雙壁鋼圍堰封底混凝土設(shè)計及施工技術(shù)

1 工程概況

京滬高鐵跨越秦淮新河時采用4座（60.75+100+60.75）m大跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)同時跨越，形成橫向?qū)挾?20 m的龐大橋群。水中墩共計8座，結(jié)構(gòu)形式均相同，每個墩布置21根端承樁，樁徑φ1.5m，承臺底標(biāo)高均位于常水位下13～15m。承臺由2部分組成，底部承臺為圓形，直徑為φ17.4m、高4m；頂部承臺高3m，平面尺寸較為復(fù)雜，底部為φ11m圓形，頂部為φ5.8m的直線圓端形。承臺底部均位于河床底圓礫土內(nèi)。

承臺均采用圓形雙壁鋼圍堰，鋼圍堰外徑為22.8 m，內(nèi)徑為 20.4m，壁厚 1.0m。

2 封底混凝土厚度設(shè)計

考慮施工期水位，初步擬定封底混凝土采用2.5m厚C25混凝土，設(shè)計施工水位距封底混凝土底部17.5m。

2.1 工況選擇及載荷取值

封底混凝土厚度計算以雙壁鋼圍堰水下封底完成并達到設(shè)計強度，圍堰內(nèi)抽水完成作為計算工況，此時封底混凝土承受的靜水向上壓力最大，為17.5×10=175（kPa）。

2.2 封底混凝土計算模型

將封底混凝土與雙壁鋼圍堰內(nèi)壁接觸面以及封底混凝土與樁基接觸面均按鉸接模擬，見圖1。

圖1 計算模型

2.3 封底混凝土計算結(jié)果

1）軸向應(yīng)力。σXXmax=0.228 MPa，σYYmax=0.247 MPa，σZZmax=0.147MPa。

2）剪應(yīng)力。τXYmax=0.138 MPa，τYZmax=0.249 MPa，τXZmax=0.308MPa。

3）主應(yīng)力。σ1=0.351 MPa，σ2=0.18 MPa，σ3=0.361 MPa。

通過上述計算分析，最大應(yīng)力均遠小于C25混凝土的抗拉強度設(shè)計值1.27MPa，采用2.5m厚C25混凝土作為封底混凝土能滿足受力要求。

3 封底混凝土施工時的導(dǎo)管布置

采用φ300mm、壁厚10mm的無縫鋼管作為水下混凝土灌注導(dǎo)管，根據(jù)規(guī)范查得導(dǎo)管作用半徑為2.2m，長度根據(jù)布點處實測距離確定，導(dǎo)管底口離基面約20～30 cm。

3.1 單根導(dǎo)管首批混凝土方量

首批混凝土方量V=h1πd2/4+Hc·πR2/3

式中：R為導(dǎo)管作用半徑，取2.2m；d為導(dǎo)管直徑，取300mm；Hc為首批混凝土灌注高度，按0.8m考慮（導(dǎo)管埋深0.6m）；h1為鋼圍堰內(nèi)混凝土高度達到Hc時導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱需要的高度，m。

h1=Hw×γw/rc=Hw/2.4=5.0m

式中：γw為鋼圍堰內(nèi)水的重度，為10 kN/m3，rc為混凝土拌和物重度，按24 kN/m3取值；Hw為鋼圍堰內(nèi)水面至封底混凝土底高度，取12m。

計算得V=4.4m3，選用5m3容積的集料斗。

3.2 導(dǎo)管及測點布置

綜合考慮鋼護筒對封底混凝土擴散的不利影響，按照每個布料點作用半徑布置混凝土導(dǎo)管，見圖2，導(dǎo)管間距3m左右。為控制封底混凝土的標(biāo)高，在導(dǎo)管之間和鋼圍堰內(nèi)邊沿布設(shè)測點。

圖2 封底混凝土導(dǎo)管及測點布置

4 封底混凝土的拌制與運輸

封底混凝土供應(yīng)由項目自建的攪拌站負責(zé)，混凝土運輸罐車運至現(xiàn)場后采用汽車泵澆筑。

泵車及混凝土運輸罐車需用量：混凝土輸送泵車需2輛；每輛輸送泵需配備攪拌運輸車3輛，共需6輛。

5 封底混凝土澆筑

圍堰基地清理完成并經(jīng)檢驗合格后方可進行封底混凝土澆筑，封底混凝土采用C25水下混凝土，封底厚度為2.5m，總量為724m3。由于混凝土一次連續(xù)澆筑方量大，連續(xù)澆筑時間長，為滿足封底混凝土布料要求，封底混凝土塌落度控制在18～20 cm，初凝時間控制在8 h以上。采用2臺120m3/h拌和設(shè)備集中拌制后，由8輛混凝土罐車運至現(xiàn)場（2輛為備用），汽車輸送泵澆筑。

從實際出發(fā)，封底混凝土澆筑時不可能采用全斷面灌注，為使基底在同一水平面上普遍勻速上升，封底混凝土澆筑時采用分層往復(fù)的方式進行，澆筑順序為先低處后高處（先將低處混凝土灌高，避免高處導(dǎo)管灌注的混凝土往低處流，使導(dǎo)管底口脫空或埋在混凝土內(nèi)的深度過小，造成導(dǎo)管進水），先周邊后中間，確保混凝土面保持在大致相同的標(biāo)高。

在混凝土灌注過程中，由專人負責(zé)測量混凝土堆高和擴展情況并在導(dǎo)管附近掛上標(biāo)識牌以正確指揮施工人員調(diào)整導(dǎo)管埋深并及時與試驗室取得聯(lián)系進行坍落度的調(diào)整，使每批混凝土灌注后形成適宜的堆高和不陡于1∶5的流動坡度。

混凝土灌注將近結(jié)束時，適當(dāng)加大混凝土的坍落度和導(dǎo)管埋深，使混凝土均勻地擴展，并形成較平坦的表面。

6 結(jié)語

1）在設(shè)計封底混凝土的配合比時，需注意滿足自密實和自流平混凝土的性能要求。

2）因封底混凝土與鋼圍堰及護筒接觸處在受力分析時假定為約束，故封底混凝土澆筑前，應(yīng)重點對護筒及鋼圍堰內(nèi)側(cè)上的附著物進行清理，尤其是要注意附著泥土的清理效果。

3）封底混凝土澆筑過程中要勤量測、勤計算，及時、準(zhǔn)確掌握封底混凝土澆筑的真實情況，便于調(diào)整混凝土的澆筑位置。

4）混凝土澆筑臨近結(jié)束時應(yīng)全面測出混凝土面標(biāo)高，重點測量導(dǎo)管作用半徑相交處、護筒周邊，鋼圍堰內(nèi)側(cè)周邊轉(zhuǎn)角等部位，根據(jù)結(jié)果對標(biāo)高偏低的測點附近增加澆筑量，力求封底混凝土頂面平整并保證封底厚度達到要求，當(dāng)所有測點均符合要求后，終止混凝土澆筑，上拔導(dǎo)管，沖洗堆放。

［1］JTGTF 50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JTGD63—2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］袁聚云，李鏡培，樓曉明.基礎(chǔ)工程設(shè)計原理［M］.上海：同濟大學(xué)出版社，2007.

［4］張鳳翔，傅德明，張冠軍.沉井與沉箱［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［5］交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊——橋涵［M］.北京：人民交通出版社，2000.

［6］周水興，何兆益，鄒毅松，等.路橋施工計算手冊［M］.北京：人民交通出版社，2001.