沙田贛江特大橋深水圍堰小厚度加筋混凝土封底設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

秦洪杰

（中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司）

沙田贛江特大橋深水圍堰小厚度加筋混凝土封底設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

秦洪杰

（中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司）

沙田贛江特大橋跨江段部分橋墩處河床基巖面高、覆蓋層薄、封底厚度不足，又不能進(jìn)行水下爆破作業(yè)的情況下，如何解決小厚度一次封底成功，確保水下基礎(chǔ)施工安全。在充分結(jié)合施工期橋址處水文、地質(zhì)情況，大膽提出減少封底混凝土厚度，在各鋼護(hù)筒之間加設(shè)約束梁，有效解決了河床基巖面高、覆蓋層薄、封底厚度不足等一系列問(wèn)題。本文以15#墩為例，介紹了小厚度加筋封底混凝土Midas/civil仿真計(jì)算及施工方法，以作類(lèi)似工程施工參考。

基巖面高；覆蓋層薄；小厚度；加筋混凝土；封底；設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

1　工程概況

沙田贛江特大橋跨江段14#～35#共22個(gè)墩臺(tái)為水上基礎(chǔ)，按照施工水位14m計(jì)算，承臺(tái)底以上水深在7～11m，設(shè)計(jì)采用鉆孔樁，樁徑2.0m，承臺(tái)均為低樁承臺(tái)，16#～20#為主墩，基礎(chǔ)承臺(tái)尺寸為14m×20.16m×4m，有12根φ2.0m鉆孔樁，樁長(zhǎng)24～25m；兩側(cè)引橋承臺(tái)尺寸為10.5（10、11）m×15.3m×3m，8根φ2.0m鉆孔樁，樁長(zhǎng)16～25m。承臺(tái)均為低樁承臺(tái)，墩身采用圓端型實(shí)體墩身。

橋址處贛江水文情況：H1/300=25.87m、H1/100=25.24m、H1/20= 23.44m、Q1/100=25600m3/s、V1/100=1.15m/s，施工時(shí)正處于枯水期，施工水位確定為14m。贛江的降雨多集中在4～6月，具有雨量集中，強(qiáng)度大，多暴雨特點(diǎn)。枯水期一般在12月～次年3月，共4個(gè)月。

贛江河床基巖面相對(duì)較平坦，上覆砂層受長(zhǎng)期采砂影響，高低變化較大，從河床面自上而下依次為：砂礫[σ]=120～200kPa；強(qiáng)風(fēng)化巖[σ]=300kPa；弱風(fēng)化巖[σ]=400kPa。河床表面覆蓋層薄，最薄處僅60cm砂層，下伏就是弱風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。

其中15#橋墩承臺(tái)為矩形承臺(tái)，外形尺寸為15.3m×10.5m× 3m，8根φ2.0m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)25m，采用矩形雙壁鋼圍堰先樁后堰法施工。承臺(tái)底標(biāo)高為7.71m，初探W3巖面標(biāo)高為4.92m，原設(shè)計(jì)封底混凝土厚度為2.5m。實(shí)際施工中，W3巖面標(biāo)高為6.1m，封底混凝土厚度為1.6m。

2　處理方案

在各鋼護(hù)筒之間設(shè)置約束梁（工字鋼）。在水平方向上：每相連的兩個(gè)鋼護(hù)筒之間各設(shè)置2根工字鋼，2根工字鋼以每相連的兩個(gè)鋼護(hù)筒中心線為對(duì)稱(chēng)軸，內(nèi)翼緣板邊緣相距10cm；在豎直方向上：工字鋼頂面在承臺(tái)底標(biāo)高以下10cm處（具體見(jiàn)圖1封底混凝土加筋圖）。

3　封底混凝土強(qiáng)度檢算

3.1主要計(jì)算參數(shù)

按施工水位14m考慮，雙壁鋼圍堰刃腳標(biāo)高為6.1m，承臺(tái)底標(biāo)高為7.71m，封底混凝土厚度為1.6m。

雙壁鋼圍堰封底混凝土C20，彎曲壓應(yīng)力[σw]=6.7MPa，彎曲拉應(yīng)力[σwL]=0.4MPa，粘結(jié)力[C]=0.67MPa，混凝土的比重取γc= 24kN/m3。

圖1　封底混凝土加筋圖

3.2封底混凝土檢算

在各鋼護(hù)筒之間設(shè)置約束梁，各護(hù)筒間視為鋼筋混凝土梁，樁基布置具有對(duì)稱(chēng)規(guī)則性及出于安全性考慮，取730cm×605cm板塊簡(jiǎn)化計(jì)算（未考慮板塊中間護(hù)筒及約束梁影響因素），封底混凝土視為鋼筋混凝土梁四面固結(jié)板（1.6m×6.05m×7.3m）的計(jì)算模型，采用MIDAS/civil仿真計(jì)算。

3.3封底混凝土荷載

封底混凝土在雙壁鋼圍堰封底后，圍堰內(nèi)水抽干時(shí)，為最不利受力工況。

封底混凝土底面所受荷載：1×（14-6.1）-2.4×1.6=4.1t/m2

3.4封底混凝土整體抗浮性計(jì)算

上浮力：γ水×h×A=1×（14-6.1）×16.3×11.5=1481t

混凝土自重：γ混凝土×H×A=2.4×1.6×16.3×11.5=720t封底混凝土與樁身的粘結(jié)力：

（8×2×3.14）×1.6×0.67=5385t

上浮力<混凝土自重+粘結(jié)力（符合要求）。

3.5強(qiáng)度檢算

圖2　封底混凝土模型圖

圖3　封底混凝土應(yīng)力圖

輸出：FZ（tonf）如表1。

表1　長(zhǎng)邊方向（短邊不控制）

3.6計(jì)算結(jié)果與分析

計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?（變形單位：mm，應(yīng)力單位：MPa，反力單位：t）。

表2　

封底混凝土應(yīng)力σmax=0.177MPa<[σwl]=0.4MPa（符合要求）。約束反力梁的選用：

計(jì)算模型如圖4（長(zhǎng)度單位：m，荷載單位：t）。

圖4　

彎矩圖如5（彎矩單位：t·m）。

圖5　

約束梁選用2I18，封底混凝土與約束梁視為鋼筋混凝土梁（斷面如圖6所示）。

圖6　

4　加筋封底混凝土施工

4.1約束梁制造安裝

約束梁采用18號(hào)工字鋼，按照設(shè)計(jì)尺寸下料；套箍采用10mm鋼板卷制，直徑比鋼護(hù)筒大20cm、便于調(diào)節(jié)鋼護(hù)筒之間施工誤差，高度采用20cm、留焊接空間即可。約束梁與套箍之間按“封底混凝土加筋圖”之間的相互位置整體焊接成型，做到焊縫飽滿、曲線圓滑過(guò)渡。先在鋼護(hù)筒側(cè)向距水面50cm位置焊接支撐槽鋼，用吊裝機(jī)械將焊接成型的約束梁整體吊裝落孔就位于支撐槽鋼上，之后在套箍及鋼護(hù)筒上分別焊接牛腿，安裝精扎螺紋鋼吊桿，利用吊桿體系將焊接成型的約束梁整體上升脫離支撐槽鋼，割除支撐槽鋼，緩慢下放約束梁至目標(biāo)位置。為了防止封底混凝土澆筑時(shí)約束梁下沉或上浮，需在每個(gè)牛腿上下側(cè)各安裝一個(gè)螺帽，對(duì)吊桿進(jìn)行限位，此時(shí)吊桿起吊筋作用。

4.2封底混凝土施工

4.2.1封底混凝土配合比配置

要求配置的封底混凝土具有很好的和易性和流動(dòng)性，具有自流平、自密實(shí)的特點(diǎn)。通過(guò)多種配合比的比選和優(yōu)化，具體性能指標(biāo)如下：

（1）塌落度22±2cm；

（2）初凝時(shí)間28h；

（3）成型坡度1：4；

（4）自流半徑≥4m。

4.2.2封底混凝土澆筑

約束梁安裝到位后，在圍堰平臺(tái)面上設(shè)置水下封底混凝土施工平臺(tái)，準(zhǔn)備就緒后進(jìn)行封底混凝土作業(yè)，分倉(cāng)澆注，混凝土澆筑采用φ273mm垂直導(dǎo)管水下澆筑，混凝土由拌合站集中供應(yīng)。封底混凝土澆注面積大，且水位較深，為保證質(zhì)量，采用多管兩點(diǎn)同時(shí)澆筑。為排出圍堰內(nèi)封底混凝土置換出的水量，采用在圍堰側(cè)板上部開(kāi)口或用水泵抽水的方式。

矩形鋼套箱封底混凝土按平面尺寸16.3m×11.5m和封底混凝土厚度1.6m計(jì)算，共需混凝土300m3。圍堰內(nèi)凈面積187m2，每根導(dǎo)管作用半徑為4m，共需要4根導(dǎo)管，受約束梁分隔影響，考慮到構(gòu)造需要，共布置7根導(dǎo)管。

4.2.3封底混凝土高程監(jiān)控

澆筑過(guò)程必須加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，控制混凝土澆筑高度，同時(shí)掌握混凝土擴(kuò)散情況，為導(dǎo)管澆筑提供依據(jù)。

為了加強(qiáng)封底混凝土高程控制，每10min對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，每1h將各測(cè)點(diǎn)數(shù)值在相應(yīng)的施工控制斷面圖中反應(yīng)，以較全面的分析各區(qū)澆筑情況。

要求封底混凝土的頂面控制在距承臺(tái)底面以下0～10cm處，不平處待抽干水后用砂漿墊層找平。嚴(yán)格控制超高，混凝土澆筑較高的點(diǎn)如導(dǎo)管附近，超過(guò)封底混凝土的設(shè)計(jì)高程不宜太多，否則將增加封底混凝土鑿平工作量。

混凝土澆筑臨近結(jié)束時(shí)，全面測(cè)出混凝土頂面高程，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)導(dǎo)管作業(yè)半徑相交處、護(hù)筒周邊、鋼套箱內(nèi)側(cè)周邊，根據(jù)結(jié)果對(duì)高程偏低的測(cè)點(diǎn)附近移位導(dǎo)管增加澆筑量，力求混凝土頂面平整，并保證混凝土的厚度達(dá)到要求。當(dāng)所有測(cè)點(diǎn)符合要求后，終止混凝土澆筑，上撥導(dǎo)管，沖洗堆放。

5　結(jié)束語(yǔ)

沙田贛江特大橋15#墩深水圍堰封底方案是結(jié)合承臺(tái)標(biāo)高、水位標(biāo)高、河床標(biāo)高、河床地質(zhì)情況等多種因素制定的。經(jīng)過(guò)理論計(jì)算及施工精心組織，小厚度一次封底成功，避免了水下爆破作業(yè)，使鋼筋混凝土梁理論在封底中得到了較好的應(yīng)用，為后續(xù)類(lèi)似工程施工積累了一定經(jīng)驗(yàn)。

圖7　抽水后現(xiàn)場(chǎng)照片

[1]藺伯華，楊廣林，編.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu).中國(guó)鐵道出版社，2011.

[2]殷萬(wàn)壽，編.深水基礎(chǔ)工程（第二版）.中國(guó)鐵道出版社，2003.

U445.55+6

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1673-0038（2015）12-0209-03

2015-3-2