一种沉管隧道组合地基以及设置方法与流程

本发明涉及沉管隧道领域，特别是一种沉管隧道组合地基，以及这种沉管隧道组合地基的设置方法。

背景技术：

随着沉管隧道越来越广泛地应用，遇到的地基土层情况也越来越复杂，对于深厚的软土地基，采用置换显然不再合适，而采用桩基，一方面并不经济，另一方面，桩基顶部的标高不统一，也是需要解决的关键技术问题。

因此，近年来，开始出现采用组合地基的方式对沉管隧道进行地基处理。

对于比较大型的沉管隧道项目，其主要分为中间段、过渡段和岛上段(地基土附加应力小于0的部分为中间段，大于0的部分为过渡段)，而岛上段又分为暗埋段和敞开段，各段沉管隧道下方的地基沉降量不同，而同一段内的不同位置地基沉降量也不同。

中间段的沉降较小且比较均匀，差异沉降不大，而过渡段沉降较大且沉降不均匀，差异沉降大。

现还没有找到一种较好的用于沉管隧道的组合地基方案，无法使沉管的地基变形更均匀，使地基的变形协调平顺过渡，保证沉管隧道的结构安全。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的发明目的在于提供一种使沉管的地基变形更均匀，使地基的变形协调平顺过渡，保证沉管隧道的结构安全的沉管隧道组合地基，以及这种沉管隧道组合地基的设置方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种沉管隧道组合地基，其特征在于，包括：

设置在沉管隧道岛上段底部的phc刚性桩复合地基；

靠近沉管隧道中间段底部一端设置的天然地基；

第一挤密砂桩地基；

混合地基，所述混合地基由第二挤密砂桩地基以及堆载预压结构组成；

所述phc刚性桩复合地基到所述天然地基间依次设置有所述混合地基和第一挤密砂桩地基。

岛上段中的暗埋段和敞开段均位于人工岛上，暗埋段结构是岛上建筑的支撑，需严格控制地基沉降，采用phc刚性桩复合地基能够提供有效的稳定的支撑，而中间段下方本来是软土层，基槽开挖之后软土层已被全部挖除或仅留较薄软土层，在进行抛石换填后，基础沉降、地基刚度和地基承载力均满足设计要求，地基不需其他特殊处理，直接采用天然地基即可(该处底下的土层强度是没改进的，只是进行了简单的处理，所以依然叫作天然地基)，天然地基和phc刚性桩复合地基的过渡，则依次通过第一挤密砂桩地基、混合地基排序设置，刚度越来越大，可以使沉管的过渡段的地基变形更均匀，使地基的变形协调平顺过渡，保证沉管隧道的结构安全。

作为本发明的优选方案，还包括高压旋喷桩地基，所述高压旋喷桩地基设置在phc刚性桩复合地基和所述混合地基之间，进一步增加地基刚度的平滑过渡，使沉管隧道的结构更安全。

作为本发明的优选方案，还包括由降水联合堆载预压加固后得到的深厚软土地基，其位于沉管隧道岛上段底部，且位于所述phc刚性桩复合地基的与所述高压旋喷桩地基相对的一侧，使沉管整体的地基变形更均匀、线性，使地基的变形更协调更平顺过渡，进一步保证沉管隧道的结构安全。

作为本发明的优选方案，所述第一挤密砂桩地基按置换率的不同分为多组，置换率越高的第一挤密砂桩地基，越靠近混合地基，使沉管整体的地基变形更均匀、线性，使地基的变形更协调更平顺过渡，进一步保证沉管隧道的结构安全。

作为本发明的优选方案，所述第二挤密砂桩地基按置换率的不同分为多组，置换率越高的第二挤密砂桩地基，越靠近phc刚性桩复合地基，使沉管整体的地基变形更均匀、线性，使地基的变形更协调更平顺过渡，进一步保证沉管隧道的结构安全。

作为本发明的优选方案，不同的地基的交接处，均位于沉管隧道的管节节段结构的中间点，以避免不均匀沉降的突然变化发生在接头位置，由此实现纵向的变形协调平顺过渡，以节段结构刚度克服地基处理方式变化的不利影响。

作为本发明的优选方案，所述phc刚性桩复合地基中，桩底标高由高到低渐变，靠近所述天然地基的，桩底标高越低，使phc刚性桩复合地基在满足沉管长度方向上的地基变形更均匀、线性，也可以使桩基顶部的标高一致，管顶标高一致可以使桩基均匀分摊上部来自沉管隧道的荷载，保证隧道的安全稳定，避免单桩承载过大而发生破坏失稳。

本申请还公开了一种沉管隧道组合地基设置方法，其包括步骤：

在沉管隧道岛上段底部设置phc刚性桩复合地基；

在沉管隧道中间段底部的一端采用天然地基；

在所述phc刚性桩复合地基和天然地基之间的沉管隧道下方依次设置混合地基和第一挤密砂桩地基，所述混合地基由第二挤密砂桩地基以及堆载预压结构组成。

岛上段中的暗埋段和敞开段均位于人工岛上，暗埋段结构是岛上建筑的支撑，需严格控制地基沉降，采用phc刚性桩复合地基能够提供有效的稳定的支撑，而中间段下方本来是软土层，基槽开挖之后软土层已被全部挖除或仅留较薄软土层，在进行抛石换填后，基础沉降、地基刚度和地基承载力均满足设计要求，地基不需其他特殊处理，，而天然地基和phc刚性桩复合地基的过渡，则依次通过第一挤密砂桩地基、混合地基排序设置，刚度越来越大，可以使沉管的过渡段的地基变形更均匀，使地基的变形协调平顺过渡，保证沉管隧道的结构安全。

作为本发明的优选方案，还包括步骤：在phc刚性桩复合地基和所述混合地基之间设置高压旋喷桩地基，进一步增加地基刚度的平滑过渡，使沉管隧道的结构更安全。

作为本发明的优选方案，还包括步骤：在沉管隧道岛上段底部，且位于所述phc刚性桩复合地基的与所述高压旋喷桩地基相对的一侧设置深厚软土地基，其由降水联合堆载预压加固得到，使沉管整体的地基变形更均匀、线性，使地基的变形更协调更平顺过渡，进一步保证沉管隧道的结构安全。

本发明的有益效果是：

岛上段中的暗埋段和敞开段均位于人工岛上，暗埋段结构是岛上建筑的支撑，需严格控制地基沉降，采用phc刚性桩复合地基能够提供有效的稳定的支撑，而中间段下方本来是软土层，隧道基槽开挖并回填一定碎石之后形成的天然地基使基础沉降、地基刚度和地基承载力均满足设计要求，而天然地基和phc刚性桩复合地基的过渡，则依次通过第一挤密砂桩地基、混合地基排序设置，刚度越来越大，可以使沉管的过渡段的地基变形更均匀，使地基的变形协调平顺过渡，保证沉管隧道的结构安全。

附图说明

图1为本实施例中隧道沉管的结构示意图；

图2为本实施例中西岛第一示意图；

图3为本实施例中西岛第二示意图

图4为本实施例中东岛第一示意图

图5为本实施例中西岛第二示意图

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明的发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本实施例公开了港珠澳项目的西人工岛到东人工岛的沉管隧道组合地基，西人工岛最大沉降可以达到2m，东人工岛过渡段最大沉降达到1m，差异沉降超过50cm。中间段沉降则较小，总沉降均小于20cm，所述沉管隧道组合地基包括：

设置在沉管隧道岛上段底部的phc刚性桩复合地基；

设置在沉管隧道中间段底部的天然地基(以及靠近中间段的两端处的地基中，靠西人工岛一端连接设置有部分天然地基，靠东人工岛一端则没有，下述会讲到，所以“靠近沉管隧道中间段底部一端设置的天然地基”这句话中的“天然地基”可以指位于中间段范围内的天然地基，也可以指靠近中间段的朝向西人工岛一端的但不属于中间段范围内的天然地基，其属于西过渡段的一部分，下面会讲到)，phc刚性桩复合地基中的桩底标高由高到低渐变，靠近所述天然地基的，桩底标高越低；

第一挤密砂桩地基；

混合地基，所述混合地基由第二挤密砂桩地基以及堆载预压结构组成；

高压旋喷桩地基；

降水联合堆载预压加固后得到的深厚软土地基；

所述phc刚性桩复合地基到所述天然地基间依次设置有所述高压旋喷桩地基、混合地基、第一挤密砂桩地基，所述深厚软土地基位于沉管隧道岛上段底部，且位于所述phc刚性桩复合地基的与所述高压旋喷桩地基相对的一侧，同时，不同的地基的交接处，均位于沉管隧道的管节节段结构的中间点。

具体的，所述第一挤密砂桩地基和第二挤密砂桩地基按置换率的不同分为多组，置换率越高的挤密砂桩地基，越靠近phc刚性桩复合地基。

本实施例还公开了一种沉管隧道组合地基设置方法，其包括步骤：

在沉管隧道岛上段底部设置phc刚性桩复合地基；

在沉管隧道中间段底部设置天然地基，phc刚性桩复合地基中的桩底标高由高到低渐变，靠近所述天然地基的，桩底标高越低；

在所述phc刚性桩复合地基和天然地基之间的沉管隧道下方依次设置高压旋喷桩地基、混合地基、第一挤密砂桩地基，所述混合地基由第二挤密砂桩地基以及堆载预压结构组成，在沉管隧道岛上段底部，且位于所述phc刚性桩复合地基的与所述高压旋喷桩地基相对的一侧设置深厚软土地基，其由降水联合堆载预压加固得到，设置所述第一挤密砂桩地基和第二挤密砂桩地基时，所述第一挤密砂桩地基和第二挤密砂桩地基按置换率的不同分为多组，置换率越高的第一挤密砂桩地基，越靠近混合地基，置换率越高的第二挤密砂桩地基，越靠近phc刚性桩复合地基。

具体到港珠澳项目的西人工岛到东人工岛的沉管隧道组合地基，这一段沉管隧道分为e1-e33(如图1)，共33个沉管段，而单个的沉管段又分为若干个节段，具体沉管段的地基设置(同时适用于上述的组合地基结构和设置方法)如下：

(从西岛上段开始)敞开段：包括深厚软土地基和phc刚性桩复合地基，深厚软土地基由降水联合堆载预压加固得到，phc刚性桩复合地基桩间距3.0～5.0m，呈矩形布置，桩底标高由-34.0m向-28.0m逐渐过渡到西暗埋段的phc刚性桩复合地基；

西暗埋段：phc刚性桩复合地基(与敞开段的phc刚性桩复合地基相连)，桩间距3.0～3.5m，呈矩形布置，桩底标高由-35.0m向-34.0m逐渐过渡。

(从这里开始为西过渡段)e1：与西人工岛暗埋段相接的两个节段(e1-s1～e1-s2，s代表节段)，采用高压旋喷桩地基(如图2，根据不同的置换率和不同的部位分为c1及c2两个区域，而高压旋喷桩地基的参数如表1，图2中的上部，从e1-e7均有标注，对应的是下方的沉管结构，节段位置均用对应的两端部分支出的虚线画出，图的右侧是西人工岛，往左是朝向东人工岛，方向和图示方向是反的，后面的图3、4同理)；

表1

高压旋喷桩桩径1.0m，桩间距1.5m和1.7m，正三角形布置，桩底标高约-34.5～-36.0m，置换率分别为40.3％和31.4％，28天平均无侧限抗压强度不小于1.5mpa，e1-s1～e1-s2段高压旋喷桩复合地基东侧与70％置换率的第二挤密砂桩相接，西侧与phc刚性桩复合地基相接，衔接位置桩的打设宽度相近，桩底标高相近，

后面三个节段，采用混合地基，即(由第二挤密砂桩地基以及堆载预压结构组成，堆载预压结构填充在第二挤密砂桩地基周围，第二挤密砂桩地基以阵列形式均布，具体的形成为先设置第二挤密砂桩地基，然后用堆载预压法在第二挤密砂桩地基周围形成堆载预压结构)。

e2～3：混合地基；

e4：靠近e3的两个半节段(如图2中所展示的，每个沉管隧道又分为若干个节段)，采用混合地基(这里描述的是，对应节段的底部的地基采用某种地基，即这里是采用的混合地基)；剩余5个半节段采用第一挤密砂桩地基；

e5：靠近e4的一个半节段，采用第一挤密砂桩地基；剩余6个半节段，采用稍低置换率的第一挤密砂桩地基；

具体的，e1-s3～e6-s2，段长750.50m，起止里程为k11+789.25～k12+539.75。其中e1-s3～e4-s3采用混合地基，如图3，已标出区域a1、a2、a3和b1、b2(b1b2部分不属于沉管隧道地基，这里做地基处理不是为了沉管隧道的结构安全稳定，而是为了人工岛的其他结构不下沉，这里把b1、b2进一步描述只是为了体现实施例方案的完整性)，a1、a2、a3区采用高置换率挤密砂桩和堆载预压结构组合的方式，两侧区域b1、b2区采用排水砂井和堆载预压结构组合的方式；e4-s3～e6～s1采用高置换率的挤密砂桩的地基处理方案，即沉管隧道基础中间区域a4、a54区采用第一挤密砂桩，具体参数如表2；

表2

e6-s1：靠近e5的一个半节段，采用稍低置换率的第一挤密砂桩地基(这里的第一挤密砂桩地基是所有挤密砂桩地基中置换率最低的)；而这部分中的其它节段，由于软土层已被挖除，直接采用天然地基；

(中间段)e6-s2～e23，以及e24～e30s2，软土层已被全部挖除或仅留较薄软土层，隧道基础基本位于超固结土或砂土之上，在进行抛石换填后，基础沉降、地基刚度和地基承载力均满足设计要求，地基不需其他特殊处理，直接采用天然地基；

其中，为便于容纳淤泥且利于清除表面回淤，消除管底沉积淤泥对基础沉降的影响，在隧道基槽底与碎石整平层间设置抛填块石并夯平，隧道e6-s2至e30-s2管节一般区段采用2m厚块石抛填并水下夯平，e6～e7管节局部软土层较厚及e6管节与挤密砂桩处理区衔接的区段(k11+581.00～k11+789.25)增加夯平块石厚度至3.5m，夯平块石层上采用自升式抛石整平船铺设1.3m厚的带垄沟碎石垫层形成天然地基段基础。隧道最终接头位于k7+509.000至k7+511.000，为保证后期施工便利，最终接头附近区域采用块石抛填并水下夯平，夯平层上采用自升式抛石整平船铺设0.3m厚的带垄碎石垫层，垫层与底板采用后注浆。

(从这里开始为东过渡段)e30s3～s8：采用混合地基；

e31：采用混合地基，第二挤密砂桩置换率在节段中间点位置有过度变化，如e5的地基设置；

e32：采用混合地基；

e33：s1～s3节段为混合地基；

具体的，如图4，东岛过渡段包括e30-s4～e33-s3管节范围，段长约480.5m，起止里程为k6+972.25～k7+452.75。该段全部采用混合地基(由第二挤密砂桩地基以及堆载预压结构组成)。沉管两侧设置防撞结构基础，其采用排水砂井经过超载预压后形成。具体的，第一挤密砂桩和第二挤密砂桩均布置在沉管底部，并向两侧扩5～7排挤密砂桩，第二挤密砂桩两侧布置排水砂井。由于东岛过渡段荷载及地质条件的变化较大，在处理深度范围内以标贯击数10击分为上、下两层，上、下层采用了不同直径(上层为1.5m，下层为1.1m)的挤密砂桩，在处理平面范围采用了不同布置形式(荷载较小区域为2.1×2.1m，中间过渡区域为1.8×2.1m，荷载较大区域为1.8×1.8m)的挤密砂桩，共有6种置换率40％/22％、47％/25％和55％/29％，具体见下表，该区段包括a6(上、下层)、a7(上、下层)、a8(上、下层)，当然也有b3、b4(b1、b2部分不属于沉管隧道地基，这里做地基处理不是为了沉管隧道的结构安全稳定，而是为了人工岛的其他结构不下沉，这里把b3、b4进一步描述只是为了体现实施例方案的完整性)，具体参数如表3；

表3

(这里开始为东岛上段)e33的s4～s5为高压旋喷桩地基，然后是东暗埋段和敞开段，东暗埋为phc刚性桩复合地基。如图5，东岛岛上段包括沉管e33-s4到e33-s6节段，根据加固区域不同的部位分为c3及c4两个区域，具体参数如表4；

表4

沉管隧道东岛侧e33-s4～e33-s5段高压旋喷桩复合地基西侧与55％置换率的第二挤密砂桩相接(即a8上层)，东侧与phc刚性桩复合地基相接，衔接位置桩的打设宽度相近，桩底标高相近东岛隧道现浇暗埋段及敞开段采用phc管桩复合地基，西侧与高压旋喷桩复合地基相接，暗埋段phc桩复合地基应用于ce1～ce6节段，桩间距2.5～3.0m，呈矩形布置，桩底标高由-40.0m向-36.0m逐渐过渡；敞开段(包括深厚软土地基和phc刚性桩复合地基)phc桩复合地基应用于oe1～oe4节段，桩间距3.0～5.0m，呈矩形布置，桩底标高由-36.0m向-31.0m逐渐过渡，其他位于东侧的则为深厚软土地基。