沙田赣江特大桥深水围堰小厚度加筋混凝土封底设计与施工技术

2015-10-31秦洪杰

建材与装饰 2015年12期

关键词：赣江钢护筒工字钢

秦洪杰

（中铁十七局集团第六工程有限公司）

沙田赣江特大桥深水围堰小厚度加筋混凝土封底设计与施工技术

秦洪杰

（中铁十七局集团第六工程有限公司）

沙田赣江特大桥跨江段部分桥墩处河床基岩面高、覆盖层薄、封底厚度不足，又不能进行水下爆破作业的情况下，如何解决小厚度一次封底成功，确保水下基础施工安全。在充分结合施工期桥址处水文、地质情况，大胆提出减少封底混凝土厚度，在各钢护筒之间加设约束梁，有效解决了河床基岩面高、覆盖层薄、封底厚度不足等一系列问题。本文以15#墩为例，介绍了小厚度加筋封底混凝土Midas/civil仿真计算及施工方法，以作类似工程施工参考。

基岩面高；覆盖层薄；小厚度；加筋混凝土；封底；设计与施工技术

1　工程概况

沙田赣江特大桥跨江段14#～35#共22个墩台为水上基础，按照施工水位14m计算，承台底以上水深在7～11m，设计采用钻孔桩，桩径2.0m，承台均为低桩承台，16#～20#为主墩，基础承台尺寸为14m×20.16m×4m，有12根φ2.0m钻孔桩，桩长24～25m；两侧引桥承台尺寸为10.5（10、11）m×15.3m×3m，8根φ2.0m钻孔桩，桩长16～25m。承台均为低桩承台，墩身采用圆端型实体墩身。

桥址处赣江水文情况：H1/300=25.87m、H1/100=25.24m、H1/20= 23.44m、Q1/100=25600m3/s、V1/100=1.15m/s，施工时正处于枯水期，施工水位确定为14m。赣江的降雨多集中在4～6月，具有雨量集中，强度大，多暴雨特点。枯水期一般在12月～次年3月，共4个月。

赣江河床基岩面相对较平坦，上覆砂层受长期采砂影响，高低变化较大，从河床面自上而下依次为：砂砾[σ]=120～200kPa；强风化岩[σ]=300kPa；弱风化岩[σ]=400kPa。河床表面覆盖层薄，最薄处仅60cm砂层，下伏就是弱风化泥质砂岩。

其中15#桥墩承台为矩形承台，外形尺寸为15.3m×10.5m× 3m，8根φ2.0m的钻孔灌注桩基础，桩长25m，采用矩形双壁钢围堰先桩后堰法施工。承台底标高为7.71m，初探W3岩面标高为4.92m，原设计封底混凝土厚度为2.5m。实际施工中，W3岩面标高为6.1m，封底混凝土厚度为1.6m。

2　处理方案

在各钢护筒之间设置约束梁（工字钢）。在水平方向上：每相连的两个钢护筒之间各设置2根工字钢，2根工字钢以每相连的两个钢护筒中心线为对称轴，内翼缘板边缘相距10cm；在竖直方向上：工字钢顶面在承台底标高以下10cm处（具体见图1封底混凝土加筋图）。

3　封底混凝土强度检算

3.1主要计算参数

按施工水位14m考虑，双壁钢围堰刃脚标高为6.1m，承台底标高为7.71m，封底混凝土厚度为1.6m。

双壁钢围堰封底混凝土C20，弯曲压应力[σw]=6.7MPa，弯曲拉应力[σwL]=0.4MPa，粘结力[C]=0.67MPa，混凝土的比重取γc= 24kN/m3。

图1　封底混凝土加筋图

3.2封底混凝土检算

在各钢护筒之间设置约束梁，各护筒间视为钢筋混凝土梁，桩基布置具有对称规则性及出于安全性考虑，取730cm×605cm板块简化计算（未考虑板块中间护筒及约束梁影响因素），封底混凝土视为钢筋混凝土梁四面固结板（1.6m×6.05m×7.3m）的计算模型，采用MIDAS/civil仿真计算。

3.3封底混凝土荷载

封底混凝土在双壁钢围堰封底后，围堰内水抽干时，为最不利受力工况。

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

3.4封底混凝土整体抗浮性计算

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封底混凝土与桩身的粘结力：

（8×2×3.14）×1.6×0.67=5385t

上浮力<混凝土自重+粘结力（符合要求）。

3.5强度检算

图2　封底混凝土模型图

图3　封底混凝土应力图

输出：FZ（tonf）如表1。

表1　长边方向（短边不控制）

3.6计算结果与分析

计算结果汇总如表2（变形单位：mm，应力单位：MPa，反力单位：t）。

表2　

封底混凝土应力σmax=0.177MPa<[σwl]=0.4MPa（符合要求）。约束反力梁的选用：

计算模型如图4（长度单位：m，荷载单位：t）。

图4　

弯矩图如5（弯矩单位：t·m）。

图5　

约束梁选用2I18，封底混凝土与约束梁视为钢筋混凝土梁（断面如图6所示）。

图6　

4　加筋封底混凝土施工

4.1约束梁制造安装

约束梁采用18号工字钢，按照设计尺寸下料；套箍采用10mm钢板卷制，直径比钢护筒大20cm、便于调节钢护筒之间施工误差，高度采用20cm、留焊接空间即可。约束梁与套箍之间按“封底混凝土加筋图”之间的相互位置整体焊接成型，做到焊缝饱满、曲线圆滑过渡。先在钢护筒侧向距水面50cm位置焊接支撑槽钢，用吊装机械将焊接成型的约束梁整体吊装落孔就位于支撑槽钢上，之后在套箍及钢护筒上分别焊接牛腿，安装精扎螺纹钢吊杆，利用吊杆体系将焊接成型的约束梁整体上升脱离支撑槽钢，割除支撑槽钢，缓慢下放约束梁至目标位置。为了防止封底混凝土浇筑时约束梁下沉或上浮，需在每个牛腿上下侧各安装一个螺帽，对吊杆进行限位，此时吊杆起吊筋作用。

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动性，具有自流平、自密实的特点。通过多种配合比的比选和优化，具体性能指标如下：

（1）塌落度22±2cm；

（2）初凝时间28h；

（3）成型坡度1：4；

（4）自流半径≥4m。

4.2.2封底混凝土浇筑

约束梁安装到位后，在围堰平台面上设置水下封底混凝土施工平台，准备就绪后进行封底混凝土作业，分仓浇注，混凝土浇筑采用φ273mm垂直导管水下浇筑，混凝土由拌合站集中供应。封底混凝土浇注面积大，且水位较深，为保证质量，采用多管两点同时浇筑。为排出围堰内封底混凝土置换出的水量，采用在围堰侧板上部开口或用水泵抽水的方式。

矩形钢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计算，共需混凝土300m3。围堰内净面积187m2，每根导管作用半径为4m，共需要4根导管，受约束梁分隔影响，考虑到构造需要，共布置7根导管。

4.2.3封底混凝土高程监控

浇筑过程必须加强监测，控制混凝土浇筑高度，同时掌握混凝土扩散情况，为导管浇筑提供依据。

为了加强封底混凝土高程控制，每10min对各测点进行监控测量，每1h将各测点数值在相应的施工控制断面图中反应，以较全面的分析各区浇筑情况。

要求封底混凝土的顶面控制在距承台底面以下0～10cm处，不平处待抽干水后用砂浆垫层找平。严格控制超高，混凝土浇筑较高的点如导管附近，超过封底混凝土的设计高程不宜太多，否则将增加封底混凝土凿平工作量。

混凝土浇筑临近结束时，全面测出混凝土顶面高程，重点监测导管作业半径相交处、护筒周边、钢套箱内侧周边，根据结果对高程偏低的测点附近移位导管增加浇筑量，力求混凝土顶面平整，并保证混凝土的厚度达到要求。当所有测点符合要求后，终止混凝土浇筑，上拨导管，冲洗堆放。