內置臨時橫隔墻混凝土封底大型沉箱施工技術研究

張剛宜

(中國路橋集團西安實業發展有限公司,陜西 西安 710075)

0 前 言

隨著我國經濟的快速發展,各種基礎設施的建設如火如荼。與此同時,大量橋梁被應用于跨越各種障礙物的工程中,深水基礎被應用于眾多橋梁工程中,因其存在周期長、施工難度大、風險性高等缺點,不可避免地成為影響橋梁施工的重要因素[1-3]。因而,研究深水基礎便顯得非常有意義。

沉箱基礎是修筑橋梁墩臺及其他構筑物的一種深基礎形式,一般由頂蓋及側壁組成[4-5]。實際工程中,沉箱基礎施工存在模板支設效率低、沉箱自重大、大型混凝土沉箱養護不佳、封底施工標高難以控制等不足[6-9]。

本文以福建省道201線羅源縣碧里至鑒江工程實際背景為依托,對大型沉箱施工技術進行技術創新,采用定型化可回收重復利用式單壁側板結構,提出了綜合養護方案,采用定型化設備同步測量封底頂面標高，形成了一整套內置臨時橫隔墻混凝土封底大型沉箱施工技術。

1 工程概況

福建省道201線羅源碧里至鑒江段公路項目起點(K0+000)位于羅源縣碧里鄉,接獅歧疏港公路,終于羅源縣鑒江鎮,重點接擬建的省道201線線羅源鑒江至寧德城澳公路段,路線走向由東南向西北方向,全線隧道5 736 m/2座,橋梁2 468.34 m/8座,共計樁基293根,薄壁空心墩18個,空心板250片、T梁397片,涵洞727.96 m/24道等。

2 技術原理

內置臨時橫隔墻混凝土封底大型沉箱施工工法的原理是通過對鋼吊箱水中承臺施工技術展開研究,提出大型鋼吊箱結構利用控制抽水潮位確定沉箱設計,采用定型化可回收重復利用式單壁側板結構,沉箱采用混凝土底板結合支吊系統承載封底混凝土以及沉箱自重。對大體積混凝土承臺養護方法展開研究,分析不同養護方式對混凝土承臺溫度場的影響,提出綜合養護方案,并建立養護方案模型；混凝土封底采用平潮不離析混凝土技術,內置臨時橫向隔墻,由吊箱兩側同時封底施工,采用定型化設備同步測量封底頂面標高。

3 工藝流程與操作要點

3.1 工藝流程(見圖1)

圖1 施工工藝流程圖

3.2 操作要點

3.2.1 沉箱設計

承臺設計尺寸為12 m×20 m×4.0 m,承臺頂標高為287.474 m,承臺底標高為283.474 m,另外考慮到封底混凝土厚度,開挖深度達5.1 m。沉箱尺寸為21.4 m×13.4 m,壁厚0.60 m,高度4.5 m。在沉箱間設橫隔梁,內角設置倒角。

3.2.2 刃腳構造

刃腳設計高為40 cm,底部踏面寬20 cm,底部利用角鋼包邊,并設加強筋。

3.2.3 下沉系數及穩定系數驗算

對下沉系數及穩定系數的驗算如下：

K1=(G-B1)/T

K2=(G-B1)/(T+R1+R2)

式中，G為沉箱自重551.5 t=5515 kN；B1為地下水浮力,當采用排水下沉時為0；T為井壁總摩阻力；R1為刃腳踏面及背面的支撐力；R2為隔墻下土的承載力。

其中,R1=U0(C+N/2)Rf,式中：U0=69.6 m,C=0.2 m,N=0.4 m,Rf=500 kN/m2。

R2=A×Rf,式中：A=7.2 m2(隔墻寬度0.6 cm、長12.11 m)。

沉箱按下沉2.5 m計算,下沉表面積為174 m2(S=(13.4+21.4)×2×2.5=174 m2),則沉箱表面摩阻力T=25 kPa×174 m2=25 kN/m2×174 m2=4350 kN。

由此,得：

K1=(G-B1)/T=(5515 kN-0)/4350 kN=1.27>1.25(沉箱重力應大于土的表面摩阻力25%)；

R1=U0(C+N/2)Rf=69.6 m×(0.2 m+0.4 m/2)×500 kN/m2=13920 kN；

R2=A×Rf=7.2 m2×500 kN/m2=3600 kN；

K2=(G-B1)/(T+R1+R2)=5515/(4350+13920+3600)=0.252<1,沉箱穩定性滿足要求。

3.2.4 沉箱的制作

在平臺現場制作沉箱前,先進行場地處理。施工時按設計尺寸放線挖槽,安裝刃腳角鋼、鋼筋及模板。箱體混凝土澆筑應做好防止混凝土面因高低相差懸殊而產生不均勻沉降的澆筑措施,可通過對稱澆筑法,并采用定型化組合鋼模板來實現。

3.2.5 沉箱下沉施工

1)涌水量計算。

沉箱涌水量計算：

Q=F1q1+F2q2

式中，沉箱底面積F1=286 m2,沉箱底面每平米的滲水量q1=5 m3/h；沉箱側面積(按下沉2.5 m深度計算)F2=169 m2,沉箱側面每平米的滲水量q2=5%q1。

從而,沉箱下沉時最大涌水量Q=286×5+169×5%×5=1472.25 m3；

沉箱下沉到位時箱內涌水量Q=286×2.5=715 m3。

2)抽水設備(見表1)。

表1 抽水設備選型及參數

3)下沉施工。土方開挖采用分層法,對稱開挖各刃腳下土方,以達到沉箱基礎的平穩下沉。若下沉過程中遇到巖石等硬質障礙物時,宜設置墊塊以方便取出障礙物。

4)下沉糾偏方法。沉箱下沉應盡量減少偏斜,若出現明顯偏斜時，應及時采取有效的糾偏措施。

3.2.6 清底與封底

及時對巖面和淤泥進行清除,封底采用C25混凝土,厚度40 cm,封底從未設集水坑的一側開始向集水坑側澆筑,將積水趕至集水坑后排出,完成全部混凝土澆筑。封底混凝土盡量連續澆筑,確保封底混凝土無施工縫存在。排水結構如圖2所示。

圖2 排水結構示意圖

4 優勢及特點

1)采用定型化可回收重復利用單壁式側板結構,實現側板的重復利用,有效節約了資源,避免了不必要的浪費。

2)對大體積混凝土承臺養護方法采用綜合養護方案,并建立養護方案模型,顯著提高了承臺養護質量,明顯提升了養護施工效率。

3)內置臨時橫向隔墻,由吊箱兩側同時封底施工,采用定型化設備同步測量封底頂面標高,有效保證了封底施工質量。

4)采用混凝土底板結合支吊系統承載封底混凝土以及吊箱自重,有效保證了施工的安全性。

5)沉箱下沉采用組合式吊裝設備,有效提高安裝的安全性、質量與速度。

5 結束語

本文結合福建省道201線羅源縣碧里至鑒江工程,提出的內置臨時橫隔墻混凝土封底大型沉箱施工技術有效提高了承臺養護施工質量,保證了封底施工質量,確保了施工安全性,降低了施工成本。本技術能充分發揮應用優勢,對類似工程具有較好的推廣應用前景。

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