大型地下箱涵的围护设计及施工*

2015-09-18

建筑施工 2015年3期

关键词：拉森箱涵垫层

上海建工二建集团有限公司上海 200080

1 工程概况

1.1 新建箱涵概况

昆山市中环快速化改造工程E-Ⅱ标段三星电机厂（下称三星厂）门口原河道（FMK6+410～MK6+740）向东改移4 m，需新建门口箱涵。

新建箱涵长42 m，分为2 孔，每孔宽4 m，基础开挖深为4.7 m（箱涵顶面至坑底深度），结构采用C30钢筋混凝土，基础下采用厚50 cm砾石砂加固。

由于新建箱涵东侧边距离三星厂门卫外墙为3.5 m，对基坑围护结构要求较高，为确保三星厂门卫在施工期间的安全，东侧拟采用12 m拉森钢板桩，西侧采用长9 m普通钢板桩围护加2 道钢围檩支撑（首层支撑为双拼400 mm×400 mm H型钢支撑、2 层支撑为φ609 mm钢管柱支撑）施工方案，如图1所示。

图1 三星厂箱涵围护平面

1.2 主要施工技术难点

1.2.1 深基坑施工对邻近建筑物和管线的影响

整个基坑长约50 m，宽约11.5 m，开挖深4.7 m，基坑东侧2 m处有一φ1 000 mm给水管，东侧3.5 m处是三星厂门卫室，且基坑东西侧均需保证道路通畅，如此复杂的环境一次性开挖后，土体卸载后极易造成基坑变形，基坑变形对周边环境影响将非常大，尤其是紧邻的建筑物和管线，一旦施工对建筑物或管线造成破坏，后果将不堪设想，因此保证邻近建筑物和管线的安全是此项工程的重中之重[1]。

1.2.2 需在汛期前完成，工期紧

本工程需断流施工，所以务必在汛期前施工完成并通水，否则对昆山市水网将造成较大压力。

1.2.3 需保证三星厂员工正常通行

本工程施工期间，需保证三星厂员工正常通行，需在新建箱涵南侧老河道上新建一条横穿河道的人非通道，这对施工安全以及施工组织安排上提出了较高的要求。

2 主要施工技术措施

2.1 三星厂出入口设置

施工箱涵前，先在新建箱涵南侧15 m处设置1 条顶宽2.5 m的人非通道，便于厂内人员进出。便道设置为东西走向，横跨原有河浜，人非通道采用厚15 cm混凝土面层，厚5 cm碎石垫层，下面用素土填筑并夯实。

2.2 三星厂箱涵围护

箱涵结构采取整体一次性实施，围护结构采取整体封闭施工[2]。钢板桩施工前在现有地面开槽，沉桩后钢板桩顶标高与现场地面保持平齐。同时在箱涵东侧有一三星厂门卫房，距离箱涵基础边3.5 m，为确保箱涵施工期间三星厂门卫室的安全，东侧需用长12 m的拉森钢板桩（SKSP-Ⅳ型）进行围护，西侧用32b#长9 m钢板桩围护，并用400 mm×400 mm H型钢围檩及支撑（首层支撑400 mm×400 mm H型钢，2 层支撑φ609 mm钢管柱）。箱涵支撑在开挖前设置第1道，第1道支撑顶高程为2.5 m，因西侧钢板桩是在老箱涵破碎后才打入的，因此边钢板桩外面为空缺部分，所以待第1道支撑撑好以后，将西侧钢板桩外的空当部分填土密实后再开挖基坑，确保钢板桩围护牢固，第2道支撑在开挖后及时支撑（图2）。

图2 三星厂箱涵施工断面

2.3 老箱涵拆除

箱涵破除前需在东侧拉森钢板桩打设以后方可施工，老箱涵采用镐头机破除，先破除箱体顶板，清除箱体内淤泥，然后对需打设西侧钢板桩部位的老箱涵基础进行破除，待西侧钢板桩打设完成以后，对上部进行支撑，破除钢板桩围护内的老箱涵并挖除。

3 实施过程

3.1 拉森钢板桩围护材料选择

3.1.1 长12 m拉森钢板桩入土深度及钢板桩长度计算

因开挖深度为4.7 m，为确保基坑稳定及三星厂门卫安全，东侧钢板桩采用长12 m的拉森钢板桩（SKSP-Ⅳ型），围檩采用400 mm×400 mm H型钢及2 道支撑（首层双拼400 mm×400 mm H型钢，2 层φ609 mm钢管柱撑）。地面荷载q=1 kPa，拉森钢板桩的抵抗矩W=2 043 cm3，应力σ=205 MPa。

钢板桩穿过厚4 440 mm的黏土，进入粉土层7 560 mm。黏土层重度为17.2 kN/m3，内摩擦角为9.2°，内聚力为13.3 kPa，粉土层重度为17.9 kN/m3，内摩擦角为12.6°，内聚力为14.8 kPa。

经计算，东侧长12 m拉森钢板桩符合要求。

3.1.2 长9 m钢板桩入土深度及钢板桩长度计算

因开挖深度为4.7 m，西侧采用长9 m 32b#槽钢钢板桩围护。地面荷载q=10 kPa，32b#槽钢钢板桩的W=503.55 cm3，σ=205 MPa。

经计算，西侧钢板桩长度可选9 m。

3.1.3 钢板桩支撑验算

1）经计算，400 mm×400 mm H型钢支撑验算合格。

2）经计算，φ609 mm×14 mm钢管柱支撑验算合格。

3.1.4 二道支撑拆除换撑验算

经计算，二道支撑拆除换撑验算合格。

3.1.5 钢筋选择

经计算，确定钢筋截面积及配筋。

3.1.6 跨中挠度计算

经计算，跨中挠度计算合格。

3.2 整体稳定性、坑底抗隆起、抗倾覆验算

基坑开挖深为4.7 m，采用板桩作围护结构，桩长为9 m，桩顶标高为1.5 m。计算时考虑地面超载10 kPa。

经计算，整体稳定性、坑底抗隆起、抗倾覆均符合要求。

3.3 测量及开挖施工

复核设计道路中线，施工过程中根据断面对箱涵中心线进行测量放样，报监理工程师复测后，开挖工作采用人工配合挖掘机进行，先用挖掘机沿开坑线挖至基底设计标高上20 cm，然后用人工将剩余部分清理至基底设计标高，并整平[3]。

根据设计图纸，箱涵基层宽9.11 m，垫层宽9.51 m，因此开挖宽度控制在11.5 m，采用长12 m拉森钢板桩围护施工。

3.4 基层施工

根据设计，箱涵底部基层为50 cm砂砾垫层+10 cm C20素混凝土垫层。在开挖、整平工作完成后，随即进行垫层施工工作，在左半箱涵、右半箱涵底部每10 m沿箱涵中线对称钉木桩，将高程引至各木桩，在木桩上画红线控制垫层厚度。

砂砾垫层采用机器+人工摊铺、夯实并找平，高程、坡度等满足设计要求后方可进行素混凝土垫层施工。素混凝土使用预拌混凝土，人工收浆找平。

3.5 立模

基础高度中间为37 cm，斜角处为70 cm，墙身浇筑至三角上30 cm处。浇筑基础时模板采用木胶板，一次成形。为了防止模板受到混凝土内应力的影响而变形，保证箱涵基础的线形与美观，在模板纵向每0.3 m加竖向肋骨1 根，横向每0.5 m加1 条横向肋骨。两侧模板采用对拉螺栓对拉，外侧模板支撑在拉森钢板桩上。模板内涂刷脱模剂并安装严密，严禁使用废机油代替。

3.6 沉降缝

按设计位置设置沉降缝，沉降缝宽度为2 cm缝内填沥青木板，设置在挡墙与箱体、相邻箱体之间。

沉降缝设置做到两端竖直、平整、上下贯通，沉降缝的填塞符合设计及规范要求[4]。

3.7 底板混凝土浇筑

箱涵底板采用C30混凝土现浇而成。采用预拌混凝土，当混凝土到现场时，检查其坍落度、均匀性等指标，合格后方可使用。混凝土振捣采用插入式振捣器，混凝土振捣应充分密实为止。密实的标志是混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆现象为止。

混凝土基础南半幅不间断浇筑一次成型。当混凝土达到2.5 MPa时，则进行箱涵基础模板的拆除与墙身模板的安装。

3.8 墙身施工

墙身及顶板采用一次浇筑成形的施工方法。板安装时，墙身模板沉降缝按设计位置设置，做到两端竖直、平整、上下贯通，沉降缝的填塞符合设计及规范要求。

在施工墙身混凝土时，混凝土按一定厚度、顺序和方向分层浇筑。混凝土浇筑应连续进行，如因故必须间断时，其间断时间应不大于前层混凝土的初凝时间或能重塑的时间，并且不能形成明显的施工冷缝。

当混凝土强度达到2.5 MPa时，则进行箱涵墙身模板的拆除，顶板模板待混凝土强度达到100%时拆除。

3.9 基坑回填

墙身混凝土模板拆模后，先清除基坑内的碎木屑、垃圾及表面虚土。基底先洒水润湿，再用小型冲击式夯实机夯实。然后采用6%灰土分层回填，压实机械采用小型冲击式夯实机，每层松铺厚度为30 cm，分层回填时，每层压实度须达到96%以上。分层回填至箱涵顶。

3.10 搭板施工

箱涵施工结束后，在箱涵东西两侧各浇筑一块搭板，东侧搭板长8 m，宽3.5～5.0 m，共计5 块；西侧搭板长4.305 m，宽3.0～5.5 m，共计8 块。

每块搭板纵向缝之间采用钢筋拉杆进行连接，搭板采用C30钢筋混凝土浇筑。

钢筋在加工场地集中加工，加工前应对钢筋进行检验，合格后才能使用。严格按设计图纸对钢筋放样加工，加工成型备用。钢筋绑扎应按图纸要求进行绑扎。钢筋长度、间距等应满足设计和规范要求，并保证纵、横向钢筋直顺。搭板钢筋共2 层，下层纵向钢筋为φ20 mm，上层纵向钢筋为φ12 mm，为保证上下层钢筋的间距和2 层间的整体强度，预先焊接梯形支架。绑扎上层钢筋前将梯形支架安装好。

立侧模时务必保证模板的稳定性，混凝土浇筑前，严格控制每辆车混凝土的坍落度，对不合格的坚决退回[5]。采用混凝土泵送车进行浇筑。首先由人工将混凝土摊平，摊铺厚度一般高出设计厚度1 cm。由于搭板厚35 cm，采用插入式振捣棒振捣。移动间距不应大于30 cm，与模板保持5～10 cm的距离。插入时宜快进慢出，表面泛浆，不再冒气泡时才能徐徐拔出振捣棒。

振捣完成后，用木抹子进行抹平，并进行顶面高程的检测，符合要求后将表面抹平。浇筑混凝土时，严禁施工人员踩踏和下压钢筋网，保证钢筋位置准确。混凝土养护采用土工布覆盖，浇水养生。养护期间，严禁上人踩踏，防止出现脚印。

搭板的表面应平整，边缘顺直。混凝土强度达到设计强度的80%以上时才能进行路面结构的施工[6]。