艺，三钻组合潜水钻机成槽后，即进行槽壁修理。成槽完成后清底开始前应对前段已经完成的接头管处混凝土面进行处理，主要是清除原混凝土面附着的泥皮，采用特制的接头刷通过喷导管上的滑道上下滑动达到修壁的目的，每个接头一般需要上下反复刮刷23h，直至钢丝刷上没有浮泥为止。由于多头潜水钻机所成槽的槽壁不规则，故槽壁也需要修理，其施工方法是通过特制的修壁刷通过喷导管上的滑道上下滑动，该施工方法只能将壁内侧凸出的部分刮去。 修壁作业完成后，应继续采用气举反循环工艺进行泥浆置换，直至槽底泥浆质量指标达标为止。 （3）如果在导管安装完成后，发现槽底沉渣超标，此时可利用两根导管作为泥浆管道，采用气举反循环工艺进
16、行二次清底，直至槽底沉渣达标为止。4.2超厚地下连续墙型双管接头新技术4.2.1接头管形式的选择地下连续墙的槽段接头形式是影响工程质量的重要环节。适用于气举反循环钻机成槽的常见的接头处理方法有：接头管接头、隔板式接头、接头箱接头、十字板接头等。接头管接头属于柔性接头，其施工的优点是：构造简单，施工简单，刷壁方便，易清除干净墙段侧壁泥浆，后施工槽段下放钢筋笼方便，造价较低。其缺点是接头刚度较差，整体性较差，抗剪能力较差，受力后易变形。综合本工程的特点及经济性，本工程的接头管采用2根775mm钢管拼成，钢管壁厚为20mm，两钢管之间设置H型滑道。并在钢筋笼上V形隔板焊，起到阻止混凝土从两接头管之间
17、溢出的作用。接头管的宽度为1600mm，并在管身每隔1米设置120mm的方孔，接头管接长时采用套销铰结（图4.2.12）。 图4.2. 1 地下连续墙槽段双管接头管实物 图4.2. 2 地下连续墙槽段双管接头管结构图（尺寸单位：mm）使用这种接头形式，刷壁和清除墙段侧壁泥浆处理很方便。需要注意的是接头管设计加工时，需考虑防止在混凝土浇注过程中使混凝土挤进管内，同时加强焊接质量的控制。4.2.2接头管安放成槽后，将接头管起吊对准地下连续墙接头中心，缓缓垂直安放。接头管安放时，两翼各靠一面导墙，保持垂直状态，插入槽底。接头管初步安放完毕，但是在安放钢筋笼时可能出现筋笼沉不下去的情况。这时需要起拔已
18、经安放好的接头管，然后钢筋笼和接头管交替下沉，直到都达到设计标高。钢筋笼安放完毕后，应在接头管背面填部分红粘土和碎石，封住接头管管底，避免混凝土进入接头管另一侧或从下面进入管内的现象。4.2.3接头管的起拔图4.2.3 双管接头起拔现场接头管的起拔设备为由4个行程为1.2m的200t千斤顶组成的拔管机，起拔时将210销杠插进接头管的方孔内，利用拔管机机架起拔。 接头管的动管和拔出时间是根据混凝土的初凝时间、终凝时间、首次掐管时间和混凝土的浇注完毕的时间确定。在拔管过程中，如上拔力量突然超过正常时，应把拔管时间间隔缩短。接头管最后一节拔出的时间根据混凝土终凝时间和现场的具体情况而定,可以参照现场
19、同期制作的的混凝土试块的凝固情况确定。本工程中，接头管起拔完成时间一般在混凝土浇注完毕后10小时左右。混凝土浇注开始后4h即可开始起拔接头管，刚开始时宜勤动少拔，一般每隔20分钟起拔2040cm，混凝土浇注完成3h后，可减少起拔次数并加大起拔量，混凝土浇注完成6h后，可将接头管一次全部拔出，接头管顶部超出顶升机顶端时，应及时用吊机配合接头管拔出作业。4.3翻车机房基坑开挖与施工支护技术4.3.1基坑开挖原则（1）按先撑后挖的施工原则，采用“中心岛式开挖”和“盆式开挖”相结合的方案。将反铲挖掘机改造成长臂反铲和长臂液压抓铲挖掘机，并采用多层接力开挖方式以提高挖运土作业效率，基本取消了以往底层土使
20、用吊斗垂直运土方式。在冬季低温条件下通过提高支撑环梁混凝土的配置强度和增加保温养护等措施，缩短混凝土达到设计强度的时间，加快了开挖进度。（2）基坑开挖前制定了施工过程防管涌、防坍塌应急预案。开挖过程中，对地下连续墙墙顶位移、沿深度变形、地下连续墙应力（竖向应力、环向应力）、墙后土压力及孔隙水压力、墙后水位变化进行跟踪监测，同步监控基坑周围塔吊基础等临时设施变形，控制开挖面高程和深井点水位和降水速率，保证了施工过程结构安全。4.3.2连续墙围护结构及其支撑体系翻车机房以圆形地下连续墙作为围护结构，且设置圈梁竖肋支撑地下连续墙。地下连续墙厚度1.7m，内径89m，顶标高+2.2m，底标高-31.0
21、m。中心坐标为X=4314897.744，Y494327.585。作为地下连续墙的支撑结构，顶部设一道帽梁，顶标高为+3.0m，底标高+2.0m。下面设有四道圈梁，并沿圆周均匀设置18道竖肋，竖肋断面尺寸为1.5m1.8m，第一、二、三道圈梁断面尺寸为1.5m1.8m，第四道圈梁断面尺寸为1.0m1.8m。圈梁底标高依次为-2.5m、-7.0m、-11.0m、-16.0m。作为围护结构的地下连续墙，施工过程中不仅控制其结构的稳定性，为了给基坑开挖创造干地施工条件，对其防渗止水方面也不能忽视。基坑围护结构及其支撑结构断面见图4.3.1。支撑结构采用逆作法进行地下连续墙的圈梁、竖肋施工，即按圈梁的
22、设计底标高分阶段自上而下逐道圈梁进行。圈梁竖肋为钢筋混凝土结构。为提高圈梁、竖肋混凝土的早期强度，缩短开挖时间，将混凝土的配制强度由设计强度C25提高到C35；为了满足冬季施工要求混凝土中掺加MRT复合防冻剂；同时为了加快施工进度和方便施工，圈梁分4段进行施工，竖肋随圈梁逐段进行，为了防裂每道圈梁最后施工的闭合段中掺加15%UEA膨胀剂。图4.3.1 翻车机房基坑围护结构剖面图支撑结构冬季施工，混凝土的保温养护必须控制到位。施工过程中混凝土的测温监测起到了重要作用，混凝土的养护一直持续到满足施工要求。4.3.3基坑降水 为给基坑开挖及帽圈梁施工创造干地施工条件，及控制基坑内外水头差，保证围护结
23、构稳定，翻车机房基坑降水采用深井降水并结合明排的形式。基坑内侧设9眼，外侧设27眼，共36眼降水井，所有井点均为大管完整井，井底标高为-35.0m。施工期间进行水位变化观测，采用kS-01型半自动水位仪，流量观测采用流量计，水质监测每10天一次取样测试含砂量。排水系统布置见图4.3.2 。图4.3.2 翻车机房基坑排水系统布置图基坑降水为基坑开挖和支撑结构施工创造了干地施工的条件。本工程降水井管材选用无砂混凝土管，随基坑开挖深度增加，井管逐段去除，开挖过程中基坑内井管不易保护，经常发生堵塞降水井的情况，参考类似工程可改用钢管代替。4.3.4基坑开挖翻车机房基坑开挖主要以反铲为主，人工配合，后期
24、随开挖深度的增加配以吊机吊土。同时，为给基坑开挖及帽、圈梁施工创造干地施工条件，提前安排深井降水，并结合明排水。基坑开挖分五层进行，主要采用反铲进行开挖施工，帽、圈梁基础位置为防止超挖，反铲开挖至比圈梁底标高略高后，改为人工开挖。随第四层开挖深度增加，考虑反铲开挖深度及效率特增加吊机吊土斗垂直运输的方式施工。开挖半径为44.5m，总开挖方量126090m3。（1）第一层开挖范围为+4.5m-2.5m，深度7.0m，开挖方量为42710m3；土方开挖分四个阶段进行，区区区区，见第一层土方开挖图5.3.3。图4.3.3 翻车机房基坑开挖一层断面图图4.3.4 翻车机房基坑开挖一层平面布置图图5.3
25、.4 一层土方开挖平面图1）第一阶段区开挖方量约3770m3，主要为：杂填土、粉细砂和粉质粘土。投入设备为2台破碎锤，风镐24把，反铲2台，自卸车6台。此期间穿插施工清除基坑内顶部泥浆层，为保证帽粱混凝土浇注施工迅速，地下连续墙侧挖宽不小于3米。帽梁层挖深至+2.0m，土方开挖至帽、圈梁底标高以上20cm时，由人工挖土。竖肋位置开挖时，先根据测量控制点挖出预留筋（共3根），依据中间预留筋的位置从新进行竖肋开挖尺寸放线，并记录中心点坐标，留作施工参考。2）第二阶段随帽粱混凝土浇注施工，根据现场具体场地情况开挖基坑中部土方区，该部位土方量约22040m3，投入设备为4台反铲， 8辆自卸汽车。前期先
26、由2台中长臂反铲作业，先开挖基坑的南半部分，由基坑中心区向外退行开挖，自卸汽车运输，当帽粱混凝土强度达到设计混凝土强度的75后，即可在选定范围向内部铺设临时施工道路：在道路前进方向首先清除表层泥渣，至粉细沙层止，在其上铺设宽8m，厚1m的山皮石。内导墙及帽梁基槽开挖完成后，再上2台反铲开挖。该部位施工与帽梁施工交叉作业，自卸汽车的临时行车坡道随帽梁施工情况而定。坡道穿过帽梁时，可在帽梁顶面铺设枕木覆盖山皮土以保护帽梁。铺设临时道路的具体位置根据帽粱混凝土施工情况可调整。3）第三阶段：当帽梁整体混凝土达到设计强度的100%时，进行区土方开挖，即圈梁底部土方，方量约10200m3。投入3台长臂反铲
27、布置在基坑外直接进行挖土，自卸汽车停在基坑外侧，由反铲直接装土，运至指定弃土点。基坑外侧反铲不能够到的地方，可在基坑内布置3台反铲进行挖土。沿圈梁开挖一定长度，作为一施工段，组织圈梁、竖肋施工。 4）第四阶段：随圈梁、竖肋施工，组织进行区土方开挖，该部位土方量约6700m3。基本施工方法为接力挖土法：其中2台EX220反铲在基坑内进行挖土作业，4台EX220反铲在基坑内负责倒土并开挖，2台长臂反铲在基坑外进行接力挖土，配备12辆自卸汽车进行运土。区同时进行开挖，先进行东南、西南和西北的土方开挖，最后开挖东北角。（2）第二层开挖范围为-2.5m-7.0m，开挖方量为28000m3。第三层开挖范围
28、为-7.0m-11.0m，开挖方量为24890m3。第二、三层土方开挖方法和第一层基本相同，随开挖深度的加深，增加了长臂反铲倒土及3个反铲倒土接力平台。（3）第四层开挖范围为-11.0m-15.812m，开挖方量为30490m3。分成灌注桩以上和以下两部分开挖。1）-14.5m以上土方开挖：当第三道圈梁竖肋的砼的强度未达到设计强度的75时，开挖断面图中部分及竖肋坑位置土方，该部分土方开挖仍采用反铲接力挖土方式施工，开挖时选用两个挖土平台出土，即西北挖土平台和东南挖土平台。开挖顺序、开挖断面如下图：图4.3.6 第四层土方开挖断面示意图 图4.3.5 第四层桩间土方开挖顺序图 开挖至-14.5m
29、后将高出的桩头截掉，以减小反铲在桩林中遇到的阻碍。2）-14.5m以下土方开挖：当-14.5m以上灌注桩已截除，第三道圈梁竖肋的砼的强度达到设计强度的75后，即可向下开挖。开挖时以配合后续施工为主，根据截桩顺序进行开挖，必须及时为人工截桩提供工作面。翻车机房主体基础部分开挖施工控制标高为-15.812m，排水孔位置开挖至-18.012m，廊道口处开挖标高为-15.262m。开挖施工中预留20cm人工开挖量，测量人员配合挖土作业人员控制好开挖标高，避免超挖，排水孔位置开挖前测量人员提前放线，在保证开挖宽度的情况下根据现场情况放坡，并适当放缓。初期挖土仍采用反铲接力挖土法施工，当接力挖土至后期，土
30、方主要集中于挖土接力平台，此时基坑内反铲必须增加臂长，接力平台中间不设倒土驻车平台，于设计开挖标高处驻车向平台顶倒土。当挖土设备不能进行开挖施工时，改为垂直吊土运输方式进行土方开挖，吊土设备采用50t汽车吊。汽车吊于基坑顶部挖土驻车平台驻位，基坑内反铲装土入土斗，由汽车吊吊出，基坑内外均需配备起重人员指挥，吊出的土方必须及时用装载机装车倒运到指定位置。基坑内反铲采用250t履带吊吊出。具备工作面后进行第四道圈梁和竖肋的施工，反铲接力平台处开挖完成后将圈梁封闭。45、翻车机房基础工程施工技术5.1翻车机房主体基础灌注桩悬孔法施工新技术5.1.1悬孔法施工灌注桩新技术的引入本工程翻车机房地下主体结
31、构基础灌注桩分布密集，数量多达500根，桩径1000mm，桩长25m，人工吹填后原地面标高4.55.0m，桩顶高程-15.512m，位于原地面以下20m。按着翻车机房传统施工工艺其主要施工顺序为：地下连续墙施工基坑土方开挖灌注桩施工地下主体结构施工。根据工期要求，通过进行经济技术可行性分析研究，确定在基坑开挖前进行灌注桩施工并与地下连续墙穿插施工的原则，在地下连续墙施工的同时采用悬孔法施工工艺，进行悬孔深度达20m以上的灌注桩施工。悬孔灌注桩是指：灌注桩成孔施工后，桩的钢筋笼吊放需深送至设计标高，由于桩顶距离地面很深，使桩体以上部分处于悬空状态即为悬孔灌注桩（图51.1）。 图5.1.1悬孔法
32、成桩工艺示意图 5.1.2悬孔法灌注桩施工技术和工艺措施（1）通过典型施工试验，优化施工方案，确定了成孔效率高、桩孔垂直度及高程易于控制、环境污染少的旋挖钻成孔工艺，淘汰了效率低下、泥浆污染严重的回转钻成孔工艺。（2）为减少与地下连续墙的施工干扰，成桩总顺序采取由中心向外围进行施工。（3）为减少和防止塌孔发生，采取以下有效施工技术措施：1）旋挖钻成孔施工采用间隔跳序的施工方法以减少塌孔。2）控制泥浆比重、控制钻进提升速度，减少旋挖钻起降时孔内泥浆液面高度变化，减少塌孔发生。3）在场地表层松散粉细砂土上铺设300mm厚山皮石，并采用振动压路机进行碾压，对表层土起到了密实作用，同时也保证了大型吊机
33、等设备的进出顺利。4）采取桩区内设置降水井降低地下水位和加长护筒等措施，对解决了表层吹填砂松散等原因引起的塌孔问题也起到一定作用。（4）为保证钢筋笼深送沉放就位准确，设计制作了便于摘除的特制钢筋吊杆工具，解决了钢筋笼下笼过程中的卡笼问题。5.1.3悬孔法灌注桩施工工艺优缺点（1）优点：1）经实际测算工期可缩短2个月。2）无需将旋挖钻和吊机等设备吊运到20m深基坑内。钢筋笼吊运方便，无需垂直吊运。3）废弃泥浆无需进行垂直倒运处理。4）砼搅拌车可以直接开到孔边就近灌注，无使用泵车进行砼浇筑。（2）缺点：与同期进行的圆形地下连续墙施工相互之间存在干扰。5.2地下廊道地基悬孔法高压旋喷注浆处理技术翻车
34、机房主体配套设施地下皮带机输煤廊道原设计地基加固为水泥土深层搅拌法方案。根据工期要求和安排，该方案实施必须在基坑开挖前并需与廊道地下连续墙穿插进行。通过调研，国内现有深层搅拌机设备能力无法满足30m（其中空搅长度为21m）搅拌深度的要求。经与设计和高喷灌浆技术专家以及专业施工单位技术人员反复讨论研究，确认高压旋喷桩地基加固方案可同时达到技术指标和工期要求，商定了桩径、桩体设计强度、与廊道地下连续墙的安全距离等设计参数。结合工程地质情况和成桩直径要求，确定新二重管法高压旋喷施工工艺。5.2.1概况曹妃甸煤码头廊道底板下粉质粘土层范围高压旋喷桩复合处理地基布置范围为：翻车机房地下结构以东99.60
35、m长，宽度13.6m，旋喷桩直径1000mm；东西向桩间距为1800mm，南北向桩间距为2000mm；桩顶标高（廊道主体碎石垫层底标高）-15.262m-11.406m，底标高-25.0m，桩长13.594m9.738m。旋喷加固桩体设计强度2.0MPa，旋喷桩数量为778根，置换率为22.6%。高压旋喷成桩主要跨越3个土层，粉细砂3标高范围4.06m14.16m，粉质粘土1标高范围14.16 m21.06m，粉质粘土3标高范围21.06m26.06m。高压旋喷桩与固土层范围如图5.2.1所示。图5.2.1 高压旋喷加固土层范围示意图5.2.2悬孔法旋喷桩施工技术措施：通过现场典型施工试验和取
36、样检测，确定了水泥浆液水灰比、喷嘴直径、提升速度、旋转速度、喷射压力等施工参数，为保证基坑开挖后成桩体达到设计强度，采用旋窑水泥和提高水泥标号使用42.5普硅水泥。考虑实际情况和技术可行性，经对水样化验，确定采用300m地下深井苦咸水作为制备水泥浆液用水。5.2.3施工工艺与施工方法（1）桩位布设：本工程高压旋喷桩加固范围为2座廊道基坑：每座廊道地基旋喷处理范围99.6m13.6m，成桩桩径1000mm，按设计要求采用正方型布孔。为保证旋喷桩桩头的有效长度和强度，旋喷桩顶标高比设计高度高0.5m。（2）施工参数：廊道基础高压旋喷桩的施工参数根据施工现场的土质条件，加固要求，结合中国水利学会地基
37、与基础工程专业委员会委员、咨询专家查振衡教授介绍以往的施工经验，确定旋喷桩施工参数如下表：项 目参 数高压水泥浆压力（MPa）3538 流量(L/min)7080喷浆嘴个数、孔径2(1.92.0)mm压缩空气压力（MPa）0.60.8流量(m3/min)1提升速度(cm/min)8旋转速度(r/min)10水泥浆液比重1.451.50（3）施工工艺流程：钻孔下喷射管喷 射喷射提 升成 桩质量检查压缩空气GPS测放孔位高压浆液复核制浆（4）施工方法：1）定孔位、复核：高压旋喷桩南北向分为50排，每座廊道东西向均分为8列。把第1排、10排、20排、30排、40排、50排的两个边桩做为控制桩。在定孔
38、位时，测量人员首先用GPS定好导墙上的控制桩位，然后用钢尺量放好需要的桩位，最后再用GPS抽查所放桩位，孔位偏差不大于20mm。放好的桩位用钢筋棍做上明显且稳定的标记。2）钻孔：开钻前先复核孔位，确保孔位无误时方能移动钻机。将钻机对准孔位，垫平钻机，再次校正孔位，用水平尺准确校正钻机立轴垂直度。钻孔过程中，在粉细砂层采用膨润土制备泥浆护壁；在粉质粘土层，采用自然形成泥浆护壁。（图5.2.2） 图5.2.2 施工现场旋喷桩钻孔图图5.2.3 现场水泥浆液制备图3）浆液制备：制备水泥浆液时，水灰比控制1：1，严格控制水泥浆液比重。水泥浆在搅浆桶搅拌好后过筛放入储浆桶，在搅浆过程中禁止杂物进入浆管堵
39、塞喷嘴。按设计配比进行浆液搅制，在制浆过程中随时测量浆液比重，每孔高喷灌浆结束后同时统计该孔的水泥用量（图5.2.3）。4）高喷作业：高喷台车就位：高喷台车移至成孔处，校正高喷台车水平及高喷管垂直，用线坠将台车找平，喷管上悬状态下对准孔中心，保证高喷台车水平（图5.2.4）。下喷射管：检查高压泥浆泵、空压机运行良好，检查高压输浆管、供风管畅通及完好，进行浆气试喷，准备就绪后下入喷浆管。为防止下管过程中堵塞喷嘴，将喷嘴包扎下至5米深后，再低压力送浆下管（图5.2.5）。喷射提升：高喷管下至设计深度后，待孔口正常返浆，用水泥浆静喷2分钟，再正常提升喷管进行喷浆。提升速度为8cm/min，进行喷浆作
40、业，直至达到设计标高停止喷射。在高喷管上每1米标上一个刻度值，在高喷管提升过程中，通过察看高喷管上的刻度值来确定旋喷桩的桩顶标高。在接卸管时，速度要快，以防止塌孔、堵嘴和埋管。复喷处理：施工过程中，因机械故障、孔内事故、卸接管等原因中断，恢复喷射时均进行复喷，复喷搭接长度为0.5m。回灌：喷浆结束后，随即向喷射孔进行静压充填灌浆，直到浆面不再下沉为止，以确保高喷旋喷桩形成后达到设计桩顶高程。每个喷浆孔喷浆完毕后，移开喷浆管，用清水把泥浆泵和管路内的残留浆液全部排出，冲洗干净。图5.2.5 高喷台车喷浆作业图5.2.4 高喷台车 5.2.4冬季施工措施图5.2.6 喷浆管、气管防冻保护图（1）不
41、间断施工：高压旋喷桩施工期间正处于冬季，因此在每根桩施工前，一定要做好设备、管路的检查检修工作，避免施工过程中因故停顿，并尽量缩短相邻桩施工之间的停顿时间。（2）管路防冻保护（图5.2.6）：冬季施工时，水、浆、气管路容易冻结。因此，供浆管路尽量埋于地下，不得已暴露在外面的管路，包括水管、浆管和气管，根据天气情况外面要包裹23层土工布；如发生管路冻结现象，采取用喷灯加温的方法进行处理。 （3）机房密封保护：供浆（气）机房和发电机房用脚手架加固和帆布覆盖，利用发电机和空压机工作时产生的温度，防止设备和管路受冻，温度过低时用电暖气加温。（4）对发电机和空压机等水冷机械，长期停机时将水箱排空，以免冻
42、裂水箱。5.2.5试验检测旋喷桩施工完成后的承载力检验采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验，载荷试验在28天后进行，检验数量为桩总数的1%，且每个廊道不应少于3点。经过检测廊道单桩承载力特征值Ra518KN，复合地基承载力特征值fak160KN/m2，满足设计要求。 6、翻车机房主体结构施工技术6.1钢筋剥肋滚压直螺纹连接技术翻车机房漏斗层以下墙体及扶壁竖向钢筋设计高度在14m以上，漏斗层以上墙体及扶壁竖向钢筋设计高度亦在6m以上，且部分竖筋顶部带有90弯折，一次性加工至设计长度现场安装作业难度大，钢筋间距及位置控制难以保证，而且给各施工分层模板大片吊装及泵送混凝土浇筑作业带来困难。因此根据翻车
43、机房总体施工工艺和分层施工要求，结合以往类似工程经验，为便于现场钢筋绑扎质量控制，墙体及扶壁竖向钢筋采取分层接高方案。经过经济技术分析，竖向钢筋接高接头形式采用操作简单、质量可靠的剥肋滚压直螺纹连接工艺，主要用于翻车机房主体结构墙体、廊道侧墙等部位的竖向钢筋接高，其次为大于30m墙体横向水平钢筋的接长。6.1.1钢筋剥肋滚轧直螺纹连接技术是钢筋等强度直螺纹连接技术的一种新形式。该技术是对被连接钢筋端部进行剥肋、滚压两道工序，并用专用套筒连接的图6.1.2 滚轧直螺纹齿形材料塑性变形示意图图6.1.1 带肋钢筋剥肋后面积损失示意图一种机械连接技术。带肋钢筋在剥肋滚轧加工时，经剥肋后面积损失约为0
44、.03%， 而滚压后材料发生塑性变形，金属晶格产生滑移，纤维未被切断，只沿着螺纹齿形发生了变形，且产生了冷作硬化层，特别是牙底硬度明显增大，所以滚轧螺纹的的耐磨性有较大提高，螺纹的疲劳强度可以提高20%40%，总体抗拉强度可以提高17%以上，大大超过了母材本身强度。因而剥肋滚轧后的螺纹接头可靠性很高，可以有效降低人为因素对接头强度的影响。如图6.1.16.1.2。该工艺利用了硬化原理，通过滚压可使钢筋内部晶格沿螺纹形状紧密排列，从而大幅度提高了螺纹的综合机械性能，充分发挥钢筋母材的强度，实现等强度连接。6.1.2钢筋表面剥肋可以消除纵横肋和钢筋尺寸变化对加工螺纹精度的影响，与其他连接技术相比具
45、有以下特点：（1）接头强度高、性能稳定。滚压后的直螺纹接头强度一般高于钢筋母材的强度，能够实现等强度连接。接头经检验能达到JG107-2003 钢筋机械连接通用技术规程中关于级接头的要求。（2）设备简单易于操作，加工效率高。能够在同一台设备上连续完成对中、剥肋、滚丝、复位等所有加工工序。经现场实际测算，熟练工加工一个M25的丝头只需3040s，考虑到检验、戴保护帽、运输等时间，每台班可加工丝头500550个。（3）现场钢筋连接操作方便、快捷。连接时只需要用普通扳手扭紧操作，扭紧力矩对接头强度影响不大，连接过程不受工人技术水平的影响，一个接头平均只需6080s。（4）应用范围广，可全方位连接。适用于承受拉、压双向作用力直径为1650mm的、级钢筋在任意方向和位置的同直径和异直径的连接。通过采用标准型、正反丝扣型、异径型等多种接头类型，能够满足各种工况要求。（5）螺纹可提前在后方加工，不占用工期；现场钢筋连接全天候施工，不受雨雪天气影响，可大大缩短工期。在本工程中体现尤为突出。 6.1.3应用效果翻车机房、廊道箱涵主体及基坑支撑结构中应用到的套筒接头有标准丝扣和正反丝扣两种类型，用于钢筋的竖向接高，水平钢筋的现场接长，使用剥肋滚压直螺纹钢筋连接接头为 39143个，其中标准接头25793个，正反丝扣接头1335
