广清高速倒虹吸顶管优化设计

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1、广清高速倒虹吸顶管优化设计第1期2011年1月广东水利水电GUANGDONGWATERRES0URCESANDHYDROP0WERNo.1Jan.2011广清高速倒虹吸顶管优化设计陈梅(广州市水务规划勘测设计研究院,广东广州510640)摘要:结合广清高速倒虹吸段地勘资料,对原箱涵顶推方案进行了修改和优化,实践证明是成功的.关键词:箱涵顶推;顸管;设计修改中图分类号:TV672.3文献标识码:B文章编号:1008—0112(2011)01—0034—031工程概述广州市北部水系建设引水干渠工程渠道需要穿越广清高速公路主线及其2条收

2、费匝道,为此,经综合比较设计在穿过广清高速公路主线及2条地面匝道处布置了倒虹吸,倒虹吸两端通过一段U形开口明渠与引水干渠衔接.2区域地质概况根据钻孔揭露,地层大致可划分为以下几层:①人工填土由粘性土,碎石,砂粒等组成,稍湿,松散,厚度为1.20～2.30m.②一1中粗砂浅灰～灰黄色,饱和,级配一般,磨圆度较差,颗粒呈次棱角状,含大量石英质角砾,粒径为3～5mm,稍密.③一2粉质粘土黄褐色,湿,土质较均一,局部含少量砂粒,粘性较好,软塑～可塑状,④一3粗砂黄褐色～浅灰色,饱和,级配一般,磨圆度较差,颗粒呈次棱角状,含大量石英质角砾,

3、粒径为3～5mm,含少量粘粒,中密.⑤一4粉质粘土黄褐色～浅灰色,湿,土质不均一,局部含少量砂粒,粘性较好,可塑～硬塑.⑥炭质灰岩全风化土黑色,呈粉质粘土状,稍湿,原岩结构大部分破坏,土质较均一,局部夹未完全风化的岩块,粘性较好,土芯遇水易软化,崩解,硬塑～坚硬状,局部可塑状.⑦弱风化炭质灰岩黑色,岩芯呈圆柱状,局部破碎呈块状,岩质较硬,裂隙发育,见石英岩脉,局部夹强风化岩块.3原设计方案3.1断面设计倒虹吸箱涵设计为单箱双室钢筋混凝土结构,混凝土强度等级为C40,防水等级为S8,顶底板厚度为0.6m,根据过水断面要求箱涵净高设计

4、为3m,结构横断面如下:0.6m(侧墙)+4.65m(左箱室)+0.5m(中墙)+4.65m(右箱室)+0.6m(侧墙)=11rn两侧倒虹吸开口段结构设计为u形框架结构,混凝土强度等级为C40,防水等级为S8,底板厚度为0.6m,结构横断面如下:0.6m(侧墙)+9.8m(过水断面)+0.6m(侧墙)=11m与引水干渠衔接的过渡段,渠道两侧采用高4～6m的7.5号浆砌石挡墙,渠底铺砌为浆砌石+C25素混凝土.3.2施工方案为了不影响广清高速主线及2条地面匝道的交通,原设计广清高速主线及2条地面匝道下的箱涵节段采用预制顶推施工,其余

5、箱涵节段和两侧u形框架结构采用明挖现浇施工.考虑到广清高速公路及其匝道车流量大,车辆荷载大,为了保证顶推施工期间的交通安全,防止路基沉降和路面开裂,设计对箱涵上部土体进行超前支护,超前支护采用长管棚,超前长管棚采用收稿日期:2010—09—20;修回日期:2010—10—13作者简介:陈梅(1974一),女,本科,高级工程师,从事水工建筑结构设计工作.?34?2011年1月第1期陈梅:广清高速倒虹吸顶管优化设计~108mm的热轧无缝钢管,壁厚为8mm,仰角为1.,管内注水泥～水玻璃浆,超前支护完成并达到强度后方进行顶推施工.3.3

6、设计变更原因原设计缺少倒虹吸结构段的地质资料,根据补充的地质勘察资料反映该地区地下水位较高,而且存在较厚的透水层.依据补充的地质资料对原顶推箱涵设计进行了验算,原设计倒虹吸箱涵结构底标高为0.20m,主要位于中粗砂层,而地下水位标高为6.10m,穿越广清高速和2条匝道的箱涵顶推施工时必须采用井点降水将地下水位降至结构底板以下,经过计算水位下降6m后广清高速路面的沉降值达到13.2cm,将导致广清高速路面开裂;并且广清高速主线现状路基宽度达到47m,结构底中粗砂层下1m即为粉质粘土层,实际上采用井点降水很难将如此大范围内的地下水位降

7、至结构底板以下,此段地下水量十分丰富,箱涵顶推施工时易出现管涌塌方等现象,对施工安全和广清高速路基稳定性造成威胁,因此必须修改原设计方案.4优化后设计方案4.1修订设计断面修订后的设计方案在下穿广清高速主线及2条地面匝道改为泥水平衡式机械顶管,根据过水断面的要求采用4条直径为2.8m的钢筋混凝土管,壁厚为0.3m,按顶管施工要求各管之间净距为3.5m,这导致倒虹吸结构净宽增加至24.1m,顶管长度共180m.其余倒虹吸结构采用四孑L箱形闭合钢筋砼结构,砼强度等级为C30,抗渗等级为s8,净高为2.8m,采用明挖现浇施工,结构顶底板

8、厚度为0.8m,壁厚为0.7～0.8m;两侧u形框架结构和与引水干渠衔接的过渡段设计与原设计相同.倒虹吸断面设计见图1～图4.图1倒虹吸纵剖面示意(单位:高程m;长度mm).n图2A—A剖面示意(单位:高程m;长度mm)图3B—B剖面示意(单位:高