適用于潟湖相島礁環(huán)境下的組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程設(shè)計與島礁領(lǐng)域，具體涉及適用于潟湖相島礁環(huán)境下的組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法及施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]南海島礁陸域面積極少，以珊瑚潟湖地貌為主，其由環(huán)狀珊瑚礁環(huán)繞或由壩狀珊瑚礁相隔而成，水域呈圓形或不規(guī)則形狀，水深O?40m不等，珊瑚潟湖沉積物表層分布O?17m的鈣質(zhì)砂，其下為全風(fēng)化礁灰?guī)r層、強風(fēng)化礁灰?guī)r層和中風(fēng)化礁灰?guī)r層。鈣質(zhì)砂保留了珊瑚生物骨架特征，具有孔隙多、非均勻、形狀不規(guī)則、易破碎、顆粒膠結(jié)差、高壓縮等特性；鈣質(zhì)砂雖顆粒內(nèi)摩擦角較高，但結(jié)構(gòu)易碎、高壓縮不能提供較高的正壓力，因而承載能力差；對于傳統(tǒng)沉粧，其粧側(cè)摩阻力不超過20kPa，最小不到3kPa，粧端阻力值約為100?500kPa，與一般陸相、海向沉積物顯著差異。而飽和礁灰?guī)r單軸抗壓強度為5.04?7.21MPa，彈性模量7.9?12.9GPa，泊松比0.23?0.27，屬典型的工程軟巖，其承載能力差、變形大。加上南海開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)主要為機場、碼頭，尤其機場設(shè)計載荷大，因此，珊瑚潟湖地基承載力制約基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力。那么如何維護珊瑚礁地層結(jié)構(gòu)完整、挖掘與提高其承載性能及控制其變形是南海開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)難題。
[0003]針對珊瑚潟湖地質(zhì)條件，鉆孔灌注粧成孔困難，成粧質(zhì)量不能保障;擠土粧沉粧施工破壞了地層結(jié)構(gòu)，承載能力不能保證;攪拌粧與旋噴粧其承載力低，不能提供足夠的承載力；珊瑚潟湖地質(zhì)不能提供管粧基礎(chǔ)固支約束。在珊瑚潟湖環(huán)境自由水深大、覆蓋層厚，且深部礁灰?guī)r承載能力低，沉井基礎(chǔ)與沉箱基礎(chǔ)須加大其承載面積與結(jié)構(gòu)高度才能滿足承載要求，卻增加了工程量、工期與投資，且海域施工難度大、風(fēng)險大，所以，沉井基礎(chǔ)與沉箱基礎(chǔ)不適宜用作珊瑚潟湖環(huán)境的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。而發(fā)明專利《垂向組合式防滲止水帷幕結(jié)構(gòu)及其施工方法》(專利號:CN 102966110A)公布了一種適合臨海復(fù)雜地質(zhì)條件下大型基坑防滲止水帷幕結(jié)構(gòu)設(shè)計與組合圍護結(jié)構(gòu)型式；《錨粧式沉井基礎(chǔ)及其施工工藝》(專利號:CN10127058)公布了一種鉆孔灌注粧與沉井組合橋梁基礎(chǔ)。前者僅可用于適合臨海復(fù)雜地質(zhì)條件下圍護結(jié)構(gòu)而非承載結(jié)構(gòu)；后者組合基礎(chǔ)具有鉆孔灌注粧的特性，而不具備加固地基效果，所以兩者均不適用珊瑚潟湖地質(zhì)條件大荷載基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)。
[0004]鑒于單一傳統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)難以滿足珊瑚潟湖條件機場承載能力、變形與質(zhì)量要求。因此，采用何種組合基礎(chǔ)實現(xiàn)珊瑚潟湖環(huán)境大荷載基礎(chǔ)設(shè)施高效建設(shè)是南海開發(fā)亟需解決一個關(guān)鍵技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供實現(xiàn)在珊瑚潟湖地基上修筑機場等高架式造陸工程的一種適用于潟湖相島礁環(huán)境下的組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法及。
[0006]為達到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種適用于潟湖相島礁環(huán)境下的組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括預(yù)制鉆孔沉管粧、高壓旋噴穩(wěn)定粧、預(yù)制沉箱、側(cè)限約束高壓旋噴粧和預(yù)制承臺，多個所述側(cè)限約束高壓旋噴粧形成一帷幕結(jié)構(gòu)；
[0008]所述預(yù)制沉箱位于所述高壓旋噴穩(wěn)定粧之上，并在所述側(cè)限約束高壓旋噴粧帷幕結(jié)構(gòu)之內(nèi)；
[0009]所述預(yù)制沉箱包括呈上大下小的倒置的圓柱臺狀的預(yù)制沉箱預(yù)留井孔；
[0010]所述預(yù)制鉆孔沉管粧粧頂剛性嵌入所述預(yù)制承臺；
[0011]所述預(yù)制鉆孔沉管粧穿過所述預(yù)制沉箱預(yù)留井孔并伸出所述預(yù)制沉箱一定長度，且所述預(yù)制鉆孔沉管粧與所述預(yù)制沉箱剛接成整體。
[0012]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述帷幕結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有多個高壓旋噴穩(wěn)定粧，且高壓旋噴穩(wěn)定粧的有效直徑dl < 1000mm，且每一所述高壓旋噴穩(wěn)定粧與任意一相鄰所述高壓旋噴穩(wěn)定粧的粧距Dl應(yīng)滿足Dl >2.5dl;同時，所述高壓旋噴穩(wěn)定粧豎向分布在所述預(yù)制沉箱底面至中風(fēng)化礁灰?guī)r頂之間。
[0013]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述預(yù)制沉箱為圓柱狀或等截面棱柱狀殼體，所述預(yù)制沉箱設(shè)有沉箱隔艙，且所述預(yù)制沉箱還包括箱體圬工，且所述箱體圬工設(shè)有多道豎向隔板與水平隔板。
[0014]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述水平隔板NI數(shù)量根據(jù)所述預(yù)制沉箱高度H確定，且附=1階{(!1-6111)/3111} + 1，當(dāng)!1<6111時，附為0;所述豎向隔板以所述預(yù)制沉箱中心為軸放射狀均勻布置。
[0015]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述箱體圬工為挖空率50?70%的厚壁殼體結(jié)構(gòu)。
[0016]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述預(yù)制沉箱豎向四周壁板中設(shè)有第一注漿孔、第一溢漿孔與第一單向止?jié){閥，所述第一溢漿孔與所述第一單向止?jié){閥配套呈梅花形布置。
[0017]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述側(cè)限約束高壓旋噴粧的有效直徑d2< 1000mm，搭接長度為其有效長度d2的1/4?1/3，且其有效輪廓與所述預(yù)制沉箱相切。
[0018]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，多個所述預(yù)制鉆孔沉管粧對稱設(shè)置，且所述預(yù)制鉆孔沉管粧為分段預(yù)制中空粧;其中，每一預(yù)制鉆孔沉管粧與相鄰的任意一個預(yù)制鉆孔沉管粧的粧距D2 2 2.5d3，其中d3為所述預(yù)制鉆孔沉管粧的外徑。
[0019]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述預(yù)制鉆孔沉管粧壁中設(shè)有第二注漿孔、第二溢漿孔與第二單向止?jié){閥；其中，所述第二溢漿孔與所述第二單向止?jié){閥配呈套梅花形布置。
[0020]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，一種適用于潟湖相珊瑚礁環(huán)境下的組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟:
[0021]步驟一、預(yù)設(shè)所述預(yù)制沉箱的位置和標(biāo)高，并在預(yù)設(shè)的所述預(yù)制沉箱位置處，所述中風(fēng)化礁灰?guī)r和強風(fēng)化礁灰?guī)r的交界處與所述預(yù)制沉箱底面標(biāo)高之間施工所述高壓旋噴穩(wěn)定粧；
[0022]步驟二、將所述預(yù)制沉箱運送至預(yù)設(shè)位置，吸砂下沉至設(shè)計標(biāo)高；
[0023]步驟三、圍繞所述預(yù)制沉箱施工多個所述側(cè)限約束高壓旋噴粧，并形成帷幕結(jié)構(gòu)，且所述側(cè)限約束高壓旋噴粧底面延伸至所述中風(fēng)化礁灰?guī)r和強風(fēng)化礁灰?guī)r的交界處；
[0024]步驟四、在所述預(yù)制沉箱的所述預(yù)制沉箱預(yù)留井孔處，下沉所述預(yù)制鉆孔沉管粧；
[0025]步驟五、將所述預(yù)制沉箱與所述預(yù)制鉆孔沉管粧固結(jié)；
[0026]步驟六、所述預(yù)制沉箱的側(cè)壁與所述預(yù)制鉆孔沉管粧進行注漿；
[0027]步驟七、所述預(yù)制鉆孔沉管粧頂部拼裝所述預(yù)制承臺。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0029](I)本發(fā)明的適用于潟湖相島礁環(huán)境下的組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法采用高壓旋噴穩(wěn)定粧不僅有效地加固珊瑚潟湖地層，提高了地基承載力，還可有效控制預(yù)制沉箱偏斜與下沉，避免了預(yù)制沉箱下沉可能發(fā)生的傾斜與位移而造成的結(jié)構(gòu)損傷破壞，保證了施工過程中結(jié)構(gòu)物安全，降低了預(yù)制沉箱下沉施工風(fēng)險。
[0030](2)本發(fā)明的適用于潟湖相島礁環(huán)境下的組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法使高壓旋噴穩(wěn)定粧加固的珊瑚礁地層與預(yù)制沉箱之間存在一定厚度鈣質(zhì)砂，形成天然的褥墊層，即形成了復(fù)合地基，可使預(yù)制沉箱底部高壓旋噴穩(wěn)定粧與鈣質(zhì)砂協(xié)同作用共同承載，極大的提高了珊瑚潟湖地基的承載力。
[0031](3)本發(fā)明的適用于潟湖相島礁環(huán)境下的組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法中，箱體圬工采用挖空率50?70 %的厚壁殼體結(jié)構(gòu)，不僅有效地減小了基礎(chǔ)