德禹特大橋徒駭河水中承臺(tái)施工沉井(圍堰)設(shè)計(jì)

戴榮里，袁振華

(1.中鐵建工集團(tuán)，北京 102488;2.中鐵十局，濟(jì)南 250022)

新建鐵路德禹特大橋跨越徒駭河部分，設(shè)計(jì)為四個(gè)水中墩基礎(chǔ)。徒駭河為季節(jié)性河道，主要用于農(nóng)田灌溉或排泄瀝澇。河面寬度約為140 m。線路與徒駭河斜交，河道與線路中心線夾角為81°。水中墩號(hào)分別為 O56#、O57#、O58#、O59#，鉆孔樁基礎(chǔ)，矩形臺(tái)階式承臺(tái)，下臺(tái)高度2 m，上臺(tái)高度1.5 m，底臺(tái)平面尺寸為11 m×8 m，上臺(tái)平面尺寸8 m×4.5 m。

徒駭河水中樁基礎(chǔ)采用筑島圍堰進(jìn)行施工，水中承臺(tái)基坑開挖深度約為8 m(最大深度)，擬采用薄壁鋼筋混凝土沉井進(jìn)行承臺(tái)施工。

1 水文及工程條件

徒駭河河槽寬390 m，河面寬約140 m，最高水位21.06 m，最大流量1 362 m3/s，施工水深2.5 m。

南北河堤頂高程分別為22.6 m和23.0 m，一般沖刷線高程11.99 m，局部沖刷線9.67 m，筑島高程最大16.8 m。

幾個(gè)橋墩承臺(tái)底、頂高程見表1。

表1 施工承臺(tái)高程一覽

2 矩形鋼筋混凝土沉井設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)總體思路

德禹特大橋 O56#、O57#、O58#、O59#墩承臺(tái)設(shè)計(jì)埋深較大，上臺(tái)階高程位于河床以下，開挖難度大。最初擬定采用鋼板樁施工方案，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及安全角度比選，后擬定采用鋼筋混凝土薄壁沉井進(jìn)行施工。

采用薄壁沉井施工有類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，造價(jià)成本較低(與鋼板樁施工方案比較)，可確保施工安全和施工質(zhì)量。

O56#等墩基礎(chǔ)的施工流程:

筑島圍堰——鉆孔樁施工——承臺(tái)開挖處平整——測(cè)量放線承臺(tái)尺寸線及中心——首節(jié)沉井現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工——首節(jié)下沉——次節(jié)沉井施工——次節(jié)下沉——臨時(shí)支撐安裝——封底混凝土施工——鑿樁頭、檢測(cè)——鋼筋綁扎——底臺(tái)階施工——拆除臨時(shí)支撐——上臺(tái)階施工。由此可以看出沉井在施工中的作用。

沉井設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下述要求:

1)確保沉井結(jié)構(gòu)滿足力學(xué)要求，即沉井設(shè)計(jì)荷載按照最不利情況考慮，力學(xué)計(jì)算圖式接近實(shí)際情況，沉井設(shè)計(jì)厚度及配筋均滿足鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。

2)確保沉井下沉符合現(xiàn)場(chǎng)操作條件，即沉井設(shè)計(jì)滿足結(jié)構(gòu)要求后，在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，須切實(shí)可行，便于操作。

3)確保承臺(tái)施工滿足進(jìn)度要求。

2.2 擬定沉井設(shè)計(jì)尺寸

擬采用的薄壁矩形沉井，其長(zhǎng)×寬 ×高的尺寸為11.3 m×8.3 m×8.0 m，厚度 0.15～0.30 m，井壁內(nèi)側(cè)做成臺(tái)階式，分四節(jié)制造和下沉。沉井材料:混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35(攪拌時(shí)摻入早強(qiáng)劑)，鋼筋采用熱軋鋼筋 HRB335 φ12、φ20。橫向鋼筋間距 15 cm、20 cm、25 cm，其中刃腳鋼筋間距20 cm;豎向鋼筋間距40 cm，起架立筋作用。沉井剖面及平面見圖1。

2.3 主要設(shè)計(jì)計(jì)算

圖1 沉井構(gòu)造示意

2.3.1 計(jì)算荷載

不考慮地面堆積活荷載作用，施工時(shí)清除承臺(tái)邊緣堆載。

計(jì)算荷載為外側(cè)土壓力和地下水位以下的水壓力的合力，水、土壓力在沉井豎向近似按三角形分布(圖2)。水、土壓力采用重液計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算:

式中，PW+E——計(jì)算合力(kN/m2)，面荷載;

γL——水、土混合重液的重度，一般 γL=13 ～17 kN/m3，本文取 13 kN/m3;

HL——計(jì)算點(diǎn)距重液面高度，取8.0 m。

圖2 沉井設(shè)計(jì)荷載圖式

2.3.2 沉井壁設(shè)計(jì)計(jì)算

1)力學(xué)圖式

取深度1.0 m的沉井為計(jì)算單元，視沉井結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處為剛性節(jié)點(diǎn)，計(jì)算時(shí)將沉井壁簡(jiǎn)化成相應(yīng)的平面結(jié)構(gòu)后再進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。其力學(xué)計(jì)算圖式見圖3。

2)內(nèi)力計(jì)算及配筋

依據(jù)文獻(xiàn)［1］，采用剛節(jié)點(diǎn)處的設(shè)計(jì)彎矩。經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)彎矩為561.2 kN·m。

主筋選取雙排(雙面)φ20@100 mm水平布置，架立鋼筋按照構(gòu)造鋼筋布置，采用φ12@400 mm。

2.3.3 沉井下沉計(jì)算

圖3 沉井力學(xué)計(jì)算圖式

設(shè)井壁重度為25 kN/m3，則第1節(jié)沉井自重Gk=882 kN;設(shè)井壁與土體的摩擦力為17.5 kN/m2，則第一節(jié)沉井的摩擦力Ffk=1 060.5 kN。下沉系數(shù) Gk/Ffk=0.83。

根據(jù)文獻(xiàn)［1］所述，分節(jié)澆筑下沉的沉井時(shí)，應(yīng)在上節(jié)沉井混凝土澆筑完畢而未開始下沉?xí)r保持下沉系數(shù)小于1.0，以防止突然下沉。在具體施工過程中可采用重物助沉。

3 結(jié)語

由于本結(jié)構(gòu)為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，沉井結(jié)構(gòu)的變形計(jì)算及抗浮不另計(jì)算，施工過程中如沉井發(fā)生少量裂縫或少量滲水，不影響沉井的設(shè)計(jì)功能。

本沉井設(shè)計(jì)通過具體施作，解決了徒駭河水中承臺(tái)的施工，為以后同類工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

［1］段良策，殷奇.沉井設(shè)計(jì)與施工［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2006.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10002.5—99 鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2000.