双壁钢围堰封底混凝土设计及施工技术

2014-01-16

天津建设科技 2014年4期

1 工程概况

京沪高铁跨越秦淮新河时采用4座（60.75+100+60.75）m大跨连续梁结构同时跨越，形成横向宽度120 m的庞大桥群。水中墩共计8座，结构形式均相同，每个墩布置21根端承桩，桩径φ1.5m，承台底标高均位于常水位下13～15m。承台由2部分组成，底部承台为圆形，直径为φ17.4m、高4m；顶部承台高3m，平面尺寸较为复杂，底部为φ11m圆形，顶部为φ5.8m的直线圆端形。承台底部均位于河床底圆砾土内。

承台均采用圆形双壁钢围堰，钢围堰外径为22.8 m，内径为 20.4m，壁厚 1.0m。

2 封底混凝土厚度设计

考虑施工期水位，初步拟定封底混凝土采用2.5m厚C25混凝土，设计施工水位距封底混凝土底部17.5m。

2.1 工况选择及载荷取值

封底混凝土厚度计算以双壁钢围堰水下封底完成并达到设计强度，围堰内抽水完成作为计算工况，此时封底混凝土承受的静水向上压力最大，为17.5×10=175（kPa）。

2.2 封底混凝土计算模型

将封底混凝土与双壁钢围堰内壁接触面以及封底混凝土与桩基接触面均按铰接模拟，见图1。

图1 计算模型

2.3 封底混凝土计算结果

1）轴向应力。σXXmax=0.228 MPa，σYYmax=0.247 MPa，σZZmax=0.147MPa。

2）剪应力。τXYmax=0.138 MPa，τYZmax=0.249 MPa，τXZmax=0.308MPa。

3）主应力。σ1=0.351 MPa，σ2=0.18 MPa，σ3=0.361 MPa。

通过上述计算分析，最大应力均远小于C25混凝土的抗拉强度设计值1.27MPa，采用2.5m厚C25混凝土作为封底混凝土能满足受力要求。

3 封底混凝土施工时的导管布置

采用φ300mm、壁厚10mm的无缝钢管作为水下混凝土灌注导管，根据规范查得导管作用半径为2.2m，长度根据布点处实测距离确定，导管底口离基面约20～30 cm。

3.1 单根导管首批混凝土方量

首批混凝土方量V=h1πd2/4+Hc·πR2/3

式中：R为导管作用半径，取2.2m；d为导管直径，取300mm；Hc为首批混凝土灌注高度，按0.8m考虑（导管埋深0.6m）；h1为钢围堰内混凝土高度达到Hc时导管内混凝土柱需要的高度，m。

h1=Hw×γw/rc=Hw/2.4=5.0m

式中：γw为钢围堰内水的重度，为10 kN/m3，rc为混凝土拌和物重度，按24 kN/m3取值；Hw为钢围堰内水面至封底混凝土底高度，取12m。

计算得V=4.4m3，选用5m3容积的集料斗。

3.2 导管及测点布置

综合考虑钢护筒对封底混凝土扩散的不利影响，按照每个布料点作用半径布置混凝土导管，见图2，导管间距3m左右。为控制封底混凝土的标高，在导管之间和钢围堰内边沿布设测点。

图2 封底混凝土导管及测点布置

4 封底混凝土的拌制与运输

封底混凝土供应由项目自建的搅拌站负责，混凝土运输罐车运至现场后采用汽车泵浇筑。

泵车及混凝土运输罐车需用量：混凝土输送泵车需2辆；每辆输送泵需配备搅拌运输车3辆，共需6辆。

5 封底混凝土浇筑

围堰基地清理完成并经检验合格后方可进行封底混凝土浇筑，封底混凝土采用C25水下混凝土，封底厚度为2.5m，总量为724m3。由于混凝土一次连续浇筑方量大，连续浇筑时间长，为满足封底混凝土布料要求，封底混凝土塌落度控制在18～20 cm，初凝时间控制在8 h以上。采用2台120m3/h拌和设备集中拌制后，由8辆混凝土罐车运至现场（2辆为备用），汽车输送泵浇筑。

从实际出发，封底混凝土浇筑时不可能采用全断面灌注，为使基底在同一水平面上普遍匀速上升，封底混凝土浇筑时采用分层往复的方式进行，浇筑顺序为先低处后高处（先将低处混凝土灌高，避免高处导管灌注的混凝土往低处流，使导管底口脱空或埋在混凝土内的深度过小，造成导管进水），先周边后中间，确保混凝土面保持在大致相同的标高。

在混凝土灌注过程中，由专人负责测量混凝土堆高和扩展情况并在导管附近挂上标识牌以正确指挥施工人员调整导管埋深并及时与试验室取得联系进行坍落度的调整，使每批混凝土灌注后形成适宜的堆高和不陡于1∶5的流动坡度。

混凝土灌注将近结束时，适当加大混凝土的坍落度和导管埋深，使混凝土均匀地扩展，并形成较平坦的表面。