CN110158630B - 一种深厚覆盖层地区大跨拱桥环形地下连续墙基础 - Google Patents
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Abstract
本发明专利提出了一种深厚覆盖层地区大跨拱桥环形地下连续墙基础，属于岩土工程领域。包括环形地下连续墙、帽梁、内衬墙、底板、拱座、盖板和桩基础；所述环形地下连续墙包括Ⅰ期槽段和Ⅱ期槽段，所述Ⅰ期槽段和所述Ⅱ期槽段相间连接相接形成环状；所述帽梁沿所述环形地下连续墙的轮廓设置且位于所述环形地下连续墙的顶部；所述内衬墙紧贴所述环形地下连续墙的内侧壁；所述底板呈平板结构并平铺于所述环形地下连续墙内；所述拱座设于所述底板的上端面；所述盖板的顶部与所述帽梁顶面齐平；所述桩基础位于环形地下连续墙内。本发明具备有抗倾覆性能强、水平及竖向承载性能优，可大幅减少深厚覆盖层地区传统大跨拱桥拱座基础的施工难度及费用。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及一种深厚覆盖层地区大跨拱桥环形地下连续墙基础。
背景技术
为承受大跨拱桥上部结构传来的巨大水平推力及竖向荷载，并满足大跨拱桥上部结构对水平位移及竖向位移的严苛要求，传统大跨拱桥基础多选择承载力及完整性较好基岩作为持力层，且基础形式多采用明挖基础，但是对于深厚覆盖层地区而言，因基岩层埋置较深，使得大跨拱桥基础施工难度及造价大幅增大。地下连续墙作为一种同时具有挡土、防渗、承载三种功能的基础形式，且因其施工机械化程度高、噪音低、成本低、适应土质种类广等特点，且因其环向刚度大及与地基土体密着性能优等性能，目前被推广应用于国内外各种大跨桥梁基础。如井筒式地下连续墙基础及多壁式地下连续墙基础已广泛应用于日本多座大跨桥梁工程基础工程中。
在深厚覆盖层地区修建大跨拱桥，其拱座基础的选型将对拱桥建成后正常服役起到至关重要的作用，所选择的基础形式应不仅具备巨大的水平承载性能，且应同时具备有优越的竖向荷载承载性能，如仍采用传统的以岩层为持力层的明挖扩大重力式基础，将使得基础的施工难度及造价显著攀升，且较难满足设计要求。且因深厚覆盖层地区拱座基础区域下覆土体多与临江水系有着水力联系，给后续拱桥上部结构的施工及后期运营安全带来诸多不确定因素，而拱桥环形地下连续墙基础以其强大的整体刚度、优越的防渗及巨大的抗倾覆性能，且桩基础作为一种承受竖向荷载性能优越的深基础形式，两者的组合将使得其成为深厚覆盖层地区修建大跨拱桥拱座基础的重要备选基础形式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对深厚覆盖层地区修建大跨拱桥采用基岩作为拱座基础持力层所带来的施工难度大、造价高的问题，提出了一种应用于深厚覆盖层地区的大跨拱桥组合基础。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种深厚覆盖层地区大跨拱桥环形地下连续墙基础，包括环形地下连续墙、帽梁、内衬墙、底板、拱座、盖板和桩基础；所述环形地下连续墙包括Ⅰ期槽段和Ⅱ期槽段，Ⅰ期槽段和Ⅱ期槽段均为圆弧形，Ⅰ期槽段的长度大于Ⅱ期槽段的长度，若干所述Ⅰ期槽段和若干所述Ⅱ期槽段相间隔形成环状，且所述Ⅰ期槽段的底部和所述Ⅱ期槽段的底部均嵌入基岩层；所述帽梁呈环形结构，所述帽梁沿所述环形地下连续墙的轮廓设置且位于所述环形地下连续墙的顶部；所述内衬墙紧贴所述环形地下连续墙的内侧壁；所述底板呈平板结构并平铺于所述环形地下连续墙内并位于所述环形地下连续墙中部，所述底板的侧面与所述环形地下连续墙内侧壁相接；所述拱座设于所述底板的上端面；所述盖板封盖所述环形地下连续墙的上部开口，所述盖板的顶部与所述帽梁顶面齐平；所述桩基础位于环形地下连续墙内，所述桩基础的上端嵌入所述底板，所述桩基础的下端嵌入基岩层。
进一步的，若干所述桩基础分布于一个六边形区域内，所述桩基础采用非挤土桩施工工艺施工，所述非挤土桩施工工艺包括冲孔灌注桩和钻孔灌注桩。
进一步的，所述环形地下连续墙、帽梁、内衬墙、底板、拱座、盖板和桩基础均为现浇的钢筋混凝土结构。
进一步的，所述Ⅰ期槽段和所述Ⅱ期槽段的嵌入深度均大于4.0m，所述Ⅰ期槽段和所述Ⅱ期槽段的厚度均为0.8m-1.6m。
进一步的，所述帽梁的外沿厚度1.5-2.5m，所述帽梁的内沿厚度为2.0-3.5m，且所述帽梁内沿的厚度小于所述帽梁的外沿厚度；所述帽梁顶部宽度大于所述环形地下连续墙厚度，所述帽梁外沿墙面至所述环形地下连续墙外侧墙面的水平距离为1.0-1.5m，所述帽梁内沿墙面与所述内衬墙的外侧墙面齐平；所述帽梁分段浇筑，所述帽梁的施工缝与所述环形地下连续墙的各槽段接缝错开设置。
进一步的，所述内衬墙沿竖向分层浇筑，每层所述内衬墙均为分段浇筑，且所述内衬墙的施工缝与所述帽梁施工缝、所述环形地下连续墙的各槽段接缝均错开；最上一层所述内衬墙的外侧墙面与所述帽梁的侧面齐平，其余层所述内衬墙的厚度应较最上一层内衬墙大 0.5-0.75m；每层所述内衬墙的高度之和与基坑开挖深度相等。
进一步的，所述底板的厚度为5-8m。
进一步的，所述拱座的高度为18-25m，所述拱座的宽度为8-13m；所述拱座为分离式且分层浇筑结构，分层浇筑次数为5-7次。
进一步的，还包括后浇带，所述后浇带位于所述拱座与所述内衬墙之间；所述后浇带为一次浇筑完成，所述后浇带的顶面与所述盖板底部齐平；待所述后浇带施工完成后于所述拱座与所述内衬墙之间回填砂土，砂土顶面与所述盖板底面齐平。
进一步的，所述盖板的厚度为0.5-0.8m，且为一次浇筑完成的钢筋混凝土结构。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的环形地下连续墙包括Ⅰ期槽段10和Ⅱ期槽段并形成环形结构，环向刚度大、通过六边形分布的桩基础且下端嵌入基岩层，使得抗倾覆及抗滑移性能强，其中地下连续墙基础主要用于承担上部结构传递的水平承载力，桩基础主要用于承担上部结构传递的竖向承载力，且能满足大跨拱桥上部结构对水平位移及竖向位移的严苛要求。本发明同时具有挡土、防渗、承载的三大功能，能够满足深厚覆盖层地区且下覆土层与临江水系有水力联系的工况下大跨拱桥施工、运营阶段对基础结构性能的要求。
(2)本发明采用现浇的钢筋混凝土结构，通过将环形地下连续墙、帽梁、内衬墙和拱座均采用分段式浇筑，浇筑是各处接缝均错开设置，可保证结构强度的同时，大幅降低深厚覆盖层地区修建大跨拱桥拱座基础的施工难度和造价。
(3)本发明还包括后浇带，通过设置有后浇带，防止现浇钢筋混凝土结构由于温度、收缩不均可能产生的有害裂缝，可对组合基础进一步加固。
附图说明
图1为本发明的平面布置图；
图2为本发明的正视图；
图3为本发明的左视图；
图4为本发明的环形地下连续墙的施工槽段分布图；
图5为本发明的横截面图；
图6为本发明桩基础的分布图。
附图中，1-环形地下连续墙、2-帽梁、3-内衬墙、4-底板、5-拱座、6-盖板、7-桩基础、8-回填砂土、9-后浇带、10-Ⅰ期槽段、11-Ⅱ期槽段。
具体实施方式
为使本发明的技术特点及优点更加清楚，以方便实际工程中的应用，下面将对本发明中所涉及的技术方案及具体实施方法进行详尽、完整的描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而非全部。基于本实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护范围。
如图1到图6所示，一种深厚覆盖层地区大跨拱桥环形地下连续墙基础，包括环形地下连续墙1、帽梁2、内衬墙3、底板4、拱座5、盖板6、桩基础7和后浇带9；其中：
所述环形地下连续墙1包括Ⅰ期槽段10和Ⅱ期槽段11，所述Ⅰ期槽段10和所述Ⅱ期槽段11相间连接相接形成环状，且所述Ⅰ期槽段10的底部和所述Ⅱ期槽段11的底部均嵌入基岩层；所述Ⅰ期槽段10和所述Ⅱ期槽段11的嵌入深度均大于4.0m，所述Ⅰ期槽段10和所述Ⅱ期槽段11的厚度均为0.8m-1.6m。所述帽梁2沿所述环形地下连续墙1的轮廓设置且位于所述环形地下连续墙1的顶部；所述帽梁2的外沿厚度1.5-2.5m，所述帽梁2的内沿厚度为2.0-3.5m，且所述帽梁2内沿的厚度小于所述帽梁2的外沿厚度；所述帽梁2顶部宽度大于所述环形地下连续墙1厚度，所述帽梁2外沿墙面至所述环形地下连续墙1外侧墙面的水平距离为1.0-1.5m，所述帽梁2内沿墙面与所述内衬墙3的外侧墙面齐平；所述帽梁2分段浇筑，所述帽梁2的施工缝与所述环形地下连续墙1的各槽段接缝错开设置。
所述内衬墙3紧贴所述环形地下连续墙1的内侧壁；所述内衬墙3沿竖向分层浇筑，每层所述内衬墙3均为分段浇筑，且所述内衬墙3的施工缝与所述帽梁2施工缝、所述环形地下连续墙1的各槽段接缝均错开；最上一层所述内衬墙3的外侧墙面与所述帽梁2的侧面齐平，其余层所述内衬墙3的厚度应较最上一层内衬墙3大0.5-0.75m；每层所述内衬墙3的高度之和与基坑开挖深度相等。所述底板4呈平板结构并平铺于所述环形地下连续墙1内，所述底板4的侧面与所述环形地下连续墙1内侧壁相接，所述底板4的厚度为5-8m。所述拱座5设于所述底板4的上端面；所述盖板6的顶部与所述帽梁2顶面齐平，所述盖板6覆盖所述环形地下连续墙1的上部开口；所述盖板6的厚度为0.5-0.8m，且为一次浇筑完成的钢筋混凝土结构。所述拱座5的高度为18-25m，所述拱座5的宽度为8-13m；所述拱座5为分离式且分层浇筑结构，分层浇筑次数为5-7次。
所述桩基础7位于环形地下连续墙1内，若干所述桩基础7分布于一个六边形区域内；所述桩基础7的上端嵌入所述底板4，所述桩基础7的下端嵌入基岩层；所述桩基础7采用非挤土桩施工工艺施工，所述非挤土桩施工工艺包括冲孔灌注桩和钻孔灌注桩。所述后浇带 9位于所述拱座5与所述内衬墙3之间；所述后浇带9为一次浇筑完成，所述后浇带9的顶面与所述盖板6底部齐平；待所述后浇带9施工完成后于所述拱座5与所述内衬墙3之间回填砂土8，砂土顶面与所述盖板6底面齐平。本实施例中，所述环形地下连续墙1、帽梁2、内衬墙3、底板4、拱座5、盖板6和桩基础7均为现浇的钢筋混凝土结构。
基于上述结构，本实施例的施工步骤具体包括如下：
(1)桩基础7的施工：根据设计土体与现场测量放点，确定各桩基础7的具体位置，桩基施工采用非挤土桩施工工艺，如冲击灌注桩及钻孔灌注桩，桩基的施工顺序先中间后两边。当开挖成孔并采用泥浆护壁后，及时浇筑水下混凝土，灌注过程中当桩顶标高达到设计标高后停止混凝土的灌注，然后采用回填砂土8的方式将桩顶至地表深度范围内的钻孔填筑压实。
(2)环形地下连续墙1导墙施工：导墙设置于环形地下连续墙1两侧，起到承担施工设备荷载、指引铣槽机导向、防止槽段上部塌孔的作用，导墙可由“L”、“[”形钢筋混凝土墙组成，一般“L”形布置在外侧，“[”形布置在内侧。
(3)泥浆循环系统准备：为防止环形地下连续墙1各槽段开挖过程中发生塌孔失稳现象，采用泥浆护壁处理措施来保证槽壁的稳定，且泥浆还起到润滑、悬浮钻渣、冷却钻具的作用。如果施工现场受场地面积的限制，泥浆循环系统可设置于环形地下连续墙1内侧，现场开挖储浆池、搅拌池、循环池。由泥浆泵将膨化好的泥浆抽至槽孔内以起到护壁的作用，泥浆液面不低于导墙顶面，对于后期指标不合格的泥浆，如浇筑混凝土回收的泥浆可由液压铣反循环抽出泥浆送至泥浆净化器，并抽送至储浆池。
(4)泥浆的制备：护壁泥浆可由中粘度的钠基膨润土与清水按照一定的配比配置，一般为100：1000，经旋流式高速泥浆搅拌机搅拌后放入新浆池中静置膨化24h，膨化好后的浆液中不出现离析、沉淀等现象。待泥浆浆液指标达到要求即可使用，如果循环应用后的泥浆的指标不符合要求，可于浆液中加入羧甲基纤维素纳(CMC)或Na2CO3来增大浆液的粘度，加入重晶石粉以增大浆液的重度，使其达到使用指标后可再次使用。
(5)环形地下连续墙1施工：环形地下连续墙1跳孔施工，首先采用抓斗挖除上覆的土层，对于较为坚硬的基岩层则采用铣槽机来破碎挖除，其中Ⅰ期槽段10采用三铣成槽，Ⅱ期槽段11采用一铣成槽，Ⅰ期槽段10的宽度约为Ⅱ期槽段11的三倍。施工时清除槽段两侧土体，再清除中部槽段土体，铣槽全过程采用泥浆护壁，成槽过程中对液压导向板的垂直度跟踪纠偏，保证其垂直度控制在1/300以下。槽段开挖完成后采用成槽机清除孔底淤泥，并采用钢丝刷对槽壁进行刷壁处理，直至钢丝刷上无附着淤泥为止，以此来保证各槽段之间的连接质量。
(6)钢筋笼加工：钢筋笼的半成品在钢筋加工厂加工(下料、弯曲、开牙等)，依据进度分批次运至现场拼装，钢筋笼拼装依据先下后上，先桁架再单根的原则制作，钢筋笼一次拼装成型。钢筋笼两端设PVC段定位器，长度方向设钢板定位器，钢筋笼上端主筋外套PVC管，便于后期桩头的凿除。
(7)钢筋笼吊装：地连墙钢筋笼采用两台吊车吊装，钢筋笼最大重量为35t，采用一台 180t履带吊作为主吊；80t作为副吊，辅助空中翻身，采用“钢扁担”双钩起吊，主钩8-10个吊点，布置在上部；副吊6-8吊点，布置在中下部。
(8)混凝土浇筑：Ⅰ期槽段10布置两根Φ280mm导管，Ⅱ期槽段11布置1根，导管安装前，进行抗压、气密性试验。混凝土浇筑采用隔离球法浇筑首盘混凝土，首先注入少量砂浆润滑，再灌入混凝土，挤出球塞埋住导管底端，各导管均匀进料，混凝土面高差不大于0.5m，导管埋深不得小于2m，每30min测量一次混凝土面高度。两侧Ⅰ期槽段10施工完成7天之后才能施工其中间的Ⅱ期槽段11。
(9)帽梁2施工：环形地下连续墙1施工完成后即可开展上部帽梁2的施工，首先开挖帽梁2段基坑，开挖至设计标高后，清底验槽完成后即可开展帽梁2的混凝土浇筑工作，帽梁2分段浇筑，其施工缝与环形地下连续各槽段的接缝错开。
(10)基坑开挖和内衬墙3施工：帽梁2施工完成后即可开展基坑开挖工作，当基坑开挖至每段内衬墙3底部标高时及时浇筑该圈内衬墙3，内衬墙3分段浇筑，其施工缝与帽梁2 及环形地下连续墙1各槽段的接缝错开。
(11)底板4施工：基坑开挖至设计标高且清底验槽完成后即可开展底板4施工工作，清底时将之前施工的桩基础7顶部按设计要求切割并清洗干净，底板4一次浇筑，因底板4 的一次浇筑混凝土方量较大，参照大体积混凝土施工流程指导具体施工工作。
(12)拱座5施工：拱座5施工分层浇筑，底板4施工完成后且其上部混凝土强度满足施工作业强度时立即开展拱座5第一层混凝土的施工工作，间隔时间不易超过10天。
(13)后浇带9施工：拱座5施工完成后即可开展拱座5与内衬墙3之间的后浇带9施工工作，后浇带9分层施工，且每层间的施工缝与拱座5施工缝错开。
(14)回填砂土：拱座5及后浇带9施工完成后即可开展砂土回填工作，按照设计级配的砂土及压实度回填拱座5与内衬墙3之间的空间，砂土回填高度与盖板6底面齐平。
(15)盖板6施工：砂土回填完成后即可开展盖板6施工工作，盖板6一次浇筑完成，浇筑完成后注意盖板6的养护工作。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换而这些修改或者替换并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种深厚覆盖层地区大跨拱桥环形地下连续墙基础，其特征在于：包括环形地下连续墙、帽梁、内衬墙、底板、拱座、盖板和桩基础；所述环形地下连续墙包括Ⅰ期槽段和Ⅱ期槽段，Ⅰ期槽段和Ⅱ期槽段均为圆弧形，Ⅰ期槽段的长度大于Ⅱ期槽段的长度，若干所述Ⅰ期槽段和若干所述Ⅱ期槽段相间隔形成环状，且所述Ⅰ期槽段的底部和所述Ⅱ期槽段的底部均嵌入基岩层；所述帽梁呈环形结构，所述帽梁沿所述环形地下连续墙的轮廓设置且位于所述环形地下连续墙的顶部；所述内衬墙紧贴所述环形地下连续墙的内侧壁；所述底板呈平板结构并平铺于所述环形地下连续墙内并位于所述环形地下连续墙中部，所述底板的侧面与所述环形地下连续墙内侧壁相接；所述拱座设于所述底板的上端面；所述盖板封盖所述环形地下连续墙的上部开口，所述盖板的顶部与所述帽梁顶面齐平；所述桩基础位于环形地下连续墙内，所述桩基础的上端嵌入所述底板，所述桩基础的下端嵌入基岩层；
若干所述桩基础分布于一个六边形区域内，所述桩基础采用非挤土桩施工工艺施工，所述非挤土桩施工工艺包括冲孔灌注桩和钻孔灌注桩；
所述帽梁的外沿厚度1.5-2.5m，所述帽梁的内沿厚度为2.0-3.5m，且所述帽梁内沿的厚度小于所述帽梁的外沿厚度；所述帽梁顶部宽度大于所述环形地下连续墙厚度，所述帽梁外沿墙面至所述环形地下连续墙外侧墙面的水平距离为1.0-1.5m，所述帽梁内沿墙面与所述内衬墙的外侧墙面齐平；所述帽梁分段浇筑，所述帽梁的施工缝与所述环形地下连续墙的各槽段接缝错开设置；
所述内衬墙沿竖向分层浇筑，每层所述内衬墙均为分段浇筑，且所述内衬墙的施工缝与所述帽梁施工缝、所述环形地下连续墙的各槽段接缝均错开；最上一层所述内衬墙的外侧墙面与所述帽梁的侧面齐平，其余层所述内衬墙的厚度应较最上一层内衬墙大0.5-0.75m；每层所述内衬墙的高度之和与基坑开挖深度相等；
还包括后浇带，所述后浇带位于所述拱座与所述内衬墙之间；所述后浇带为一次浇筑完成，所述后浇带的顶面与所述盖板底部齐平；待所述后浇带施工完成后于所述拱座与所述内衬墙之间回填砂土，砂土顶面与所述盖板底面齐平。
2.根据权利要求1所述的一种深厚覆盖层地区大跨拱桥环形地下连续墙基础，其特征在于：所述环形地下连续墙、帽梁、内衬墙、底板、拱座、盖板和桩基础均为现浇的钢筋混凝土结构。
3.根据权利要求1所述的一种深厚覆盖层地区大跨拱桥环形地下连续墙基础，其特征在于：所述Ⅰ期槽段和所述Ⅱ期槽段的嵌入深度均大于4.0m，所述Ⅰ期槽段和所述Ⅱ期槽段的厚度均为0.8m-1.6m。
4.根据权利要求1所述的一种深厚覆盖层地区大跨拱桥环形地下连续墙基础，其特征在于：所述底板的厚度为5-8m。
5.根据权利要求1所述的一种深厚覆盖层地区大跨拱桥环形地下连续墙基础，其特征在于：所述拱座的高度为18-25m，所述拱座的宽度为8-13m；所述拱座为分离式且分层浇筑结构，分层浇筑次数为5-7次。
6.根据权利要求1所述的一种深厚覆盖层地区大跨拱桥环形地下连续墙基础，其特征在于：所述盖板的厚度为0.5-0.8m，且为一次浇筑完成的钢筋混凝土结构。
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