徐明高速公路淮河桥上部结构施工方案对淮北大堤影响分析

程诚

徐明高速公路淮河桥上部结构施工方案对淮北大堤影响分析

程诚

一、基本情况

1.桥梁概况

徐明高速公路淮河特大桥位于五河县头铺镇和小溪镇境内，自北往南分别跨越淮北大堤、淮河主河道和花园湖行洪区，起讫点桩号为K116+067.5～K119+369.5，全长3302m。

主桥跨越淮河主河道，跨径布置为246m+125m，采用独塔双索面塔墩梁固结体系，主梁主跨为钢箱梁，副跨为预应力混凝土箱梁，采用分离式断面，左右幅通过横梁联系，主梁全宽33.25m，梁高3.2m，主塔采用方尖碑式混凝土塔柱，塔高150.3m，下部采用承台及群桩基础。桥梁轴线的法线方向与淮河水流流向的交角为0°，通航孔由主桥246m的主跨跨越，南岸花园湖行洪堤由边跨跨越，全桥满足通航净宽、净空要求。

北岸跨淮北大堤引桥采用32.5m+60m+32.5m预应力混凝土变截面直腹板连续箱梁，为双幅单箱单室箱型截面，箱梁梁高按二次抛物线变化，墩顶根部梁高3.3m，跨中梁高1.6m，单幅箱梁顶板宽度13.125m,底板宽度7.0m，腹板厚50cm，顶板厚28cm，底板厚30～60cm；其他引桥均采用40m等高度预应力混凝土连续箱梁，北岸引桥长768m，南岸引桥长2163m。桥梁下部为钢筋混凝土实体花瓶墩，跨堤引桥主墩基础采用两根直径2.5m的钻孔灌注桩，过渡墩基础采用两根直径2.0m的钻孔灌注桩，均按摩擦桩设计；北引桥桥墩基础采用4根直径1.5m的钻孔灌注桩，均按摩擦桩设计，南引桥桥墩基础采用2根直径2.0m的钻孔灌注桩，根据地勘资料，分别按摩擦桩和嵌岩桩设计。

2.淮北大堤涡下段

淮北大堤涡下段上起安徽省怀远县涡河口，下至江苏省下草湾拦河坝，全长约123.69km，是淮河干流中游最重要的堤防之一，涡东堤圈保护面积7429km2，耕地591万亩，人口318万。淮北大堤涡下段堤防等级为1级，防洪标准为100年一遇，标准断面为：堤顶按设计洪水位超高2.0m，堤顶宽10m，外坡1∶3，内坡堤顶以下3m处设2m宽平台，平台以上边坡1∶3，平台以下边坡1∶5。

徐明高速淮河特大桥相应淮北大堤桩号74+430，桥址处淮河百年一遇设计防洪水位20.40m。实测淮北大堤断面堤顶高程22.80m，堤顶宽8.9m；外坡1∶2.88，内坡无明显平台，堤顶以下3.15m至堤顶边坡1∶3.23，3.15m以下边坡1∶5.65，现状堤防断面满足标准断面要求。堤防迎水坡建有现浇混凝土护坡，护坡封顶在设计洪水位以上1.0m，坡面其他部位为草皮护坡；堤顶建有混凝土防汛道路，路面宽6.0m。

3.缘由

徐明高速公路淮河特大桥设计跨淮北大堤采用32.5m+60m+32.5m连续箱梁，其中跨堤第9跨箱梁的8#、9#桥墩已施工完毕，由于桥墩结构未按箱梁挂蓝施工工艺设计，现无法满足挂蓝施工要求，只能采用满堂支架施工方案。

二、跨淮北大堤连续箱梁施工方案

1.满堂支架

根据现浇箱梁跨径大、结构对称、变截面端部厚、跨中薄的特点，施工方案拟采用梁体分段现浇、张拉，设置临时支撑，充分利用墩身对称受力，减少跨中竖向支撑力，从而减轻对大堤的影响。具体浇筑次序：第一次浇筑靠墩身两侧部位（各长11m，浇筑完毕进行钢绞线张拉施工）；第二次浇筑跨中两段（各长16m，浇筑完毕进行钢绞线张拉施工）；第三次浇筑合拢段（3段，各长2m，浇筑完毕整体钢绞线张拉施工）。满堂脚手采用碗扣支架，支架立杆、水平杆、斜撑均采用5cm钢管，立杆纵向布置间距靠桥墩两侧16.5m内为0.6m，中间为0.9m，横桥向间距0.9m；碗扣支架按规范要求设置剪刀撑，使之形成整体稳定结构；碗扣支架顶端横桥向布设10cm×15cm方木，其上纵向再布设10cm×10cm方木，最后满铺1.5cm竹胶板作为箱梁底模。立杆底部设置可调底座，上端包括可调螺杆，采用U形顶托支撑在模板主肋的底部。

考虑施工期淮北大堤堤顶交通不得中断，在满堂支架堤顶部位设置通道，采用φ800@3000钢管支柱，支柱顶部顺堤向架设50工字钢，工字钢上横堤向架设专用横梁，横梁上设满堂支架。通道宽4.5m，净空5.3m，满足防汛交通要求。

2.堤坡硬化处理

根据施工项目部现浇箱梁支架计算书，碗扣满堂支架立柱荷载最大：堤坡12.1kN、堤顶16.9kN，换算成单位面积荷载分别为22.4kN/m2和31.3kN/m2，满堂支架荷载并不大，均小于淮北大堤堤身土允许承载力120～150kN/m2，不会造成堤身受力破坏。但由于现浇箱梁施工过程中对模板支架变形控制要求十分严格，为有效减小支架基础变形，需进行地基处理。常规处理方法：清除地表20cm浮土，戗灰处理地基80cm，分层整平压实，表面压实度达到95%以上，再用10cm混凝土封面处理。鉴于跨堤段地基为堤身，无法按常规进行戗灰处理，且斜坡面不利支架立杆底座稳定和传力，需做特殊处理。

根据上述箱梁施工方案，跨堤立杆纵向布置间距为0.6m和0.9m，设计沿堤坡修筑硬化台阶，台阶宽度对应上部立杆布置分别取0.6m和0.9m，立杆底座位于台阶中部，保证底座支撑稳定和受力安全。考虑淮北大堤整洁美观和标准化管理需要，堤坡硬化为临时结构，箱梁浇筑完成后应予拆除，综合施工及使用条件，背水坡面选择M5浆砌片石结构，为保证整体受力安全，要求台阶肋板厚度不小于0.2m；迎水侧现有混凝土护坡经历2003年和2007年大水冲刷，底部可能淘空，为安全计，建议将现有护坡拆除，迎水坡面做0.5m厚水泥土处理垫层，其上再浇筑C10混凝土台阶。背水植草坡面需先做平均厚度0.15m清基，顺坡面压实，再砌筑台阶。现浇混凝土、浆砌片石砌筑后应加强养护，台阶强度达0.5MPa方可上人立排架，达设计强度才能现浇箱梁。

三、稳定计算

1.堤防抗滑稳定分析

（1）计算条件

根据《徐州至明光高速公路五河淮河公路桥防洪评价报告》中工程地质勘察报告，堤身土质以轻粉质壤土、砂壤土为主，堤基上部为砂壤土、轻粉质壤土壤土，下部为轻粉质壤土、中、重粉质壤土、砂层等互层，且分布不均。选取大桥轴线现状断面进行稳定计算。地基基本情况见表1。

本次重点复核现浇箱梁满堂支架对堤坡稳定影响，考虑施工期为汛后枯水期，历时较短，桥位处堤脚滩地高程约18.00m，相对较高，计算时取内外无水。

（2）计算方法

依据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）中有关堤防抗滑稳定计算计算的规定，选用河海大学工程力学研究所研制的《土石坝稳定分析系统(HH-slopev1.3)》计算程序，对淮北大堤进行抗滑稳定分析。

表1 堤防土质特性表

表2 堤防抗滑稳定计算成果表

表3 接触面抗滑稳定计算成果表

（3）计算结果

按计算条件所选定的断面和计算方法所确定的计算理论，根据地质勘探资料对堤基进行抗滑稳定分析，计算结果见表2。

2.沿硬化坡面稳定分析

依据《水闸设计规范》SL265-2001，接触面抗滑计算公式：

式中：Kc—抗滑稳定安全系数；

G—作用在堤防上的全部纵向荷载；

H—作用在堤防上的全部水平方向荷载；

f—基底面与地基之间的摩擦系数，迎水坡为土基与混凝土面，背水坡为土基与浆砌石面，均取f=0.40。

接触面抗滑计算结果见表3。

四、对淮北大堤影响分析及补救措施

由上述分析计算，跨堤现浇箱梁满堂支架方案施工不会造成淮北大堤堤坡稳定性破坏，但堤坡支架底座临时硬化处理破坏了桥位处堤容堤貌，影响堤防标准化管理，桥梁施工完成后应予补救恢复。

迎水侧混凝土台阶与该段上下游护坡面不一致，应予拆除，水泥土垫层可予保留，作为堤防的防渗层，其上做碎石垫层，重新浇筑C20混凝土护坡，结构层及坡面分缝、排水等设计标准均同原混凝土护坡。

植草坡面在浆砌片石硬化台阶拆除，砂浆、碎石等建筑垃圾清除干净后，贴坡加培20cm厚粉质壤土以恢复原堤防断面，为防止冲刷，新加坡面需压实，待开春后铺狗牙根草皮护坡。

在堤顶通道上下游应完善交通安全防护措施，施工期加强交通管制。

施工期应加强堤防巡查和变形观测，发现异常情况，第一时间上报河道主管部门，以便及时采用处理措施，确保堤防及桥梁施工安全

（作者单位：安徽省淮河河道管理局233000）