德禹特大桥徒骇河水中承台施工沉井(围堰)设计
2010-05-04戴荣里袁振华
戴荣里，袁振华
(1.中铁建工集团，北京 102488;2.中铁十局，济南 250022)
新建铁路德禹特大桥跨越徒骇河部分，设计为四个水中墩基础。徒骇河为季节性河道，主要用于农田灌溉或排泄沥涝。河面宽度约为140 m。线路与徒骇河斜交，河道与线路中心线夹角为81°。水中墩号分别为 O56#、O57#、O58#、O59#，钻孔桩基础，矩形台阶式承台，下台高度2 m，上台高度1.5 m，底台平面尺寸为11 m×8 m，上台平面尺寸8 m×4.5 m。
徒骇河水中桩基础采用筑岛围堰进行施工，水中承台基坑开挖深度约为8 m(最大深度)，拟采用薄壁钢筋混凝土沉井进行承台施工。
1 水文及工程条件
徒骇河河槽宽390 m，河面宽约140 m，最高水位21.06 m，最大流量1 362 m3/s，施工水深2.5 m。
南北河堤顶高程分别为22.6 m和23.0 m，一般冲刷线高程11.99 m，局部冲刷线9.67 m，筑岛高程最大16.8 m。
几个桥墩承台底、顶高程见表1。
表1 施工承台高程一览
2 矩形钢筋混凝土沉井设计
2.1 设计总体思路
德禹特大桥 O56#、O57#、O58#、O59#墩承台设计埋深较大，上台阶高程位于河床以下，开挖难度大。最初拟定采用钢板桩施工方案，根据施工现场实际情况，从技术、经济及安全角度比选，后拟定采用钢筋混凝土薄壁沉井进行施工。
采用薄壁沉井施工有类似工程的施工经验，造价成本较低(与钢板桩施工方案比较)，可确保施工安全和施工质量。
O56#等墩基础的施工流程:
筑岛围堰——钻孔桩施工——承台开挖处平整——测量放线承台尺寸线及中心——首节沉井现场浇筑施工——首节下沉——次节沉井施工——次节下沉——临时支撑安装——封底混凝土施工——凿桩头、检测——钢筋绑扎——底台阶施工——拆除临时支撑——上台阶施工。由此可以看出沉井在施工中的作用。
沉井设计应满足下述要求:
1)确保沉井结构满足力学要求，即沉井设计荷载按照最不利情况考虑，力学计算图式接近实际情况，沉井设计厚度及配筋均满足钢筋混凝土结构设计规范。
2)确保沉井下沉符合现场操作条件，即沉井设计满足结构要求后，在现场施工过程中，须切实可行，便于操作。
3)确保承台施工满足进度要求。
2.2 拟定沉井设计尺寸
拟采用的薄壁矩形沉井，其长×宽 ×高的尺寸为11.3 m×8.3 m×8.0 m，厚度 0.15～0.30 m，井壁内侧做成台阶式，分四节制造和下沉。沉井材料:混凝土强度等级C35(搅拌时掺入早强剂)，钢筋采用热轧钢筋 HRB335 φ12、φ20。横向钢筋间距 15 cm、20 cm、25 cm，其中刃脚钢筋间距20 cm;竖向钢筋间距40 cm，起架立筋作用。沉井剖面及平面见图1。
2.3 主要设计计算
图1 沉井构造示意
2.3.1 计算荷载
不考虑地面堆积活荷载作用，施工时清除承台边缘堆载。
计算荷载为外侧土压力和地下水位以下的水压力的合力，水、土压力在沉井竖向近似按三角形分布(图2)。水、土压力采用重液计算公式进行计算:
式中，PW+E——计算合力(kN/m2)，面荷载;
γL——水、土混合重液的重度，一般 γL=13 ～17 kN/m3，本文取 13 kN/m3;
HL——计算点距重液面高度，取8.0 m。
图2 沉井设计荷载图式
2.3.2 沉井壁设计计算
1)力学图式
取深度1.0 m的沉井为计算单元，视沉井结构的转角处为刚性节点，计算时将沉井壁简化成相应的平面结构后再进行内力计算。其力学计算图式见图3。
2)内力计算及配筋
依据文献［1］，采用刚节点处的设计弯矩。经计算，设计弯矩为561.2 kN·m。
主筋选取双排(双面)φ20@100 mm水平布置，架立钢筋按照构造钢筋布置，采用φ12@400 mm。
2.3.3 沉井下沉计算
图3 沉井力学计算图式
设井壁重度为25 kN/m3，则第1节沉井自重Gk=882 kN;设井壁与土体的摩擦力为17.5 kN/m2，则第一节沉井的摩擦力Ffk=1 060.5 kN。下沉系数 Gk/Ffk=0.83。
根据文献［1］所述，分节浇筑下沉的沉井时，应在上节沉井混凝土浇筑完毕而未开始下沉时保持下沉系数小于1.0，以防止突然下沉。在具体施工过程中可采用重物助沉。
3 结语
由于本结构为临时结构，沉井结构的变形计算及抗浮不另计算，施工过程中如沉井发生少量裂缝或少量渗水，不影响沉井的设计功能。
本沉井设计通过具体施作，解决了徒骇河水中承台的施工，为以后同类工程积累了经验。
［1］段良策，殷奇.沉井设计与施工［M］.上海:同济大学出版社，2006.
［2］中华人民共和国铁道部.TB 10002.5—99 铁路桥涵地基和基础设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2000.
