船坞工程坞首超大深基坑及相邻结构施工工艺优化

中建港务建设有限公司 上海 200438

1 工程概况

新韩通船坞坞首平面尺寸为146 m×40 m，采用钢筋混凝土分离式结构，共分3 块，其中两边为钢筋混凝土空箱结构，中间一块为钢筋混凝土实体结构。基础采用PHC-800（110）-C80型混凝土管桩，边墩为长20 m B型管桩，中底板为长22 m AB型管桩，桩顶标高中边墩为－8.4 m、边墩为－11.95 m。

两边底板平面尺寸均为40 m×35 m，中间一块底板的平面尺寸为76 m×40 m，底板面高程－6.5 m，门槛高程－5.30 m，空箱顶高程7.0 m，空箱内布置坞室排水泵站系统。坞首四周采用厚60 cm地下连续墙围封，地下连续墙标高为－28.8～－7.3 m。坞首地下连续墙同坞室厚80 cm地下连续墙、翼墙厚80 cm地下连续墙及坞室外围厚22 cm截渗地下连续墙相衔接，形成船坞止水系统。

2 工程特点与难点

（a）坞首区紧邻长江，地下水位较高，地下连续墙施工时业主方降水尚未完全到位，且地下水位受长江潮汐水位变化影响非常大。

（b）地下连续墙施工场区范围的土层复杂，其上部多为粉质砂土层，各土层的强度低、含水量大、受外界扰动后极易塌方。

（c）下部土层上下土质不均匀，明显呈上软下硬状况，地质条件对成槽施工较为不利，且场内主要为粉质细沙层，该土层遇水浸泡极易液化，容易导致槽段坍塌，无疑加大了施工的难度。

（d）坞首部分地下连续墙空成槽深度达10 m以上，亦易塌方。

（e）围堰同坞首、坞室未形成封闭。

（f）土方开挖时泥面标高为+3.0 m，坞首基坑开挖最深深度达到15 m，而且坞首的相邻结构较多，有厚80 cm、厚60 cm地下连续墙，厚22 cm截渗墙以及PHC管桩等，给基坑开挖带来极大难度（图1）。

图1 坞首及其相邻结构平面

3 止水体系施工技术研究及优化创新[1-6]

3.1 概述

为满足整个船坞主体深基坑干施工要求，达到挡水、止水功能。整个船坞止水包括坞首四周一圈，止水采用厚60 cm地下连续墙、坞室厚80 cm地下连续墙及外围厚22 cm截渗地下连续墙，重点解决坞首同坞室地下连续墙衔接以及接缝处理，以形成整体封闭止水系统。由于船坞围堰采用拉森钢板桩，未作其他止水处理，对坞首深基坑开挖极为不利，且地下连续墙标高－7.3 m，主要是考虑使用期止水，施工期间围堰同坞室及坞首止水未形成封闭，故建议业主在围堰内侧再增设一道搅拌桩止水，同坞室厚22 cm截渗墙衔接，以形成完整的止水屏障，这个方案得以采纳并实施。

3.2 地下连续墙施工技术

3.2.1 防槽壁坍孔应对措施

由于本工程的地层含砂层较多，地层相当不稳定，成槽深度又较深，为防止发生槽壁坍塌现象，我们采取初期慢速挖槽，适当加大泥浆密度，控制槽段内液面高于地下水位0.5 m以上；成槽时根据土质情况选用合格泥浆，并通过试验确定泥浆相对密度；泥浆必须专门配制，并使其充分溶胀，储存24 h以上，严禁将膨润土等直接倒入槽中；所用水质须符合要求；在松软砂层中钻进，须控制进尺，不要过快；槽段成孔后，紧接着放钢筋笼并浇灌混凝土，尽量不使其搁置时间过长；根据槽段开挖情况，随时调整泥浆密度和液面标高；注意槽段附近地面荷载不要过大。同时，加快施工进度，缩短挖槽时间和浇注混凝土的间隔时间。

3.2.2 地下连续墙接头止水应对措施

地下连续墙的接缝止水性能对基坑开挖的安全至关重要。首先，须采取清孔、置换泥浆等方法保证泥浆质量、沉渣厚度符合规范要求；其次，保证接头刷壁质量，增加刷壁次数，采用专门刷壁器，并利用导向配重使刷壁器上下刷壁时，紧贴已经施工完毕的混凝土凹槽，直到专用刷壁器上不再有淤泥存在为止；第三，保证混凝土的质量，尤其是重点控制混凝土的和易性，尽量缩短混凝土的浇注时间、间隙时间；第四，混凝土导管分布要均匀，且两导管间距离不得大于3 m。

3.2.3 钢筋笼吊装变形、难以入槽应对措施

为防止钢筋笼在吊装过程中变形，要对钢筋笼根据设计图纸要求进行加固，制定专项钢筋笼吊装方案，合理设置吊点位置，吊点设置在纵、横向桁架交点处，设置吊环、拉筋、斜拉筋，使钢筋笼受力均匀；吊装过程中轻起慢放，防止产生较大冲击荷载。

为防止钢筋笼难以入槽或笼体上浮现象，成孔要保持槽壁面平整；严格控制钢筋笼外形尺寸；钢筋笼入槽孔时，保持垂直状态。如因槽壁弯曲钢筋笼不能放入则修整后再放钢筋笼。为防止钢筋笼上浮，须清除槽底沉渣，控制浇灌速度，控制导管的最大埋深不得超过6 m。

3.2.4 混凝土夹泥应对措施

为防止发生地下连续墙混凝土内存在泥夹层现象，特设2 个灌注管同时灌注；导管埋入混凝土深度为2.0～4.0 m之间，两导管混凝土高度差不大于0.5 m，导管接头采用转盘扣连接，设橡胶圈密封；首批灌入混凝土量要足够充分，使其有一定的冲击量，能把泥浆从导管中挤出；必须保证初灌量将导管底端一次性埋入水下混凝土面以下500 mm，同时始终保持快速连续进行，中途停歇时间不超过混凝土初凝时间，槽内混凝土上升速度不应低于2 m/h，导管提升速度不要过快过猛。

3.2.5 坞首空成槽施工应对措施

坞首地下连续墙施工作业面为+2.0 m（根据降水情况，结合工艺确定），而地下连续墙设计顶标高为－7.5 m，空槽部分近10 m。为确保地下连续墙施工时大型机械设备安全施工，空槽部分必须回填。本工程开始采用回填砂土因稳定性不够，且需较长时间方可固结，不可行。采用全部浇筑混凝土费用又较高，后采用隔断浇筑素混凝土工艺，同样取得了理想的效果。

3.3 高压摆喷桩封堵地下连续墙接缝工艺

在两幅地下连续墙连接缝后侧均布设1 根摆喷桩，以加强防水，桩中心距地下连续墙墙面35 cm，摆喷桩高程同相邻的地下连续墙标高（图2）。

图2 墙后摆喷示意

3.4 厚22 cm地下连续墙施工技术的优化及创新

本工程厚22 cm地下连续墙采用2 台SKQ55射水成槽机进行射水成槽、隔槽成槽的施工工艺。

3.4.1 工程难点

（a）地面下15 m范围内土质较差，成槽易坍孔。在地面下15 m范围内主要为杂填土、淤泥质粉质黏土、粉土、粉质黏土等等，标贯值极低，在2～8之间。而且地下水位初步调查为0.5～3.0 m，成槽过程中容易出现坍孔。

（b）成槽精度难控制。由于薄壁地下连续墙深度较深，成槽垂直度必须控制在0.3％以内，否则容易出现结构侵界。垂直度较难保证。

（c）砂性土层中泥浆指标易严重超标。由于槽段穿越含砂率较高的粉细砂层，土层中泥沙颗粒、水泥成分和有害离子不断混入，使得泥浆黏度、相对密度大幅增加，泥浆指标可能达到：相对密度1.2～1.25、黏度30 s。过大相对密度、高黏度的泥浆将严重影响混凝土浇筑质量。

3.4.2 工艺技术升级应对措施

（a）混凝土浇筑时，孔口放置盖板，防止混凝土及其他杂物散落槽孔内。

（b）在水下混凝土灌注时，由专人测量导管埋深及管内外混凝土面高度，混凝土浇筑时，则在槽口入口处随机取样，做好混凝土试块，并做好记录。

（c）施工中严格控制泥浆浓度，警惕砂层中承压水的影响，防止坍孔。同时必须防止泥浆浓度太大造成淤积和防止钢筋表面形成泥浆层，影响混凝土质量。根据不同地层和土层情况配用合适的泥浆浓度和浆量进行护壁，护壁质量应经检查。

（d）加强对墙体接缝质量的控制。成形器有特殊的清洗接缝的装置，以便在进行双号单元墙体施工时能洗掉单号单元端面混凝土墙体上的泥污，保证接缝清洁干净，连接牢固，接头紧密。垂直精度控制在1/300。

（e）施工程序上按照隔槽成槽工艺，槽孔分缝宽4～6 cm，在造二期槽孔时，必须在一期槽孔混凝土初凝后方可造孔，造孔时利用成形器侧向高速喷嘴，将左右墙体侧面上黏土及泥浆冲刷干净，以保证接缝质量，满足防渗要求。

（f）在射水造孔成槽后，应对槽孔质量进行全面检查，经检查合格后，方可进行清孔换浆。清孔换浆采用对槽底泥浆和沉淀物进行置换清除，置换采用槽底抽吸，槽顶补浆的反循环方法。清孔换浆结束后1 h，槽底沉淀物厚度不得大于20 cm。孔内泥浆的密度不大于1.30 t/m3。只有清孔换浆合格后，方可进行混凝土浇筑。

（g）防渗墙混凝土入孔坍落度为18～22 cm，采用导管法排泥浆浇筑。导管应保证封闭联结，初灌后导管埋入混凝土内不小于1.0 m，不大于6.0 m。混凝土面上升速度不小于2 m/h，各处混凝土面应均匀上升，高差控制在0.5 m以内。

4 基坑开挖施工

由于坞首紧邻长江，在施工围堰并完成沉桩、地下连续墙结构，止水体系形成且周边结构加固后进行土方开挖。土方开挖工艺主要采用挖掘机分层开挖，挖土顺序按“先坞边墩，后坞中底板”进行。坞首土方由1.2 m标高开挖到结构施工所需的标高（－8.5～－12.0 m）。

坞首开挖自上而下分3 个层次：第一层次开挖，在中间留出一道7 m宽的道路作为出土用并与坞室出土道路相连接，坡度1∶10，标高1.2 m。开挖时两边从标高1.2 m挖至－2.0 m。在东面临江侧则挖至－5.0 m时，设置一条4 m宽平台。第二层次由坡顶挖至－5.0 m ，坡底再从－5.0 m挖至－8.5 m（坞门底板设计标高）。第三层次将坡顶一次性挖至－8.5 m，两边的坞墩土层标高再挖至－12.0 m即设计要求的底标高，在挖至－8.2 m和－11.7 m时须进行人工开挖作业，在进行此层土开挖时必须做好底桩桩头的保护，桩四周最好采用人工清挖，施工时要注意避免扰动原状土破坏开挖层表层土体结构。

因坞首开挖涉及相邻结构，若先行施工相邻的空箱及锚碇结构，必须采取加固措施，费用较大。本次主要采用放坡开挖，合理安排相邻结构段的施工顺序，避免了以往的加固，节省了费用。

5 相邻结构施工安排

由于本工程工期极为紧张，在坞首开挖施工时，势必对相邻结构产生影响，为减少相邻结构因开挖造成较大位移而影响结构质量，故采用坞首施工基本形成时再施工相邻结构段，这对整体工期影响较大。

常规工艺为：坞首结构→坞室拉锚结构→坞室底板施工→箱体上部。

现调整为：（坞首结构）坞室底板施工→坞室拉锚结构→箱体上部。

这样就使坞首、坞室底板同时施工，避免了拉锚结构要等坞首基本形成才可施工、再施工坞室底板的情况，工期大大提前。

6 结语

本工程坞室地下连续墙工艺优化和外围防渗墙及高压摆喷桩的实施，使基坑土方开挖过程中未出现渗漏现象，确保了船坞的顺利施工，为后期船坞正常使用提供了保障。

坞首施工在确定了支护加固施工工艺的基础上，通过不断工艺优化，节省了支护加固费用，加快了施工，节约了工期，同时确保了安全，质量上也有了可靠的保证，说明工艺优化取得了理想的效果。