沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法

《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》是上海城建（集團）公司完成的建築類施工工法；主要完成人分別是謝彬、張冠軍。該工法適用於在江底地層為淤泥質土、且受潮汐影響，下面淤量較大的條件下建造沉管隧道的基礎工程，或者是對精度要求較高的小型水下承載基礎。

《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》主要的特點是：軟模袋可以在不影響基礎充灌密實的前提下與複雜的邊界環境密貼，形成良好的傳力體系；施工作業在沉放好的隧道內進行，不受氣候影響，不阻礙江面航運；施工設備簡單、投資少，不需大型專用設備；充填注漿因注漿材料中有一部分水泥，所以即使河道中有少許淤泥也能固結；通過注漿孔量測的參數，可以確定充填狀態；漿液固結體形成的基礎不會產生因震動而引起的液化現象等。

2011年9月30日，《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法
• 工法編號：YJGF09-2002
• 類別：工程建設類
• 完成單位：上海城建（集團）公司
• 主要完成人：謝彬、張冠軍
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

沉管隧道樁基礎基底注漿施工主要包括樁基與沉管底板承接囊袋（也可稱“軟模袋”）注漿、基底充填注漿和管段防水注漿。沉管隧道樁基礎基底注漿施工最初用於瑞典的廷斯達特隧道，隨後在日本的衣浦港也採用了此法，是沉管隧道工程管段基礎處理的方法之一。

1997年開始建造的寧波常洪沉管隧道，經對中國國內和中國國內外類似工程比選，基底採用樁基礎囊袋注漿法施工，在中國國內沉管隧道工程中第一次採用樁基礎，自行研發了囊袋注漿新技術工藝。該法作為“常洪沉管隧道工程技術研究”科研項目中研究內容之一，2001年12月通過浙江省科技廳的技術鑑定。

該工法最基本的理念是用模袋作為混凝土模板，軟模袋在保證充填物在水下成形的同時又能夠自適應複雜的邊界形狀，以達到充滿空隙形成密貼的傳力系統。

根據這一理念，上海隧道工程股份有限公司於2003年結合位於杭州灣的嘉興電廠二期取水沉管隧道工程開發出水下模袋混凝土基礎，通過對該基礎形式中的關鍵技術進行試驗研究，以及在工程實踐中不斷改進與創新，上海城建（集團）公司逐步完成了《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》。

工法特點

《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》的主要特點如下：

1、軟模袋可以在不影響基礎充灌密實的前提下與複雜的邊界環境密貼，形成良好的傳力體系。

2、施工作業在沉放好的隧道內進行，不受氣候影響，不阻礙江面航運。

3、施工設備簡單、投資少，不需大型專用設備。

4、充填注漿因注漿材料中有一部分水泥，所以即使河道中有少許淤泥也能固結。

5、通過注漿孔量測的參數，可以確定充填狀態。

6、漿液固結體形成的基礎不會產生因震動而引起的液化現象。

操作原理

適用範圍

《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》適用於在江底地層為淤泥質土、且受潮汐影響，下面淤量較大的條件下建造沉管隧道的基礎工程，或者是對精度要求較高的小型水下承載基礎。

工藝原理

施工單位採用《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》，為解決江中段沉管管段置放處基槽開挖時出現的不平整、浚挖完畢後有回淤現象，一般在施工處採用打入預應力方樁，樁頂以法蘭連線一段鋼接樁。由於沉管對樁基頂標高精度控制要求特別高，在實際情況中單靠控制預製樁不能達到精度要求，採用囊袋灌漿承接樁基與管段底板，然後再對基槽超挖形成的基底空隙處進行充填注漿，形成砂漿混合基礎，與預應力方樁共同承擔荷載，使樁基礎起到均勻傳力、穩定管段、避免產生不均勻沉降的作用。參見下圖1、圖2、圖3：

管段內囊袋及充填注漿孔位分布平面圖

工藝流程

《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》在管段進行預製同時，先按設計預埋直徑1500毫米囊袋（與江底樁基分布位置相吻合）及注漿管下半法蘭，充填及防水注漿管及其下半法蘭，待管段澆築好後再在注漿管上安裝上半法蘭及球閥。囊袋注漿管採用雙管結構，注漿孔徑為Φ102毫米，排氣孔徑為Φ60毫米；充填注漿孔位於車道處，孔徑為Φ152毫米，隔牆內為Φ102毫米；防水注漿孔徑為Φ50毫米。管段沉放到設計位置後先使用兩千斤頂先將管段自由端支承在臨時支承樁上，並通過對垂直千斤頂的調節，把沉管標高調節到設計標高加預留沉降量標高位置，使沉管底距樁頂20厘米左右，然後進行各項注漿施工。囊袋安裝見下圖1，裙板結構見下圖2：

圖1 囊袋安裝圖、圖2 裙板結構圖

管段沉放完畢後，根據實測的江底最大水密度，加壓載水至管段抗浮安全係數達到1.03左右、直至基底注漿完成。囊袋注漿順序是沉放一節，完成一節。囊袋施工先注千斤頂位置囊袋，再從兩邊同時逐個注漿，隨後是防水孔注漿和基底充填注漿。

1、囊袋注漿

工藝流程見下圖：

囊袋注漿工藝流程

2、防水注漿

工藝流程見下圖：

防水注漿工藝流程

3、充填注漿

工藝流程見下圖：

充填注漿工藝流程

操作要點

《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》操作要點是：

1、在管段澆築好後，及時進行球閥及上半法蘭安裝並關閉閥門。

2、在每一後澆帶處留好穿放漿管預留孔（尺寸為20厘x20厘米）。

3、當一節管段沉放好後，在端封牆上開鑿擺送漿管洞口。管段距離較長（約100米），依據每節管段囊袋注漿順序，先排好送漿管路、接好送漿泵、連線管段內砂漿接收料斗。

4、拌漿材料砂選用粒徑不大於5毫米河沙。

5、囊袋注漿前先打開囊袋注漿氣孔球閥，待囊袋內積水放乾淨後連線注漿管路、壓力表，打開注漿管球閥並讀取壓力表初始讀數（水壓值）。開啟砂漿泵開始注漿，待氣孔中冒出與注入漿液一樣的稠漿時關閉氣孔球閥繼續注漿，直到設計注漿量或壓力上限值。

6、待囊袋砂漿達到設計強度後拆除球閥及上半法蘭，再用鋼板電焊將孔口封閉。

7、防水注漿前準備兩個防噴裝置及兩根5米長一寸芯管（上部帶一關閉的球閥），並將帶有防噴裝置芯管插入防水孔中，儘量使芯管插入至淤泥底部（參見下右圖）。

防水注漿裝置詳圖（左）、防水注漿芯管插入示意圖（右）

勞動力組織

施工單位採用《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》的勞動組織情況見下表：

材料設備

一、施工材料

囊袋注漿漿液中，摻加新型高效外摻劑SY-1，使漿液具有很好的保水性、黏聚性和可泵性。其檢驗標準符合《混凝土外加劑勻質性試驗方法》GB8077—2000，SY—1外摻劑技術指標見表6.1。

SY-1外摻劑技術指標

項 目	性質	項 目	性質
黏度	40~60	密度	1.03
pH值	8.0~8.5	外觀	淡藍稠狀液

二、機具設備

該工法主要的施工機具設備情況見下表：

施工主要機具設備

施工項目	設備名稱	型號	拌漿量（立方米）	流量（升/分鐘）	數量
囊袋注漿	地落式混凝土拌和機	-	0.3	-	1
	輸送泵	TM60	-	16.7	1
	注漿泵	TM151	-	0.42	2
防水孔注漿、充填注漿	砂漿拌和機	SM-700	0.8	-	1
	柱塞泵	SYB50/50-1	-	20~30	4

質量控制

施工單位採用《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》應注意質量控制：

1、按照砂漿檢測標準JGJ90-70，採用製作砂漿試塊進行質量檢驗，檢驗齡期為28天。囊內注漿固結體抗壓強度平均值指標：q_u≧14兆帕；充填注漿平均值指標：q_u≧0.3兆帕。

2、囊袋注漿以填滿囊袋空隙為準，同時以注漿壓力作參考。正常壓注時，注漿壓力不宜過高，不宜超過該點水頭0.05兆帕，一般為0.02~0.04兆帕。當注漿量已到，壓力開始增加，繼續壓注一盤吸漿料斗左右的漿量，便可停止注漿。但當最後一盤漿量未注完時而注漿孔口壓力高於水頭壓力0.1兆帕時也應停止注漿。

3、充填注漿管段上浮值控制在1厘米內，注漿最大壓力控制在0.01兆帕內；漿液理論設計擴散半徑為5米，施工中漿液最大擴散半徑可達到7米。

安全措施

施工單位採用《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》需注意的安全措施：

1、該工法執行國家、市、局及公司制定的各種安全技術規程。

2、管段間距較長，在管段內必須設定相應配電箱滿足泵送動力。此時，管段內水箱還未能拆除，施工場區狹長，施工時必須對管段內電線管路進行定期巡查並給施工人員配備通訊設施（如：對講機）以便管段內外施工人員及時聯繫。

環保措施

施工單位採用《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》應當實施的環保措施：

1、開工前對工程所涉及的水域（或海域）範圍進行環境影響評價，編制施工環境保護規程和做好環境監測。

2、嚴格執行國家法律法規及工程所在地的地方環境保護規定。

3、通過科學規劃工期，編制合理的施工方案，採用新工藝、新技術等儘量減少同時施工的船舶和設備數量，以減少施工對環境的影響。

4、開工前對所有設備進行嚴格檢查，禁止尾氣排放、噪聲監測不合格或漏油漏泥設備進入施工現場。

5、委託有資質的單位進行環境監測，並根據監測結果及時調整施工周期、方案、工藝方法。

6、如果涉及水域（或海域）有珍惜水生物種生存，則需要制訂專項保護措施。

7、應急預案。一旦發生環境污染事故，應立即啟動應急預案。

效益分析

採用《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》完成的寧波常洪沉管隧道與寧波甬江沉管隧道的情況，進行經濟、社會效益比較，見下表：

常洪沉管隧道與寧波甬江沉管隧道比較

比較項目	甬江隧道	常洪隧道
建設工期（年）	8	2
基礎形式	拋碎石與基底滿堂充填注漿	樁基礎與囊袋承接，空隙充填注漿
基礎費用（萬元）	229	2000
後期沉漿量（累積）	25厘米	無
補註漿	不定期管底注漿加固	否
其他維護手段	不定期管頂清淤	否

從上表可見，常洪基礎施工費遠高於甬江隧道基礎施工費，但常洪隧道建成通車以來，平均每天營運收入達10萬元，而甬江隧道與常洪隧道建設工期相差6年，除去6年中施工建設費不計，單6年常洪隧道營運收入就可達21900萬元。另外，由於甬江隧道基礎的原因，仍在沉漿，必須不定期對沉管管頂清淤和管底進行注漿加固，和因沉降引起管段破壞後的修補工作，都將增加隧道建設的投資，同時給隧道的正常運行帶來一定影響。因此採用樁基礎囊袋方法較碎石充填注漿方法作為沉管隧道基礎，具有更經濟效益和社會效益。

套用實例

施工單位採用《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》完成的工程套用實例如下：

1、寧波常洪隧道工程

1998年由上海隧道工程股份有限公司承建的寧波常洪沉管隧道，江中段全長400米，共由4節預製管段構成，平均每節管段長約100米，管段寬度為22.8米，高度8.45米，基底採用樁基礎與灌漿囊袋承接，間隙充填注漿方法。樁基礎由204根600x600毫米預製鋼筋混凝土方樁和16根鑽孔灌注樁組成。管段中囊袋注漿孔共4排，每一囊袋位置與江中樁基對應。囊袋注漿結束後，潛水員在水下對兩邊囊袋進行探摸，發現囊袋均勻飽滿，與樁基及管底吻合密貼。管段充填注漿完成後，管段穩定，證明管段基底充填砂漿基本密實，管段沉放後經測量無沉陷，達到了設計效果。2001年該隧道建成通車，隧道的後期沉降控制在了允許的範圍內。

2、嘉興電廠二期取水沉管隧道工程

嘉興電廠二期取水工程位於杭州灣海域，海象條件複雜，水深浪大，施工區域內的最大水深為28米，日潮差變化高達6米，海水含泥量高，水下能見度低，回淤嚴重，水下施工異常艱難。工程共兩條取水隧道，每條取水隧道包括：取水頭、浮運沉放段和埋涵段。整個取水工程沉放管段共12節，每節管段長約23.4米，為雙孔矩形斷面，外包尺寸為8.1x4.4米，過流孔斷面為3x3米，取水頭2個，取水頭為高16.6米、外徑25米的圓桶形構築物。取水頭和浮運沉放段所處的海域為岩石基床，通過水下爆破清碴形成基槽，在基槽內澆築模袋混凝土基礎作為取水頭和管段沉放的臨時基礎，隧道貫通後再向基底吹石、壓漿形成隧道的永久基礎。取水頭的模袋混凝土沉放基礎共8個，頂面尺寸為3x4米，高度為1~3米，取水頭基礎受的最大壓應力為10.71兆帕。管段沉放的模袋混凝土基礎共10個，頂面尺寸為8.5x1.0米，高度為0.5~2.0米，沉放管段基礎的最大壓應力為0.74兆帕。由於管段沉放就位後的姿態直接關係到管段接頭止水帶能否壓合止水，因此水下模袋混凝土沉放基礎的頂標高以及沉放後的後期沉降應該得到嚴格控制。該工法在工程中的套用情況表明模袋內的混凝土充滿度情況良好，基礎坐落在基岩上而且與基岩密貼良好，接頭處止水帶的壓縮量達到了設計要求，管段就位後跟蹤監測結果表明，管段處於穩定狀態，無後期沉降，達到了設計效果。

3、嘉興電廠三期取水沉管隧道工程

嘉興電廠三期取水工程位於浙江省嘉興（平湖）市乍浦鎮境內，杭州灣北岸的六里灣，東距上海市90千米，西距杭州市122千米。電廠西北側緊靠滬杭公路，東南側面向杭州灣，西距乍浦鎮約9千米，東距上海金山石化總廠約30千米。擬建的嘉興電廠三期擴建工程位於二期工程的擴建端和西側的九龍山之間。本工程範圍為循環水泵房前池外3條引水箱涵距前池外壁1米處至循環水取水頭的所有構築物建設、相關的土石方開挖、回填及保護措施，主要包括：施工閘門井（含鋼閘門）、3500x3500毫米引水箱涵、配水叉管、現澆段2X3000x3000毫米引水箱涵、街頭井、防洪堤、浮運段2X3000x3000毫米引水箱涵、Φ25000毫米取水頭、Φ1000毫米灌注樁、承台梁及相關開挖，部分箱涵基礎採用水下模袋混凝土基礎。模袋混凝土基礎施工後通過水下探摸表明：基礎充滿度良好，基礎與水下基岩密貼良好，自工程運行以來，監測數據表明結構的穩定性良好。

榮譽表彰

《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》先後獲得2007年中國施工企業管理協會科技創新成果二等獎，2009年上海市科技進步三等獎。

2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單（升級版）》，以建質[2011]154號檔案公布，《沉管隧道樁基囊袋注漿施工工法》被評定為中國國家二級工法。