本發(fā)明涉及水下建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種深水下交通廊道結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還涉及這種結(jié)構(gòu)的施工方法。

背景技術(shù)：

三峽工程蓄水后，重慶涪陵的白鶴梁題刻長(zhǎng)年淹沒于10-40m水下。2001年2月，確定對(duì)白鶴梁題刻采用原址水下保護(hù)方案，即在題刻上興建一座保護(hù)罩，將文物題刻與外界環(huán)境隔離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)目的。白鶴梁保護(hù)工程由地面陳列館、水下保護(hù)體及交通廊道三部分組成。交通廊道分為坡形交通廊道和水平交通廊道兩部分。坡形交通廊道基礎(chǔ)布置在已建的長(zhǎng)江堤防碾壓堆石體斜坡上，水平交通廊道布置在河床上，每條廊道長(zhǎng)度約140m，共兩條。白鶴梁保護(hù)工程水下交通廊道是連接地面陳列館和水下保護(hù)體的重要組成部分，其安全性、適用性直接影響到水下保護(hù)體的正常使用。

交通廊道為帶狀結(jié)構(gòu)，正截面外輪廓尺寸5.0×5.8m(寬×高)，正截面內(nèi)空凈尺寸3.4×4.2m(寬×高)，側(cè)墻、頂板、底板厚度均為0.8m，頂板在兩端起拱，內(nèi)拱半徑0.9m。底板內(nèi)側(cè)腋角為300×300mm；坡形交通廊道底部?jī)蓚?cè)設(shè)墻趾，外挑凈寬0.7m，厚0.8m，形成全封閉式帶狀水下結(jié)構(gòu)。坡形交通廊道每11.0m設(shè)變形縫一道，中間不設(shè)施工縫；水平交通廊道每20m設(shè)變形縫一道，中間設(shè)不設(shè)施工縫；坡形交通廊道與水平交通廊道的連接處按結(jié)構(gòu)形式平順過(guò)渡，端部加強(qiáng)配筋，坡形交通廊道端部下設(shè)混凝土基礎(chǔ)或振墩，不設(shè)接頭。

目前，比較常規(guī)的交通廊道結(jié)構(gòu)一般位于地面以上，起連接交通的作用，主要承受結(jié)構(gòu)自重、地震作用、正常使用活荷載及風(fēng)荷載、雪荷載等活荷載。白鶴梁水下交通廊道狹長(zhǎng)，受力復(fù)雜，在10～40m變動(dòng)深水中長(zhǎng)期運(yùn)行，廊道結(jié)構(gòu)除承受結(jié)構(gòu)自重外，還承受內(nèi)外水土壓力、水庫(kù)風(fēng)浪力、浮力、淤積泥沙作用于外側(cè)的壓力及意外撞擊力、地震作用、溫度應(yīng)力、混凝土收縮應(yīng)力等。

現(xiàn)還沒有水下建筑的保護(hù)結(jié)構(gòu)及這種結(jié)構(gòu)的施工方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種深水環(huán)境、復(fù)雜的受力條件下所采用的深水下交通廊道結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的第二目的是提供上述深水下交通廊道結(jié)構(gòu)的施工方法。

為實(shí)現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

深水下交通廊道結(jié)構(gòu)，包括水平交通廊道結(jié)構(gòu)和坡形交通廊道結(jié)構(gòu)；所述水平交通廊道結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)布置在河床上，一端與坡形交通廊道結(jié)構(gòu)相接，另一端與水下保護(hù)體相接；所述坡形交通廊道結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)布置在堤防的斜坡上，由樁基礎(chǔ)支撐，一端與水平交通廊道結(jié)構(gòu)相接，另一端與地面館連接；所述水平交通廊道結(jié)構(gòu)和坡形交通廊道結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)正截面為現(xiàn)澆鋼筋混凝土制成的箱形截面；

所述水平交通廊道結(jié)構(gòu)包括：基巖面、混凝土墊層、箱形截面、漿砌塊石、砂碎石和石料；所述混凝土墊層位于基巖面上；所述箱形截面位于混凝土墊層的中間位置上；所述漿砌塊石位于混凝土墊層上并對(duì)稱布置于箱形截面的兩側(cè)，且兩側(cè)漿砌塊石均由水平部位和斜坡部位組成；所述砂碎石位于漿砌塊石和石料之間，并對(duì)稱布置于箱形截面的兩側(cè)；所述石料由水平部位和斜坡部位組成，所述防錨塊石鑲嵌于石料的水平部位并對(duì)稱布置于箱形截面的兩側(cè)；

所述坡形交通廊道結(jié)構(gòu)包括：基巖面、砂碎石補(bǔ)償墊層、箱形截面、砂碎石、塊石、漿砌碎石墊層和預(yù)制混凝土塊；所述砂碎石補(bǔ)償墊層位于基巖面上并由水平部位和斜坡部位組成，所述斜坡部位下有碾壓堆石體；所述箱形截面位于砂碎石補(bǔ)償墊層的中間位置上；所述砂碎石位于砂碎石補(bǔ)償墊層上并對(duì)稱布置于箱形截面的兩側(cè)，且兩側(cè)砂碎石均由水平部位、上斜坡部位和下斜坡部位組成，所述下斜坡部位下有碾壓堆石體；所述預(yù)制混凝土塊由上水平部位、下水平部位和斜坡部位組成，所述上水平部位位于砂碎石水平部位上，所述下水平部位位于碎石墊層上，所述斜坡部位和砂碎石上斜坡部位之間澆筑有漿砌塊石；所述碎石墊層下有碾壓堆石體。

進(jìn)一步地，水平交通廊道結(jié)構(gòu)中所述砌塊石斜坡部位的坡度為1∶2；所述石料斜坡部位的坡度為1∶2；坡形交通廊道結(jié)構(gòu)中所述預(yù)制混凝土塊斜坡部位的坡度為1∶2；所述砂碎石補(bǔ)償墊層斜坡部位的坡度為1∶2；所述砂碎石下斜坡部位的坡度為1∶2，上斜坡部位的坡度為1∶1.5。

按上述方案，所述箱形截面，包括廊道側(cè)墻、廊道底板和廊道頂板；所述廊道側(cè)墻內(nèi)表面左側(cè)設(shè)置有混凝土回填步梯；所述廊道側(cè)墻內(nèi)表面右側(cè)設(shè)置有給排水管溝；所述給排水管溝的上方設(shè)置有管溝蓋板；所述混凝土回填步梯和排水管溝中間設(shè)置有電梯機(jī)坑；所述混凝土回填步梯、電梯機(jī)坑和給排水管溝位于廊道底板上。

進(jìn)一步地，所述主體結(jié)構(gòu)正截面外輪廓尺寸為5.0m×5.8m(寬×高)，凈空尺寸為3.4m×4.2m(寬×高)，廊道側(cè)墻、廊道頂板和廊道底板厚度均為0.80m，廊道頂板在兩端起拱，內(nèi)拱半徑0.9m，廊道底板內(nèi)側(cè)腋角為300×300mm。

對(duì)上述深水下交通廊道結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，所述水平交通廊道結(jié)構(gòu)的施工工序，包括以下步驟：1)進(jìn)行開挖，且末端開挖至基巖面；2)開挖清理至基巖面后，澆筑混凝土墊層；3)在混凝土墊層上澆筑箱形截面，箱形截面澆筑完后，采用漿砌塊石在廊道底板兩側(cè)的混凝土墊層上進(jìn)行護(hù)腳鎖定；4)護(hù)腳鎖定完后，在廊道側(cè)墻兩側(cè)進(jìn)行碎砂石回填并分層壓實(shí)，壓實(shí)系數(shù)0.94，邊坡1∶2(鉛直高度∶水平寬度)；5)回填壓實(shí)完后，在回填壓實(shí)的碎砂石層上回填1.5m厚石料和漿砌2m厚防錨塊石，回填的石料與漿砌的防錨塊石頂部齊平；

所述坡形交通廊道結(jié)構(gòu)的施工工序，包括以下步驟：1)拆除堤面預(yù)制混凝土塊和碎石墊層，進(jìn)行開挖，且末端開挖至基巖面；2)開挖至基巖面驗(yàn)槽后，采用細(xì)石混凝土對(duì)碾壓堆石體進(jìn)行混凝土注漿加固，并澆筑碎砂石補(bǔ)償墊層；3)在碎砂石補(bǔ)償墊層上澆筑箱形截面，箱形截面澆筑完后，采用漿砌塊石及時(shí)進(jìn)行護(hù)腳，并在廊道底板兩側(cè)鋪設(shè)墻趾墊層；4)護(hù)腳和墻趾墊層鋪設(shè)完后，在砂碎石補(bǔ)償墊層以上回填碎砂石，并分層壓實(shí)，壓實(shí)系數(shù)0.94，邊坡1∶1.5(鉛直高度∶水平寬度)；5)回填壓實(shí)完后，在護(hù)腳側(cè)面澆筑500mm厚砂碎石墊層，然后在頂面按堤防堤面標(biāo)準(zhǔn)恢復(fù)200mm厚預(yù)制混凝土塊護(hù)面。

進(jìn)一步地，坡形交通廊道結(jié)構(gòu)的施工工序步驟2)中的驗(yàn)槽由地質(zhì)勘察單位確認(rèn)持力層基巖面，設(shè)計(jì)單位對(duì)基礎(chǔ)平面尺寸、定位、標(biāo)高進(jìn)行確認(rèn)。

更進(jìn)一步地，坡形交通廊道結(jié)構(gòu)的施工工序步驟2)中的注漿加固的注漿孔直徑為110mm，孔深為開挖面以下7m。

再進(jìn)一步地，坡形交通廊道結(jié)構(gòu)的施工工序步驟3)中的墻趾墊層自廊道底板兩側(cè)向外擴(kuò)凈寬為0.7m，厚為0.8m。

還進(jìn)一步地，水平交通廊道結(jié)構(gòu)和坡形交通廊道結(jié)構(gòu)施工工序步驟3)中箱形截面施工采用鋼模板與箱形截面混凝土一起澆筑成整體，澆筑箱形截面混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C40，抗?jié)B等級(jí)為S12，抗凍等級(jí)為D200，所用膨脹劑為ZY型高性能高效混凝土膨脹劑。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、深水下交通廊道結(jié)構(gòu)拱頂連接處處理為圓弧狀，可增加此處的剛度，減少其應(yīng)力集中。

2、深水下交通廊道主體結(jié)構(gòu)施工采用鋼模板與主體結(jié)構(gòu)混凝土一起澆筑形成整體，減少了施工縫數(shù)量，有利于加快施工進(jìn)度，并增強(qiáng)結(jié)構(gòu)自防水。而且主體結(jié)構(gòu)混凝土采用ZY型高性能高效混凝土膨脹劑，可補(bǔ)償混凝土收縮，提高結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能，進(jìn)一步增強(qiáng)結(jié)構(gòu)自防水。

3、坡形交通廊道結(jié)構(gòu)及水平交通廊道結(jié)構(gòu)均嵌入河床，廊道頂部所占據(jù)的河道過(guò)流面積相對(duì)較小，減小了水庫(kù)風(fēng)浪力對(duì)廊道結(jié)構(gòu)的影響，且不影響該河段行洪。在三峽水庫(kù)低水位運(yùn)行條件下，不影響長(zhǎng)江航道的通航，解決了通航對(duì)保護(hù)工程帶來(lái)的安全問題。

4、坡形交通廊道結(jié)構(gòu)及水平交通廊道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)持力層位于基巖層，可顯著降低結(jié)構(gòu)沉降量，保證其滿足設(shè)計(jì)要求。

附圖說(shuō)明

圖1為深水下交通廊道結(jié)構(gòu)圖；

圖2為主體結(jié)構(gòu)箱形截面橫斷面圖；

圖3為水平交通廊道基槽回填橫斷面圖；

圖4為坡形交通廊道基槽回填橫斷面圖。

圖中：水平交通廊道結(jié)構(gòu)1、坡形交通廊道結(jié)構(gòu)2、堤防3、地面館4、水下保護(hù)體5、河床6、樁基礎(chǔ)7、廊道底板01、廊道側(cè)墻02、廊道頂板02、給排水管溝04、管溝蓋板05、電梯機(jī)坑06、混凝土回填步梯07、防錨塊石11、石料12、砂碎石13、漿砌塊石14、混凝土墊層15、箱形截面16、基巖面17、預(yù)制混凝土塊21、砂碎石補(bǔ)償墊層22、碾壓堆石體23、漿砌塊石24、砂碎石25、碎石墊層26。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，深水下交通廊道結(jié)構(gòu)，包括水平交通廊道結(jié)構(gòu)1和坡形交通廊道結(jié)構(gòu)2；所述水平交通廊道結(jié)構(gòu)1基礎(chǔ)布置在河床6上，一端與坡形交通廊道結(jié)構(gòu)2相接，另一端與水下保護(hù)體5相接；所述坡形交通廊道結(jié)構(gòu)2基礎(chǔ)布置在堤防3的斜坡上，坡度為30°，由樁基礎(chǔ)7支撐，一端與水平交通廊道結(jié)構(gòu)1相接，另一端與地面館4連接。

如圖2所示，所述的水平交通廊道結(jié)構(gòu)1和坡形交通廊道結(jié)構(gòu)2的主體結(jié)構(gòu)正截面為現(xiàn)澆鋼筋混凝土制成的箱形截面；所述箱形截面包括廊道底板01、廊道側(cè)墻02和廊道頂03板；所述廊道側(cè)墻02內(nèi)表面左側(cè)設(shè)置有混凝土回填步梯07；所述廊道側(cè)墻02內(nèi)表面右側(cè)設(shè)置有給排水管溝04；所述給排水管溝04的上方設(shè)置有管溝蓋板05；所述混凝土回填步梯07和排水管溝04中間設(shè)置有電梯機(jī)坑06；所述混凝土回填步梯07、電梯機(jī)坑06和給排水管溝04位于廊道底板01上。

如圖3所示，水平交通廊道結(jié)構(gòu)1包括：基巖面17、混凝土墊層15、箱形截面16、漿砌塊石14、砂碎石13和石料12；所述混凝土墊層15位于基巖面17上；所述箱形截面16位于混凝土墊層15的中間位置上；所述漿砌塊石14位于混凝土墊層15上并對(duì)稱布置于箱形截面16的兩側(cè)，且兩側(cè)漿砌塊石14均由水平部位和斜坡部位(坡度為1∶2)組成；所述砂碎石13位于漿砌塊石14和石料12之間，并對(duì)稱布置于箱形截面16的兩側(cè)；所述石料12由水平部位和斜坡部位(坡度為1∶2)組成，所述防錨塊石11鑲嵌于石料12的水平部位并對(duì)稱布置于箱形截面16的兩側(cè)。

如圖4所示，坡形交通廊道結(jié)構(gòu)2包括：基巖面17、砂碎石補(bǔ)償墊層22、箱形截面16、砂碎石25、塊石24、漿砌碎石墊層26和預(yù)制混凝土塊21；所述砂碎石補(bǔ)償墊層22位于基巖面17上并由水平部位和斜坡部位(坡度為1∶2)組成，所述斜坡部位下有碾壓堆石體23；所述箱形截面16位于砂碎石補(bǔ)償墊層22的中間位置上；所述砂碎石25位于砂碎石補(bǔ)償墊層22上并對(duì)稱布置于箱形截面16的兩側(cè)，且兩側(cè)砂碎石25均由水平部位、上斜坡部位(坡度為1∶1.5)和下斜坡部位(坡度為1∶2)組成，所述下斜坡部位下有碾壓堆石體23；所述預(yù)制混凝土塊21由上水平部位、下水平部位和斜坡部位(坡度為1∶2)組成，所述上水平部位位于砂碎石25水平部位上，所述下水平部位位于碎石墊層26上，所述斜坡部位和砂碎石25上斜坡部位之間澆筑有漿砌塊石24；所述碎石墊層26下有碾壓堆石體23。

其中，水平交通廊道結(jié)構(gòu)1和坡形交通廊道結(jié)構(gòu)2的主體結(jié)構(gòu)正截面的外輪廓尺寸為5.0m×5.8m(寬×高)，凈空尺寸為3.4m×4.2m(寬×高)，廊道側(cè)墻、廊道頂板和廊道底板厚度均為0.80m，廊道頂板在兩端起拱，內(nèi)拱半徑0.9m，廊道底板內(nèi)側(cè)腋角為300×300mm。

對(duì)上述深水下交通廊道結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，按照?qǐng)D3所示，施工上述水平交通廊道，其施工工序包括以下步驟：1)進(jìn)行開挖，且末端開挖至基巖面17；2)開挖清理至基巖面17后，澆筑C15混凝土墊層15；3)按照?qǐng)D2，在C15混凝土墊層15上澆筑箱形截面16，箱形截面16澆筑完后，采用漿砌塊石14在廊道底板01兩側(cè)的混凝土墊層15上進(jìn)行護(hù)腳鎖定；4)鎖定護(hù)腳后，在廊道側(cè)墻02兩側(cè)進(jìn)行碎砂石13回填并分層壓實(shí)，壓實(shí)系數(shù)0.94，邊坡1∶2(鉛直高度∶水平寬度)；5)回填壓實(shí)完后，在回填壓實(shí)的碎砂石13層上回填1.5m厚石料12和漿砌2m厚防錨塊石11，回填的石料12與漿砌的防錨塊石11頂部齊平。

按照?qǐng)D4所示，施工上述坡形交通廊道結(jié)構(gòu)，其施工工序包括以下步驟：1)拆除堤面預(yù)制混凝土塊和碎石墊層，進(jìn)行開挖，且末端開挖至基巖面17；2)開挖至基巖面17驗(yàn)槽后，采用C30細(xì)石混凝土對(duì)碾壓堆石體23進(jìn)行混凝土注漿加固，并澆筑砂碎石補(bǔ)償墊層22，注漿孔直徑為110mm，孔深為開挖基底面以下7m；3)按照?qǐng)D2，在碎砂石補(bǔ)償墊層22上澆筑箱形截面16，箱形截面16澆筑完后，采用1∶2漿砌塊石24及時(shí)護(hù)腳，并在廊道底板01兩側(cè)鋪設(shè)外擴(kuò)凈寬0.7m，厚0.8m的墻趾墊層；4)護(hù)腳和墻趾墊層鋪設(shè)完后，在砂碎石補(bǔ)償墊層22兩側(cè)以上回填碎砂石25，并分層壓實(shí)，壓實(shí)系數(shù)0.94，邊坡1∶1.5(鉛直高度∶水平寬度)；5)回填壓實(shí)完后，在護(hù)腳側(cè)面澆筑500mm厚砂碎石墊層26，然后在頂面按堤防3堤面標(biāo)準(zhǔn)恢復(fù)200mm厚預(yù)制混凝土塊21護(hù)面。

其中，在水平廊道結(jié)構(gòu)和坡形交通廊道結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中，采用強(qiáng)度等級(jí)為C40，抗?jié)B等級(jí)為S12，抗凍等級(jí)為D200的混凝土和鋼模板一起澆筑成整體，形成箱形截面，混凝土配制中所用膨脹劑為ZY型高性能高效混凝土膨脹劑。

根據(jù)施工期和運(yùn)行期的不同階段進(jìn)行荷載組合，選用不同的安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

內(nèi)力計(jì)算時(shí)參與組合的作用有結(jié)構(gòu)自重、土壓力、水壓力(設(shè)計(jì)高水位壓力、設(shè)計(jì)低水位壓力、設(shè)計(jì)平均水位壓力)、升溫、降溫、人行荷載(單向、雙向)、不均勻沉降、地震作用。

運(yùn)行期主要荷載組合如表1所示。

表1

注：“”表示作用有該種荷載

采用通用有限元軟件對(duì)交通廊道結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模計(jì)算，計(jì)算工況如表2所示.

表2

根據(jù)各工況分項(xiàng)內(nèi)力，按照荷載組合的要求，得到各控制斷面內(nèi)力設(shè)計(jì)值的峰值，如表3所示。

表3

根據(jù)表3結(jié)果，對(duì)深水下交通廊道結(jié)構(gòu)進(jìn)行截面配筋驗(yàn)算可知，廊道結(jié)構(gòu)橫斷面最大配筋率為1.42％，結(jié)構(gòu)整體安全。