过水土围堰在丁万河大桥现浇箱梁支架基础中的应用

2022-09-10

1. 引言

支架现浇法是桥梁箱梁施工的主要工法之一, 支架基础是现浇箱梁支架最重要的构造之一。在涉水支架现浇箱梁施工中, 科学合理的支架基础方案须能在保证施工安全的前提下, 提供良好的施工作业面, 使箱梁施工能高效顺利地进行, 保证工期、保证经济效益。

徐州市三环北路高架快速路工程丁万河大桥支架现浇箱梁根据河道不能断流、河水深度较浅、河床内土层较薄、工期紧张等现场施工条件, 采用过水土围堰方案作为现浇箱梁满堂支架基础, 保证了施工安全, 加快了施工进度, 获得了良好的施工效果。

2. 工程概况

丁万河大桥为徐州市三环北路高架快速路工程地面辅道跨河连接段, 桥梁平面横向布置4幅, 宽度为10m+12.5m+12.5m+10m, 桥梁纵向错空布置, 斜桥正做, 与河道夹角为28度, 桥面设计标高40.244m, 桥下净空约7m (至常水位) 。桥梁上部结构采用145m (40m+65m+40m) 三跨预应力混凝土变截面连续箱梁, 单箱单室, 梁高2.0m~4.0m。箱梁采用碗扣式满堂支架现浇法施工。

丁万河为徐州市内主要河道之一, 外连京杭大运河, 内连市区各水系, 承担徐州市市内水系换水及防汛功能。丁万河常水位31.000m, 桥位处水深约3.0m。据地勘报告, 河床下地层主要为淤泥质黏土、黏土及中风化石灰岩层, 土层厚度一般为3.0~4.0m。

3. 支架基础选型

丁万河大桥上部结构为变高截面箱梁, 为保证箱梁线型, 现浇箱梁支架采用碗扣式满堂支架。常规的涉水桥梁施工中, 支架基础可选用钢管柱+贝雷梁基础 (方案一) 或土围堰基础 (方案二) , 根据河道不能断流、河水深度较浅、河床内土层较薄、工期紧张等现场施工条件, 比选两种支架基础方案如下表。根据分析, 土围堰基础方案为最优方案。

4. 过水土围堰设计

根据现场施工条件, 土围堰应具有不断流、防汛、承载力较高等功能, 为此其构造主要分为截流土坝、堰体、过水管道、预留泄洪水槽组成。各构造主要作用如下表。

过水土围堰构造设计如下图。

过水土围堰中安全隐患最大的位置在于过水管涵的强度及基础承载力, 需对其进行科学验算。过水管涵计算模型采用大型通用有限元程序Midas/Civil计算, 计算模型见下图。为方便计算, 采用最不利的腹板及底板加厚区处H700型钢计算的最大反力加载在管涵顶部, 并仅取单幅桥下长36m的管涵。

通过计算, 管涵最大压应力0.8MPa, 应力远小于管涵的容许应力, 在采用最不利荷载计算的情况下管涵能够满足要求。

过水管涵基础验算采用最不利荷载加载, 上部所有恒载及活载合计53683.2KN, 36m长管涵下部基础为36×19.2m, 基底应力σ=N/A=0.0777MPa=77.7KPa, 基础下采用100cm厚度的换填片石, 一般容许承载应力在200.0KPa, 基地应力安全系数为2.5, 满足要求。

5. 过水土围堰实施

过水土围堰主要步骤为临时导流通道开挖、截流土坝施工、过水管道埋设、堰体施工、支架基础砼浇筑等。

临时导流通道在原有钢板桩围堰基础上进行, 待东侧桥梁桩基施工完成后再施工。导流通道从中间向两侧进行, 边挖除边外运土方, 最后拔出堵头钢板桩, 形成过水通道, 过水通道断面最小不得小于10m (宽) ×3m (深) 。

截流土坝采用黏土填筑, 顶宽7m, 迎水面及背水面均采用1:1放坡填筑。截流土坝根据下构倒边施工情况先施工西侧及中间埋管区域, 过水通道通水后, 再施工东侧土坝。截流土坝拟先采用占进法带水回填黏土形成土坝, 然后在管口区域外打设夹芯钢板桩, 处理管口及钢板桩接缝、钢板桩及原有河岸线处接缝, 最后待管道埋设完成后, 填筑管顶区截流土坝。

截流土坝堰体填筑至水面以上50cm后, 可对原有过水通道进行抽水安排水泵进行排水。堰内排水不可一次性抽排到底, 必须分级间断进行, 在水位下降30~50cm左右时停顿一下, 使围堰逐步稳定。

过水管道在西侧承台基坑回填后进行, 需拔出原有钢板桩围堰西侧钢板桩后才能施工。为确保西侧钢板桩拔出后东侧钢板不失稳, 过水管道埋设需分段进行, 以30m为一埋设单元由北向南进行, 每一单元管道全断面埋设完成并填筑堰体后方可进行下一单元施工。过水管道为柔性企口式管道, 采用逐节安装连接方式, 连接时将接口清理干净, 连接完成后使用橡胶圈接口。管顶包封混凝土为30cm C30砼, 需分两次浇筑, 第一次浇筑至管顶上10cm, 第二次再浇筑20cm钢筋混凝土。

过水管涵实施完成后, 按规范要求进行支架基础预压, 一方面消除支架基础非弹性变形, 另一方面检验过水管涵的承载能力及结构安全。

现浇箱梁施工期间, 过水土围堰既保证了支架的安全, 提供了较好的作用面, 保证了箱梁质量, 又保证了正常的河道过水功能及防汛功能。现浇箱梁成品外观线形优美, 满足设计及施工规范要求。