某下穿道路船槽抗浮设计优化

一、基本情况

某线路下穿道既有公路全长420m，路基宽度51m。因路面标高低于最高地下水位，为封闭地下水，采用钢筋混凝土U形槽，共分36节下穿既有道路。其中U型槽底板厚度为0.6～1.5m。U形槽采用C30混凝土浇筑，抗渗等级S8，底板设置直径100cm的抗浮钻孔桩。U形船槽底板顶面设置29cm厚C20混凝土垫层，U形槽侧墙顶厚度为50cm，正面垂直，背坡为10:1。路面排水采用在车道横坡低侧边缘设置截面为0.4×0.4m排水沟通过横向暗涵排至雨水泵房，采用自动抽水潜水泵抽水排入临近河流中。

U形船槽、路面等主体工程完工后，由于雨季实测水位较原设计抗浮水位492.50m高约1.0m左右，造成部分节段U形船槽向上浮动5～6cm，船槽出现上浮现象。由于船槽底板标高每节段均不一致，船槽自重也不相同，故每节船槽上浮高度也不一致，当船槽上浮时，路面也将随其上浮并形成错台状，严重影响道路的行车安全。加之每节船槽上浮高度不同，船槽间止水带将遭到破坏，造成地下水涌入船槽内，形成水塘，中断交通，使船槽失去了它的使用功能。

在相关单位采取紧急降水后，技术人员拟采用路面配重加压、降水、增设直径100cm抗浮桩进行处治，工程造价过千万元。

二、船槽抗浮水位分析

1、地下水位

船槽发生上浮时处于农田灌溉季节，场地四周稻田灌溉蓄水，地下水补给极为充足，现场实测地下水位493.99m，位于自然地面下约0.5～0.8m。而工程场地原为农田和河道，地表耕植土（粉质粘土）厚约0.8m，其下即为透水性好的圆砾及卵石土层。根据现场挖探及对当地村民的调查，实测地下水位是场地最高地下水位。

2、内涝水位

船槽部位原河道由于公路建设改移约60m后顺接原河道。根据行洪论证，河流50年一遇洪水位为492.75m，低于自然地面下约2m。但根据村民反映并实地勘测后发现，河道的最高历史洪水位为495.425m，高出自然地面约0.7m，属内涝水位。

3、船槽抗浮水位的确定

根据地下水位现状，本次处置方案不再考虑原地勘报告492.50m水位，而考虑测得的最高地下水位493.99m和内涝水位495.425m。

1）公路船槽距两叉河仅60余米距离，由于495.425m内涝水位比实测最高493.99m地下水位高1.43m，故若按493.99m的最高地下水位设置船槽抗浮，内涝时势必对船槽结构造成破坏。但若按495.425m内涝水位进行抗浮处治，处治工程规模相对较大，社会负面影响也较大。

2）为有效避免内涝水位对船槽结构的影响，取消船槽原设计中的挡水坝结构，在船槽起终点设置集水沟，沟底出口标高（设为493.6m）高于船槽外两端路面，沟口设闸，当内涝发生时由泵房管理人员封闭道路交通，关闭抽水泵，将集水沟沟口开闸，将地面洪水引入船槽，通过水体自重平衡浮力。在此基础上，将最高地下水位493.99m作为抗浮水位。

三、工程布置

根据船槽所受浮力计算，笔者建议取消破损已完工结构物、路面、工程造价高和不良社会影响大的抗浮桩为主的处治工程方案，而应结合船槽结构形式，道路分4幅，设有3个分隔带的特点，采用抗浮锚杆对船槽进行抗浮处治。且为了避免对路面造成破坏，锚杆布置在道路分隔带内，长8~10m，且为有效提高锚杆抗拔力，锚杆水下注浆采用二次高压注浆完成，单孔3Φ25（HRB400）抗浮锚杆设计拉力取238.6KN（后经现场实验，抗浮锚杆满足设计要求）。

抗浮锚杆正式施工以前，在船槽外两侧布置降水井布置22口，间距18～25m，井深20m，将地下水位降至船槽底板底面0.5m以下而方便锚杆与船槽底板之间的联接、修复、密封等工艺的施做。

图1 最终采用的抗浮工程布置图

图2 锚杆布置结构示意图

该方案经采纳后进行了施做，工程完工多年来，经历了多次暴雨考验，根据监测发现船槽抗浮性能良好，工程造价约为原处治方案的10%，且工程施工期间社会反应平静，没有报废工程，取得了良好的社会和经济效益。