雙壁鋼圍堰封底混凝土設計及施工技術

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大跨連續梁結構同時跨越，形成橫向寬度120 m的龐大橋群。水中墩共計8座，結構形式均相同，每個墩布置21根端承樁，樁徑φ1.5m，承臺底標高均位于常水位下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。

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

2 封底混凝土厚度設計

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計強度，圍堰內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 封底混凝土計算結果

1）軸向應力。σXXmax=0.228 MPa，σYYmax=0.247 MPa，σZZmax=0.147MPa。

2）剪應力。τXYmax=0.138 MPa，τYZmax=0.249 MPa，τXZmax=0.308MPa。

3）主應力。σ1=0.351 MPa，σ2=0.18 MPa，σ3=0.361 MPa。

通過上述計算分析，最大應力均遠小于C25混凝土的抗拉強度設計值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管布置

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

3.1 單根導管首批混凝土方量

首批混凝土方量V=h1πd2/4+Hc·πR2/3

式中：R為導管作用半徑，取2.2m；d為導管直徑，取300mm；Hc為首批混凝土灌注高度，按0.8m考慮（導管埋深0.6m）；h1為鋼圍堰內混凝土高度達到Hc時導管內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管，見圖2，導管間距3m左右。為控制封底混凝土的標高，在導管之間和鋼圍堰內邊沿布設測點。

圖2 封底混凝土導管及測點布置

4 封底混凝土的拌制與運輸

封底混凝土供應由項目自建的攪拌站負責，混凝土運輸罐車運至現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澆筑方量大，連續澆筑時間長，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拌和設備集中拌制后，由8輛混凝土罐車運至現場（2輛為備用），汽車輸送泵澆筑。

從實際出發，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，避免高處導管灌注的混凝土往低處流，使導管底口脫空或埋在混凝土內的深度過小，造成導管進水），先周邊后中間，確保混凝土面保持在大致相同的標高。

在混凝土灌注過程中，由專人負責測量混凝土堆高和擴展情況并在導管附近掛上標識牌以正確指揮施工人員調整導管埋深并及時與試驗室取得聯系進行坍落度的調整，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。

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

6 結語

1）在設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，應重點對護筒及鋼圍堰內側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、準確掌握封底混凝土澆筑的真實情況，便于調整混凝土的澆筑位置。

4）混凝土澆筑臨近結束時應全面測出混凝土面標高，重點測量導管作用半徑相交處、護筒周邊，鋼圍堰內側周邊轉角等部位，根據結果對標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，當所有測點均符合要求后，終止混凝土澆筑，上拔導管，沖洗堆放。

［1］JTGTF 50—2011，公路橋涵施工技術規范［S］.

［2］JTGD63—2007，公路橋涵地基與基礎設計規范［S］.

［3］袁聚云，李鏡培，樓曉明.基礎工程設計原理［M］.上海：同濟大學出版社，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.