某半埋—全埋式大截面箱涵施工技术

李建平 李方志

1 工程概况

某公路桥设计为双层桥面,上层桥面为双向六车道,下层为双向四车道,其中两车道为预留轻轨,与远期地下轻轨线连接。桥梁落地的部分为箱涵,是地上桥梁与地下轻轨隧道之间的过渡段。箱涵总长度161.26 m,设计为半埋—全埋式,最大埋深约为6.3 m。横截面为两分离式单箱单室斜腹板箱形截面,截面高6.4 m,顶板宽 13 m,厚0.4 m,底板宽10.3 m,厚0.45 m,腹板厚0.55 m,内外腹板斜度分别为 1∶4.576,1∶4.68。箱涵基础采用φ 800 mm钢筋混凝土灌注桩,平均桩长 20 m(钻岩 2 m),总桩数188根。在设计上,箱涵分为4个节段,每段长约40 m,编号为AM1～AM4(见图1),从AM1到AM4埋深逐渐加大。

2 箱涵基坑的支护和开挖

2.1 支护结构和施工桥

该半埋—全埋式箱涵基坑采用钢板桩加工字钢支护,根据挖深的不同,支护结构设计为3种不同的形式,相应的基坑分为3个区。第一区:箱涵末端53 m和末端外延7.5 m的范围,每隔一根钢板桩打一根工字钢,并设两层水平支撑。第一层支撑高出箱涵顶面40 cm,第二层支撑高于基坑底1.5 m。水平支撑与其末端斜撑一起固定在围檩上,围檩通过牛腿固定在与钢板桩紧贴的工字钢上。水平支撑工字钢型号为(356×368×202)kg/m(英制单位)。第二区:相邻第一区40 m范围,仅在较深的一端12 m的范围内设置一层水平支撑,其余位置不设水平撑,工字钢间距2 m。第三区:相邻第二区 30 m范围,工字钢间距 4 m。

由于第一区下层水平支撑距基坑底仅1.5 m,不便于支撑以下土体的机械开挖和运输,为了解决有两层水平支撑的施工范围内的开挖和运输问题,设置了施工桥,施工桥位于箱涵基坑横向的中部,从箱涵基坑末端纵向延伸布置,截止于第一区和第二区交界处。支护结构和施工桥见图1,图2。

2.2 水平支撑的安装和在施工桥上开挖深基坑

在钢板桩和工字钢立柱(包括施工桥工字钢立柱)插打完成后,即开始安装第一层水平支撑,首先安装围檩,然后将水平支撑焊接在围檩上。第一层水平支撑安装完成后,铺设施工桥桥面,施工桥搭设完成,随后进行基坑的开挖。

由于第二区和第三区基本上没有水平支撑,不存在作业空间的限制问题,因此开挖作业较简单,用挖掘机配之以运输车辆阶梯式边退边挖,达到设计标高即可。第一区由于有两层水平支撑,作业空间受到限制,开挖作业的安排较复杂。首先用大型挖掘机在施工桥上作业,挖出的砂土由运输车经施工桥运走,在第一层水平支撑以下形成高约2 m的空间时,用小型挖掘机进入基坑配合开挖,挖出的砂土再经桥上的挖掘机装载到运输车上运出。当开挖到第二层水平支撑的位置时,要先完成水平支撑的安装后才可以继续开挖作业。

3 箱涵主体施工

适应箱涵截面大的特点,箱涵涵身分两个阶段施工,第一阶段完成每一节(AM1～AM4)的底板和底板以上0.5 m腹板;第二阶段纵向分段完成腹板和顶板,每10 m为一个节段(见图2)。

3.1 底板的施工

箱涵底板按设计时划分的节段一次性施工完成。混凝土垫层按底板的标高和形状浇筑,箱涵两侧用于支撑和移动模板的临时混凝土板边缘在施工时也考虑了箱涵的外形,与混凝土垫层一起直接作为底板的模板,底板的钢筋绑扎即在这个模板上进行。

高出底板顶面0.5 m的腹板内外模均采用木模,外模通过预先制作的角钢支架固定在箱涵两侧临时混凝土板上,而内模则通过钢筋保护层垫块和模板拉杆与外模固定。

在施工时,腹板的竖向钢筋分成两段制作,两段之间以搭接的形式连接,第一段高出施工缝的长度足以满足规范要求的搭接长度,较短的竖向钢筋为第一阶段的钢筋绑扎带来了方便。

在箱涵节段间的伸缩缝和腹板两次灌注之间的施工缝位置均设置了橡胶止水带,前者采用HXZ-b300-(8-15),规格651(遇水膨用橡胶采用 BW-Ⅱ型,规格 300 mm×20 mm),后者采用Sika V-25。

箱涵底板和底板以上0.5 m腹板一起灌注,箱涵一节底板单幅的混凝土量约为280 m3,灌注时使用一台混凝土泵车,从箱涵两侧道路上泵送混凝土到底板。按底板的坡度从下向上灌注,先沿纵向灌注腹板底部,再沿纵向灌注底板中部,这样做的目的主要是为了使腹板底部的混凝土先形成一定的强度,以减少腹板灌注时出现翻浆的机会,灌注速度约40 m3/h。

作业程序:1)底板钢筋绑扎;2)腹板外模就位;3)腹板钢筋绑扎;4)腹板内模安装;5)混凝土灌注。

3.2 腹板和顶板的施工

箱涵腹板内外模均采用钢模板(见图2),其细部设计及加工委托专业制造厂完成。钢模板共两套,每套10延米(包括东西两幅),分为4节,每节长2.5 m。

箱涵AM4段设有第二层水平支撑,因箱涵底板和箱涵两侧临时混凝土板紧贴在一起,形成了对支护钢板桩的一个支撑结构,因此,等箱涵底板和箱涵两侧临时混凝土板达到了一定的强度,便可拆除第二层水平支撑工字钢。第二层水平支撑拆除后,才能安装腹板钢模板。

按设计的要求,箱涵混凝土灌注应东西两幅同时进行,对称施工。腹板灌注时,由于混凝土倾落高度达5 m左右,在向模板中倾卸混凝土时采用了串筒,防止混凝土离析。混凝土振捣采用插入式振捣器,分层浇筑厚度为30 cm。

混凝土灌注完成后,浇水养护,当强度达到设计强度标准值的75%时,便可拆除外模,开始下一节段的施工。节段的施工缝之间设有橡胶止水带,型号Sika V-25。

箱涵分两阶段灌注,先灌底板和一部分腹板,再灌腹板和顶板,前期灌注的混凝土强度已经形成,有效地避免了翻浆的现象,从而保证了腹板的灌注质量。

作业程序:1)拆除第二层支撑(第一区,有第二层支撑的范围);2)安装腹板外模;3)绑扎腹板钢筋;4)安装腹板内模;5)铺顶板底模;6)绑扎顶板钢筋;7)灌注混凝土;8)养护;9)拆模(先拆外模,再拆内模,后拆内顶模)。

4 结语

在基坑开挖的过程中采用了施工桥,解决了有两层水平支撑的基坑内开挖不便的问题。先浇筑箱涵底板及底板顶面以上0.5 m的腹板,再施工腹板其他部分和顶板的做法,保证了高达6.4 m的涵身的施工质量。另外,箱涵支护结构的一些做法,也是该箱涵施工的一个亮点。

[1] 张毅军.杏园湟水河特大桥连续箱梁施工技术[J].山西建筑,2008,34(33):333-334.