箱涵逆作法施工技術在溪源泄洪洞工程中的應用分析

林國強

(福建省江海工程管理有限公司，福建 福州 350003)

1 工程概況

福州地區大學新校區防洪排澇體系新建溪源泄洪洞線路全長7.396 km，主要工程內容包括區段范圍內的進水口、隧洞段、淺埋式鋼管段和出水建筑物等。進水口位于溪源水庫大壩左岸上游約300 m，出水建筑物位于竹岐蘇洋村附近，溪源泄洪洞的工程任務是排洪。泄洪洞設計流量310 m3/s，最大靜水頭106.72 m。洞式進水口前布置明渠段，泄洪洞隧洞段水平長約6572.6 m，斷面為圓形，內徑6.6 m，襯砌鋼筋混凝土厚0.35 m；淺埋式鋼管段水平長約510.5 m，內徑6.0 m，鋼襯厚0.026 m，回填混凝土厚1.0 m；出口工作閘室段水平長28 m，泄洪洞總水平長7111.1 m。在進水口下游約100 m隧洞處布置事故檢修閘門井，平板閘門孔口尺寸6 m×6 m；在出口工作閘室段布置工作弧形門，孔口尺寸4.20 m×5.35 m，后接出口挑流泄槽，下游為消力池及與閩江連接的明渠段；在隧洞段出口附近布置4 m×4 m的檢修井，檢修井中布置抽水泵、控制閥及進人孔；在泄洪洞出口附近布置管理樓和連接道路等,箱涵從西棟安置房中間過道下方穿過，為不影響交房，箱涵應提前做好覆土[1-3]。

2 箱涵逆作法施工技術應用

2.1 箱涵逆作法施工流程

開挖至箱涵頂板并將頂板以上的支撐系統完成→頂板的位置放樣→頂板與地連墻接角面鑿毛→鉆孔→整理頂板底面場地→植筋→頂板鋼筋制安→模板制安→驗倉→澆筑并預留出通往側墻的喂料口→養護及進入下一循環→所有頂板完成→從箱涵口由外而入一期開挖→箱涵一期底板施工→箱涵側墻施工→箱涵頂部覆土→箱涵內二期實施短進尺開挖→箱涵內實施二期底板及側墻→不斷循環至箱涵結構工程全部完成。

2.2 箱涵逆作法施工關鍵要點

逆作法的目的是提前完成箱涵頂部結構，為箱涵頂部覆土創造條件，實在是為了確保安置房交房才提出的工法，關鍵的要點如下：

(1)對頂板植筋進行驗算是否滿足要求[4]。

(2)箱涵內部開挖應分成二期：①一期開挖因為箱涵頂板上部無覆土，初期可采取由外而內先實施底板再實施側墻的方式，通過嘗試性開挖并加大安全監測頻次，如嘗試過程中通過安全監測體系反映的數據判定結構穩定，視實情可采取增加臨時支撐直接開挖到適當的樁號(利用箱涵底部的CFG樁及旋噴樁形成樁群對地連墻形成的約束力)，從該樁號由內而外實施底板及側墻工程，這樣可進一步加快進度；②箱涵內部二期開挖由于安置房要求移交而不得不實施箱涵頂部覆土，二期開挖及結構施工均只能采取短進尺結合臨時支撐的方式實施。

2.3 頂板擬采用的植筋方案

(1)錨固部位的原構件混凝土不得有局部缺陷。若有局部缺陷，應先進行補強或加固處理后再植筋；植筋前應對原混凝土面層鑿毛、清理，植筋鋼筋除銹，并對鋼筋和鉆孔用丙酮清洗。

(2)確保植筋用的鋼筋質量和規格符合要求，植筋的直徑采用28 mm(HRB400鋼筋)，對應鉆孔直徑為35 mm，間距為200 mm，分上下兩排，植筋入地連墻深度為750 mm；為保證植筋與箱涵頂板下部和上部鋼筋(即5號和6號鋼筋)焊接時接頭錯開，植筋外露部分可取長度750 mm和1050 mm，對應植筋總長度為1.5 m和1.8 m，焊接時焊點距地連墻表面450 mm。

(3)植筋用膠粘劑應采用改性環氧類結構膠粘劑或改性乙烯基酯類結構膠粘劑，同時應采用A級膠。

(4)考慮永久結構受力，箱涵頂板5號和6號鋼筋，鋼筋型式長度不能改變，尤其是兩端的錨固型式不變。

(5)為保證澆筑邊墻時，邊墻豎向鋼筋與預留鋼筋焊接范圍不在受力復雜的箱涵貼角部位，要求原邊墻7號和8號鋼筋，預埋長度為2.8 m，入砂層達到2 m。

2.4 錨筋受力驗算

箱涵頂板厚度800 mm，跨度8000 mm，擬按長度30 m為1個施工倉，計算取長度30 m為1個計算單元，計算單元的箱涵頂板自重為489.80 t，植筋采用直徑28 mm(HRB400鋼筋)，植入地連墻750 mm，外露750～1050 mm，鉆孔直徑35 mm，計算單元總共布置300根，分上、下兩排布置。箱涵頂板重量為593.75 t，加上施工可能產生的活載疊加后按800.00 t計算，箱涵斷面具體尺寸關系見圖1。

圖1 淺埋鋼管段箱涵通道橫剖面(單位：mm)

2.5 驗算成果分析

2.5.1 驗算成果1

按《混凝土結構后錨固技術規程》(JGJ 145—2013)得到驗算成果如下：

單根植筋的錨固承載力應符合下列式(1)和式(2)：

(1)

Ld≥ΨNΨaels

(2)

植筋的基本錨固深度ls應按式(3)計算：

ls=0.2asptdfy/fbd

(3)

式中：aspt為防止混凝土劈裂引用的計算系數，取aspt=1.1；d為鋼筋公稱直徑,mm；fbd為植筋用膠粘劑的黏結抗剪強度值,N/mm2,查表得fbd=4.5。

2.5.2 驗算成果2

按《巖土錨桿(索)技術規程》(CECS22:2005)得到驗算成果如下：

(1)植筋承載力。植筋垂直拉力設計值為26.7 kN。

(2)錨桿安全系數。依照規程CECS22:2005要求，植筋錨固體抗拔安全系數K按照危害等級和使用年限選取，根據現場實際情況，選取安全等級Ⅰ，臨時使用，取1.8；錨桿桿體抗拔安全系數K1按照桿體材料和使用年限選取，選HRB400，臨時使用，取1.4。

(3)錨桿截面面積計算。鋼筋抗拉強度標準值為36 MPa，鋼筋截面積為103.83 mm2,選用直徑28 mm鋼筋符合要求。

(4)錨桿錨固段長度計算。錨固段長度按式(4)、式(5)計算，取較大值。

(4)

(5)

式中：La為錨桿錨固段長度，m；N1為植筋承載力，為26.7 kN；fmg為錨固段注漿體與混凝土層黏結強度標準值，取1000 kPa；fmg為錨固段注漿體與桿體黏結強度標準值，取1500 kPa；D為錨桿錨固段鉆孔尺寸，取35 mm；d為錨桿直徑，取28 mm。ε為界面的黏結強度降低系數，取1；ψ為錨固長度對黏結強度的影響影響系數，取1；n為鋼筋根數，為1根。

經計算La=0.437 m或0.364 m，選取錨桿長度1500～1800 mm，錨固長度750 mm。故采用直徑28 mm長度1500～1800 mm的HRB400鋼筋，錨固長度750 mm，能滿足要求。

2.6 箱涵逆作法施工效果

為確保安置房及時交付，溪源泄洪洞安置房段樁號XHD6+566.272～6+822.572段變更增加箱涵工程。逆作法引入箱涵工程中，主要優勢可歸納如下：(1)有利于快速恢復交通，減小對周邊環境的影響；(2)有利于縮短工期，有效應對工期緊張的情況；(3)有利于保障施工安全，減少明挖法高空作業安全風險；(4)有利于成本控制，減少了模板、腳手架等材料的投入；(5)有利于實踐綠色施工，在節材、節地等方面表現較好。

本項目箱涵工程工期緊且施工難度較大，通過逆作法施工確保將作業面及時交付安置房相關單位，保證項目順利完成。

3 結 語

在箱涵工程施工中，逆作法的運用從根本上改善了基坑開挖條件，將傳統的一次性大面積開挖施工，轉變為有層次、分階段的小面積開挖，在工期、安全及成本等方面均有著顯著優勢。在溪源泄洪洞工程中，箱涵逆作法施工技術的運用取得了較好的效果，有效加快了施工速度，作業面及時交付安置房相關單位，保證了安置房項目的順利實施。