过水箱涵新旧连接段施工关键技术研究

冯光华，严 晗

（中交四航局第一工程有限公司，广东广州 510310）

引言

过水箱涵因静力工作条件较好、对地基不均匀沉陷的适应性较强等优点，常作为水运及公路工程中常用的结构形式。国内外的同行对于过水箱涵的施工做出了大量的工程实践，白金浩等[1]以南水北调中线一期工程天津干线穿越京深高速为例，分析了过水箱涵穿越高速公路方案的制定。朱垚锋等[2]以珠机城际铁路盾构隧道下穿四孔箱涵为工程背景，研究淤泥地层盾构隧道下穿箱涵引起的沉降。欧阳牧虎等[3]对箱涵桥分体底板与砂砾垫层剪切式旋转移位工程展开了理论研究和实践验证相结合的方式，得到剪切式旋转移位技术。郭瑞等[4]结合广东梅河高速公路工程实例对比分析不同顶进长度和减阻措施工况条件下箱涵结构及覆土的应力应变变化规律。黄涛[5]在总结国内外高速公路涵洞加宽工程研究成果的基础上，结合惠深高速公路涵洞加宽工程实例，分析了不同拼接方法下新旧涵拼接处受力与变形特性情况。

1 工程概述

项目位于坦桑尼亚达港达累斯萨拉姆港，处于东印度洋西海岸，为改扩建项目，是该国近60 年来第一个水工项目。共建设7 个泊位及一个滚装泊位堆场，其中3 个泊位为高桩梁板式结构、4 个泊位为高桩承台式结构。新建堆场面积为74 606 m2，堆场一部分为陆地，另一部分通过采用吹填的方式造陆，堆场的施工内容主要包括：陆域吹填，方量316 700 m³；地基处理，强夯50 600 m2、插排水板面积21 082 m2，振冲或换填振冲面积6 759 m2；综合管线施工；过水箱涵施工；堆场面层施工，珊瑚土作为底基层回填料共35 000 m2，C35 混凝土铺面74 606 m2。过水箱涵在滚装泊位后方堆场的分布见图1 和图2 所示。

图1 箱涵剖面图

图2 过水箱涵与堆场的平面布置图

2 现浇箱涵进水口施工关键技术

2.1 箱涵设计概况

项目新建滚装泊位通过疏浚料吹填形成陆域堆场，其中堆场设置一座用于连接旧排水箱涵至海上的排水箱涵，该箱涵为钢筋混凝土结构，

长386.462 m，设计为5 m×3 m 单孔箱涵，箱涵内高3 m，宽为5 m，侧墙厚度为400 mm，底板及顶板厚度为500 mm，设计混凝土等级为C45。箱涵纵向分为4 个施工段，分别为进水口段、标准段、转角段、出水口段，共38 个结构段。

2.2 箱涵进水口施工概况

进水口段位于箱涵上游，长度为14.213 m，新建箱涵底部设置一层400 mm 的块石垫层，新建箱涵底标高为-1.3 m，顶标高为+2.9 m。旧箱涵底标高为-0.9 m，顶标高为+3.9 m。

图3 箱涵进水口三维示意图

由于旧箱涵上游与大体积胡泊相连、仍在正常排水，对于新旧箱涵连接段无法形成干作业施工条件。箱涵进水口段底标高为-1.3m，常年处于水下，且新旧箱涵连接处位于路边、车流量过大、存在旧混凝土底板、钢板桩无法密排施打，如何形成箱涵干施工是本工程的难点与重点。需要在各个工序指定对应措施与防范，以确保箱涵施工过程的安全以及干施工作业环境。

图4 箱涵进水口上游

2.3 箱涵进水口技术变更

由于上游大体积湖泊通过旧箱涵不断排出至入海口，一旦新旧箱涵进行钢板桩围蔽施工，旧箱涵排出的污水将直接排入新建箱涵。

图5 新旧箱涵连接处积水

图6 临时排水示意图

为在进水口段箱涵施工形成干施工，项目首先采取开挖临时排水明渠，并对港区道路两侧进行封堵，利用炮机将港区道路围墙破除并拆除项目施工围蔽，通过勾机及自卸车配合，转移破除出的弃土及石块。

图7 港区道路围墙破除

找到旧箱涵进水口后，通过垂直施打钢板及回填珊瑚石对旧箱涵进水口进行封堵。并利用大功率泥浆泵将旧箱涵上游积水抽排至临时排水明渠。为保证施工安全，项目同时在箱涵后方铺设临时道路，并设置棋手引导车流经堆场绕过施工区域，行驶至港区道路，恢复正常通行。

图8 排水明渠开挖

图9 车辆导流示意图

图10 临时道路铺设

完成上游积水导流及车辆引导绕行后，由于箱涵进水口段两侧位置不满足施工条件且出水口有积水坑，需对已完成的箱涵及积水坑回填，以供吊车及泵车等施工机械行走、施工。施工平台主要由回填砂及块石铺设形成。利用已完成的箱涵顶部作为施工平台，在其上回填砂至+4.5 m，并向两侧进行推填，直至形成钢板桩施工工作面。然后采用钢板桩形成矩形围堰，其尺寸为：8×18 m，根据现场施工条件及钢板桩性能方面进行考虑，选用Ⅳ拉森钢板桩，规格为400×170×15.5 mm，长度为12 m。完成钢板桩施打及支护后在钢板桩上布置位移沉降观测点并记录，并且每隔两天持续观测记录，监测钢板桩位移及沉降情况。

完成上游积水封堵导流，钢板桩围堰后。钢板桩缝隙之间渗水量较小，通过人工和长臂挖机配合下将围堰的淤泥清出后，两边预留排水沟引流至集水井中，支模并浇筑200 mm 的C25 垫层混凝土找平，最终形成箱涵结构干施工工作面。

图11 钢板桩施打

箱涵进水口段原设计长度14.213 m，其中9.98 m 为标准段，4.233 m 为与港区原箱涵连接段。

图12 箱涵进水口平面图

根据现场施工的实际情况，项目做出如下调整。基于现有钢结构闸口、现有混凝土箱涵的结构安全性，保留现有混凝土底板、现有箱涵八字墙，不拆除上述结构。

基于原设计第一根立柱距离现有钢结构闸口过近，影响洪水期旧箱涵出水口的闸口门的开启，对上游湖水的排泄不利，因此取消新箱涵第一根立柱。

图13 箱涵剖面图示意图

基于新、旧箱涵连接刚度及整体结构稳定性的考虑，原设计40 cm 厚的侧墙内增加80 cm 厚的钢筋混凝土侧墙，钢筋间距、直径、等级及混凝土强度和原设计侧墙一致，增加的侧墙顶标高为+2.90 m，与新箱涵顶标高一致。增加的侧墙与原设计侧墙上游起始段3 m 的底标高为现有混凝土底板标高。

图14 箱涵新增侧墙平面图

箱涵主体混凝土须分层浇筑，分两次浇筑，第一次浇筑底板及底板以上40 cm 侧墙，第二次浇筑剩余侧墙、立柱与顶板；两个结构段间设置沉降缝，端头全断面均设置止水紫铜钢板，止水紫铜钢板连接通过铜焊条焊接，通过焊接相邻钢筋固定其位置，钢板两侧为聚乙烯泡沫及聚硫密封胶。

图15 侧墙钢筋绑扎

3 结语

本文总结了项目排水箱涵进水口的施工遇到的问题及处理措施，排水箱涵进水口主要在于通过对上游进水口封堵、车辆改道、利用预埋管道引流等关键工艺形成了新旧箱涵交接处的干作业环境。既保证了旧箱涵的正常排水又解决了旧箱涵排水导致无法进行浇筑的难题，以供后续类似的项目参考和借鉴。