張剛宜

(中國(guó)路橋集團(tuán)西安實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司,陜西 西安 710075)

0 前 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,各種基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)如火如荼。與此同時(shí),大量橋梁被應(yīng)用于跨越各種障礙物的工程中,深水基礎(chǔ)被應(yīng)用于眾多橋梁工程中,因其存在周期長(zhǎng)、施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)性高等缺點(diǎn),不可避免地成為影響橋梁施工的重要因素[1-3]。因而,研究深水基礎(chǔ)便顯得非常有意義。

沉箱基礎(chǔ)是修筑橋梁墩臺(tái)及其他構(gòu)筑物的一種深基礎(chǔ)形式,一般由頂蓋及側(cè)壁組成[4-5]。實(shí)際工程中,沉箱基礎(chǔ)施工存在模板支設(shè)效率低、沉箱自重大、大型混凝土沉箱養(yǎng)護(hù)不佳、封底施工標(biāo)高難以控制等不足[6-9]。

本文以福建省道201線羅源縣碧里至鑒江工程實(shí)際背景為依托,對(duì)大型沉箱施工技術(shù)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新,采用定型化可回收重復(fù)利用式單壁側(cè)板結(jié)構(gòu),提出了綜合養(yǎng)護(hù)方案,采用定型化設(shè)備同步測(cè)量封底頂面標(biāo)高，形成了一整套內(nèi)置臨時(shí)橫隔墻混凝土封底大型沉箱施工技術(shù)。

1 工程概況

福建省道201線羅源碧里至鑒江段公路項(xiàng)目起點(diǎn)(K0+000)位于羅源縣碧里鄉(xiāng),接獅歧疏港公路,終于羅源縣鑒江鎮(zhèn),重點(diǎn)接擬建的省道201線線羅源鑒江至寧德城澳公路段,路線走向由東南向西北方向,全線隧道5 736 m/2座,橋梁2 468.34 m/8座,共計(jì)樁基293根,薄壁空心墩18個(gè),空心板250片、T梁397片,涵洞727.96 m/24道等。

2 技術(shù)原理

內(nèi)置臨時(shí)橫隔墻混凝土封底大型沉箱施工工法的原理是通過(guò)對(duì)鋼吊箱水中承臺(tái)施工技術(shù)展開(kāi)研究,提出大型鋼吊箱結(jié)構(gòu)利用控制抽水潮位確定沉箱設(shè)計(jì),采用定型化可回收重復(fù)利用式單壁側(cè)板結(jié)構(gòu),沉箱采用混凝土底板結(jié)合支吊系統(tǒng)承載封底混凝土以及沉箱自重。對(duì)大體積混凝土承臺(tái)養(yǎng)護(hù)方法展開(kāi)研究,分析不同養(yǎng)護(hù)方式對(duì)混凝土承臺(tái)溫度場(chǎng)的影響,提出綜合養(yǎng)護(hù)方案,并建立養(yǎng)護(hù)方案模型；混凝土封底采用平潮不離析混凝土技術(shù),內(nèi)置臨時(shí)橫向隔墻,由吊箱兩側(cè)同時(shí)封底施工,采用定型化設(shè)備同步測(cè)量封底頂面標(biāo)高。

3 工藝流程與操作要點(diǎn)

3.1 工藝流程(見(jiàn)圖1)

圖1 施工工藝流程圖

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 沉箱設(shè)計(jì)

承臺(tái)設(shè)計(jì)尺寸為12 m×20 m×4.0 m,承臺(tái)頂標(biāo)高為287.474 m,承臺(tái)底標(biāo)高為283.474 m,另外考慮到封底混凝土厚度,開(kāi)挖深度達(dá)5.1 m。沉箱尺寸為21.4 m×13.4 m,壁厚0.60 m,高度4.5 m。在沉箱間設(shè)橫隔梁,內(nèi)角設(shè)置倒角。

3.2.2 刃腳構(gòu)造

刃腳設(shè)計(jì)高為40 cm,底部踏面寬20 cm,底部利用角鋼包邊,并設(shè)加強(qiáng)筋。

3.2.3 下沉系數(shù)及穩(wěn)定系數(shù)驗(yàn)算

對(duì)下沉系數(shù)及穩(wěn)定系數(shù)的驗(yàn)算如下：

K1=(G-B1)/T

K2=(G-B1)/(T+R1+R2)

式中，G為沉箱自重551.5 t=5515 kN；B1為地下水浮力,當(dāng)采用排水下沉?xí)r為0；T為井壁總摩阻力；R1為刃腳踏面及背面的支撐力；R2為隔墻下土的承載力。

其中,R1=U0(C+N/2)Rf,式中：U0=69.6 m,C=0.2 m,N=0.4 m,Rf=500 kN/m2。

R2=A×Rf,式中：A=7.2 m2(隔墻寬度0.6 cm、長(zhǎng)12.11 m)。

沉箱按下沉2.5 m計(jì)算,下沉表面積為174 m2(S=(13.4+21.4)×2×2.5=174 m2),則沉箱表面摩阻力T=25 kPa×174 m2=25 kN/m2×174 m2=4350 kN。

由此,得：

K1=(G-B1)/T=(5515 kN-0)/4350 kN=1.27>1.25(沉箱重力應(yīng)大于土的表面摩阻力25%)；

R1=U0(C+N/2)Rf=69.6 m×(0.2 m+0.4 m/2)×500 kN/m2=13920 kN；

R2=A×Rf=7.2 m2×500 kN/m2=3600 kN；

K2=(G-B1)/(T+R1+R2)=5515/(4350+13920+3600)=0.252<1,沉箱穩(wěn)定性滿足要求。

3.2.4 沉箱的制作

在平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)制作沉箱前,先進(jìn)行場(chǎng)地處理。施工時(shí)按設(shè)計(jì)尺寸放線挖槽,安裝刃腳角鋼、鋼筋及模板。箱體混凝土澆筑應(yīng)做好防止混凝土面因高低相差懸殊而產(chǎn)生不均勻沉降的澆筑措施,可通過(guò)對(duì)稱澆筑法,并采用定型化組合鋼模板來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.2.5 沉箱下沉施工

1)涌水量計(jì)算。

沉箱涌水量計(jì)算：

Q=F1q1+F2q2

式中，沉箱底面積F1=286 m2,沉箱底面每平米的滲水量q1=5 m3/h；沉箱側(cè)面積(按下沉2.5 m深度計(jì)算)F2=169 m2,沉箱側(cè)面每平米的滲水量q2=5%q1。

從而,沉箱下沉?xí)r最大涌水量Q=286×5+169×5%×5=1472.25 m3；

沉箱下沉到位時(shí)箱內(nèi)涌水量Q=286×2.5=715 m3。

2)抽水設(shè)備(見(jiàn)表1)。

表1 抽水設(shè)備選型及參數(shù)

3)下沉施工。土方開(kāi)挖采用分層法,對(duì)稱開(kāi)挖各刃腳下土方,以達(dá)到沉箱基礎(chǔ)的平穩(wěn)下沉。若下沉過(guò)程中遇到巖石等硬質(zhì)障礙物時(shí),宜設(shè)置墊塊以方便取出障礙物。

4)下沉糾偏方法。沉箱下沉應(yīng)盡量減少偏斜,若出現(xiàn)明顯偏斜時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取有效的糾偏措施。

3.2.6 清底與封底

及時(shí)對(duì)巖面和淤泥進(jìn)行清除,封底采用C25混凝土,厚度40 cm,封底從未設(shè)集水坑的一側(cè)開(kāi)始向集水坑側(cè)澆筑,將積水趕至集水坑后排出,完成全部混凝土澆筑。封底混凝土盡量連續(xù)澆筑,確保封底混凝土無(wú)施工縫存在。排水結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 排水結(jié)構(gòu)示意圖

4 優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

1)采用定型化可回收重復(fù)利用單壁式側(cè)板結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)側(cè)板的重復(fù)利用,有效節(jié)約了資源,避免了不必要的浪費(fèi)。

2)對(duì)大體積混凝土承臺(tái)養(yǎng)護(hù)方法采用綜合養(yǎng)護(hù)方案,并建立養(yǎng)護(hù)方案模型,顯著提高了承臺(tái)養(yǎng)護(hù)質(zhì)量,明顯提升了養(yǎng)護(hù)施工效率。

3)內(nèi)置臨時(shí)橫向隔墻,由吊箱兩側(cè)同時(shí)封底施工,采用定型化設(shè)備同步測(cè)量封底頂面標(biāo)高,有效保證了封底施工質(zhì)量。

4)采用混凝土底板結(jié)合支吊系統(tǒng)承載封底混凝土以及吊箱自重,有效保證了施工的安全性。

5)沉箱下沉采用組合式吊裝設(shè)備,有效提高安裝的安全性、質(zhì)量與速度。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合福建省道201線羅源縣碧里至鑒江工程,提出的內(nèi)置臨時(shí)橫隔墻混凝土封底大型沉箱施工技術(shù)有效提高了承臺(tái)養(yǎng)護(hù)施工質(zhì)量,保證了封底施工質(zhì)量,確保了施工安全性,降低了施工成本。本技術(shù)能充分發(fā)揮應(yīng)用優(yōu)勢(shì),對(duì)類似工程具有較好的推廣應(yīng)用前景。

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