逆作法在曹妃甸华润电厂二期工程取水箱涵施工中的应用

2019-01-24任思光中交一航局第五工程有限公司

珠江水运 2019年1期

关键词：拱形作法箱涵

◎ 任思光中交一航局第五工程有限公司

1.工程概述

曹妃甸华润电厂二期工程取水箱涵施工B标段，设计箱涵地下埋深10m，采用地连墙结构作为箱涵直立侧壁，拱形板做箱涵顶板，底部设置支撑梁及底板。

地连墙平均高度23.235m，底标高-29m，墙厚1.0m。地连墙底部沿水平方向每隔4m设1道钢筋混凝土支撑梁（断面b×h=1.0×1.0m）。拱形现浇钢筋混凝土顶板拱净高1.5m，板厚1.0m，箱涵设计结构断面图见图1。

2.逆作法应用的提出

取排水箱涵、地下综合管廊等施工一般采用明挖法。但是，对于地下空间开发难度较大的工程，明挖法不再满足工程的要求。将逆作法应用于取排水箱涵、综合管廊的施工能解决实际工程问题，合理的施工方法能保证工程的安全。

本标段取水箱涵需要在地连墙施工完成后进行深基坑开挖，其中下穿唐曹路和华润电厂铁路两个施工段，均需在公路和铁路拆除后施工，但考虑到目前公路和铁路均为正运营设施，断路工期越短，华润电厂的煤炭、曹港集团的疏港货物运输成本就越低，政府和业主也要求尽早恢复通车。

因此经过方案对比，在此提出了借鉴逆作法进行下穿两路段箱涵施工的想法，即地连墙施工完成后，先开挖施工箱涵顶板，待顶板混凝土达到设计强度后，再同步进行箱涵内部和顶部构筑物恢复施工，如此可大大缩短上部结构施工周期，实现两路早日恢复运营。

3.取水箱涵的逆作法施工工艺

3.1 主要施工工艺流程

地连墙施工→顶板以上部分土方开挖及土钉喷锚→拱形顶板施工→箱涵内及顶板上部结构同步施工（箱涵内土方开挖→支撑梁→底板施工，顶板上部土方回填碾压→两路恢复）

3.2 地连墙施工

本工程地连墙共114段，槽深34.5m，空槽部分深10.7m，采用液压抓斗成槽，人工后台焊接钢筋笼，成槽后由两台150t履带吊起吊钢筋笼，起吊后由主吊吊装安放至设计位置，混凝土浇筑采用可升降式浇筑架浇筑。施工中通过一些细节处理保证了混凝土实体质量，具体如下。

3.2.1 防塌槽措施

地连墙施工之前在导墙外侧打设降水井降低成槽部位的地下水位，减少成槽过程中两侧土压力，防止塌槽。并在两侧满铺30mm厚钢板，使成槽设备及吊车在施工时对两侧地基形成均匀的面荷载，避免局部荷载过大导致塌槽。

由于地连墙上部为10.7m空槽，为防止浇筑后该部分因长时间搁置而塌槽，且不影响后续槽段施工，采取插入特制型钢进行空槽部分防护。型钢长度较空槽深度富裕1.3m（即12m），宽度为导墙宽度1.2m，厚度40cm。施工时将型钢吊放至已浇筑地连墙空槽部位两侧，依靠在钢筋笼吊筋位置，之后对空槽进行回填。

3.2.2 可视化验槽

每段地连墙成槽后，均使用KODEN-DM604测槽仪进行测槽，形成可视化的图像留存，通过测槽仪测出的图像来判断地连墙成槽效果，若垂直度或槽深不符合要求，立即安排抓斗进行修槽，若检测结果显示槽壁坍塌严重，则进行回填处理。3.2.3 地连墙接头刷壁处理

地连墙相邻单元槽段顺序施工时会形成连接缝，为保证在连接缝位置，后期浇筑的混凝土和前期浇筑的混凝土较好的结合，避免漏水，增加墙体的整体性，在后续槽段成槽结束后需对前一个槽段混凝土表面进行刷壁处理，清除附着在混凝土表面的土体和槽段内护壁泥浆形成的泥皮，以保证相邻槽段混凝土的有效接触，增加地连墙墙体的整体性。

图2刷壁器是万向型刷壁器，可以将接缝处各个方向的沉渣和泥皮刷掉，每次刷壁器下放前必须将其上的泥皮冲洗干净，以便确定最终刷壁效果。

3.3 顶板以上土方开挖及土钉喷锚

3.3.1 基坑开挖支护方案

顶板以上开挖深度9.8～10.3m，开挖边坡采用土钉墙支护，采取二级放坡形式，坡比均为1：1，在深度5.0m处预留平台宽度2.0m，共设计7排土钉，自上而下长度分别为：2道6.0m、4道18.0m，临近一期取水箱涵一侧第4道和第5道缩短为12.0m。每道土钉水平间距为1.5m，竖直间距为1.5m，第一排位于自然地面下1.5m，土钉主筋均采用Φ25的III级螺纹钢筋。

基坑坡面采用Φ8@200×200钢筋网，各排土钉主筋外加横向压筋Φ18，并与主筋端头相连，土钉墙面层喷射混凝土厚度80mm，混凝土强度等级为C20，坡顶泛水面宽度2.0m。

在基坑中部设置Φ300疏干降水井（预制无砂混凝土管），降水井深度25m，间距12m；基坑两侧设置Φ400降水井（预制无砂混凝土管），降水井深度25m，间距7m，降水深度可至少低于开挖面以下1.0m。

3.3.2 基坑开挖及土钉喷锚施工

取水箱涵基坑开挖采用PC220反铲开挖、20t自卸汽车运土。土钉墙喷锚由上而下边开挖边分段施工，分层开挖、分层稳定、坡脚预加固，采用先锚后喷工艺。

喷射混凝土2小时后，采取洒淡水覆盖土工布养护7天。每层土钉喷锚养护期结束后，方可进行下一层土方开挖，以确保基坑边坡土体稳定。

3.4 高压旋喷桩施工

根据设计图纸（如图3），地连墙连接处，为防止接头处漏沙、涌水，在每个接头处设8根长8m直径400mm的高压旋喷桩，双排布置。待土方大开挖至地连墙顶标高后开始施工高压旋喷桩。

3.5 拱形顶板施工

3.5.1 拱形顶板施工工艺

本工程顶板全长324m，顶板厚1m，上弧长13.21m，下弧长10.96m。两侧冠梁高1.3m，宽1.2m。顶板与冠梁及地连墙连接（地连墙兼做结构侧壁），形成拱顶直墙结构，混凝土设计强度等级C45W10，配合比编号Cm2017-0054。

为保证箱涵整体受力，冠梁与顶板同时浇筑。在施工之前进行地连墙桩头凿除，测量放线，人工采用手提锯切缝后风镐凿除。

拱形顶板施工前，绑扎冠梁钢筋，随后支立冠梁内侧模板，再将两侧冠梁间的原状土整平成设计拱形并夯实，采用电动平板夯夯实后浇筑拱形顶板底胎膜，铺设一层塑料布+一层原纸后绑扎顶板钢筋，人工支立模板后采用56m泵车浇筑混凝土，钢筋及模板采用70t汽车吊吊运至基坑内。

3.5.2 主要控制点

考虑到拱形顶板钢筋为Φ32的III级螺纹钢筋，间距80mm，为保证拱形顶板混凝土强度，与设计沟通，钢筋间距每5根调整为100mm，钢筋净距68mm，该处作为振捣棒振捣位置并在模板顶口做好标记，施工时要重点进行混凝土振捣质量控制，以保证顶板混凝土密实。

混凝土浇筑时预留3组同条件试块，待混凝土浇筑后放置在拱形顶板上，做好养护，公路段顶板采取覆盖土工布洒淡水养护，铁路段顶板采取覆盖塑料布+棉被保温养护，并做好3d、7d、14d的同条件试块强度检测，统计数据见表1，分析其强度增长情况，为箱涵内部土方开挖时间提供依据。

通过表1可看出，拱形顶板在7d后即可达到设计强度，具备后续顶部回填及内部开挖条件。

3.6 土方回填及上部结构恢复

3.6.1 土方回填施工

取水箱涵顶板达到设计强度后，进行顶部土方回填及碾压施工，采用PC220反铲装车，20t自卸汽车运输至基坑边，反铲配合TY160型推土机每30cm分层推平，20t压路机振动碾压密实，压实度达到95%。

3.6.2 上部结构恢复

唐曹路段，在土方回填完成后进行公路两侧管网恢复施工，再分层铺设80cm山皮石，碾压密实后进行公路路面结构层施工。

华润电厂铁路段，土方回填完成后交付铁路恢复单位按设计要求恢复线路。

3.7 箱涵内土方开挖施工

待箱涵顶板强度达到设计强度的100%后，进行箱涵内土方开挖，开挖时将拱形顶板混凝土底胎膜一同挖除，由于采用塑料布+原纸隔开，比较容易挖除。考虑到箱涵净空高度6.5m，宽度10.4m，采用1台PC120小型反铲进行开挖，20t自卸汽车运输。

3.8 支撑梁及底板施工

箱涵内土方开挖贯通后，开始进行支撑梁及底板施工，支撑梁施工顺序与开挖顺序相反，倒退施工。

3.8.1 支撑梁施工

支撑梁施工前，先人工采用风镐将地连墙预留的接驳器凿出，并清理干净，浇筑砼垫层后，进行钢筋绑扎、模板支立和混凝土浇筑。支撑梁钢筋一分为二，接头采用搭接焊，模板采用竹胶板+木方、顶口及底口对拉工艺。钢筋、模板均采用装载机倒运至箱涵内，人工卸料，混凝土采用地泵浇筑，泵管长度150m。

3.8.2 底板施工

支撑梁间为箱涵底板，结构自下而上依次为40cm回填土+500g/m2土工布一层+10cm碎石垫层+10cm厚C20混凝土垫层+40cm厚C45钢筋混凝土底板。

底板施工顺序与支撑梁施工顺序一致，待支撑梁全部浇筑完成后，在梁间回填土，铺设2cm厚钢板形成施工通道，然后依次倒退施工，直至成型。

4.逆作法工艺与明挖法施工比较

4.1 工期对比

取水箱涵B标段下穿唐曹路段（144米）自2017年5月20日断交开始导墙换填施工，至9月20日恢复通车，历时124日历天，比原区政府批复明挖法方案的5个月工期提前26天恢复通车，向区政府交了一份满意的答卷，为企业赢得社会效益。

表1 拱形顶板同条件试块强度明细表

取水箱涵B标段过铁路段（102米）参照唐曹路段施工经验，采用逆作法施工，计划80天交付铁路恢复单位。施工时积极组织劳动力及优化施工工序，自2017年9月11日开挖至11月16日土方回填完成，历时66天，在保证安全和质量的前提下，比计划提前14天交付中铁建工进行路轨的恢复工作，使业主铁路恢复运营的节点得以提前实现，赢得了业主的高度信任和认可。由此可见，逆作法通过上下同步施工，可以大大缩短工期，体现了强有力的优势。