本發(fā)明涉及水下建筑結構技術領域，具體涉及的是一種深水下交通廊道結構，本發(fā)明還涉及這種結構的施工方法。

背景技術：

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

交通廊道為帶狀結構，正截面外輪廓尺寸5.0×5.8m(寬×高)，正截面內空凈尺寸3.4×4.2m(寬×高)，側墻、頂板、底板厚度均為0.8m，頂板在兩端起拱，內拱半徑0.9m。底板內側腋角為300×300mm；坡形交通廊道底部兩側設墻趾，外挑凈寬0.7m，厚0.8m，形成全封閉式帶狀水下結構。坡形交通廊道每11.0m設變形縫一道，中間不設施工縫；水平交通廊道每20m設變形縫一道，中間設不設施工縫；坡形交通廊道與水平交通廊道的連接處按結構形式平順過渡，端部加強配筋，坡形交通廊道端部下設混凝土基礎或振墩，不設接頭。

目前，比較常規(guī)的交通廊道結構一般位于地面以上，起連接交通的作用，主要承受結構自重、地震作用、正常使用活荷載及風荷載、雪荷載等活荷載。白鶴梁水下交通廊道狹長，受力復雜，在10～40m變動深水中長期運行，廊道結構除承受結構自重外，還承受內外水土壓力、水庫風浪力、浮力、淤積泥沙作用于外側的壓力及意外撞擊力、地震作用、溫度應力、混凝土收縮應力等。

現(xiàn)還沒有水下建筑的保護結構及這種結構的施工方法。

技術實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明的第二目的是提供上述深水下交通廊道結構的施工方法。

為實現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

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

所述水平交通廊道結構包括：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稱布置于箱形截面的兩側，且兩側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，并對稱布置于箱形截面的兩側；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稱布置于箱形截面的兩側；

所述坡形交通廊道結構包括：基巖面、砂碎石補償墊層、箱形截面、砂碎石、塊石、漿砌碎石墊層和預制混凝土塊；所述砂碎石補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償墊層的中間位置上；所述砂碎石位于砂碎石補償墊層上并對稱布置于箱形截面的兩側，且兩側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。

進一步地，水平交通廊道結構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；坡形交通廊道結構中所述預制混凝土塊斜坡部位的坡度為1∶2；所述砂碎石補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，包括廊道側墻、廊道底板和廊道頂板；所述廊道側墻內表面左側設置有混凝土回填步梯；所述廊道側墻內表面右側設置有給排水管溝；所述給排水管溝的上方設置有管溝蓋板；所述混凝土回填步梯和排水管溝中間設置有電梯機坑；所述混凝土回填步梯、電梯機坑和給排水管溝位于廊道底板上。

進一步地，所述主體結構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，內拱半徑0.9m，廊道底板內側腋角為300×300mm。

對上述深水下交通廊道結構進行施工，所述水平交通廊道結構的施工工序，包括以下步驟：1)進行開挖，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的混凝土墊層上進行護腳鎖定；4)護腳鎖定完后，在廊道側墻兩側進行碎砂石回填并分層壓實，壓實系數(shù)0.94，邊坡1∶2(鉛直高度∶水平寬度)；5)回填壓實完后，在回填壓實的碎砂石層上回填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構的施工工序，包括以下步驟：1)拆除堤面預制混凝土塊和碎石墊層，進行開挖，且末端開挖至基巖面；2)開挖至基巖面驗槽后，采用細石混凝土對碾壓堆石體進行混凝土注漿加固，并澆筑碎砂石補償墊層；3)在碎砂石補償墊層上澆筑箱形截面，箱形截面澆筑完后，采用漿砌塊石及時進行護腳，并在廊道底板兩側鋪設墻趾墊層；4)護腳和墻趾墊層鋪設完后，在砂碎石補償墊層以上回填碎砂石，并分層壓實，壓實系數(shù)0.94，邊坡1∶1.5(鉛直高度∶水平寬度)；5)回填壓實完后，在護腳側面澆筑500mm厚砂碎石墊層，然后在頂面按堤防堤面標準恢復200mm厚預制混凝土塊護面。

進一步地，坡形交通廊道結構的施工工序步驟2)中的驗槽由地質勘察單位確認持力層基巖面，設計單位對基礎平面尺寸、定位、標高進行確認。

更進一步地，坡形交通廊道結構的施工工序步驟2)中的注漿加固的注漿孔直徑為110mm，孔深為開挖面以下7m。

再進一步地，坡形交通廊道結構的施工工序步驟3)中的墻趾墊層自廊道底板兩側向外擴凈寬為0.7m，厚為0.8m。

還進一步地，水平交通廊道結構和坡形交通廊道結構施工工序步驟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度等級為C40，抗?jié)B等級為S12，抗凍等級為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、深水下交通廊道結構拱頂連接處處理為圓弧狀，可增加此處的剛度，減少其應力集中。

2、深水下交通廊道主體結構施工采用鋼模板與主體結構混凝土一起澆筑形成整體，減少了施工縫數(shù)量，有利于加快施工進度，并增強結構自防水。而且主體結構混凝土采用ZY型高性能高效混凝土膨脹劑，可補償混凝土收縮，提高結構抗?jié)B性能，進一步增強結構自防水。

3、坡形交通廊道結構及水平交通廊道結構均嵌入河床，廊道頂部所占據(jù)的河道過流面積相對較小，減小了水庫風浪力對廊道結構的影響，且不影響該河段行洪。在三峽水庫低水位運行條件下，不影響長江航道的通航，解決了通航對保護工程帶來的安全問題。

4、坡形交通廊道結構及水平交通廊道結構的基礎持力層位于基巖層，可顯著降低結構沉降量，保證其滿足設計要求。

附圖說明

圖1為深水下交通廊道結構圖；

圖2為主體結構箱形截面橫斷面圖；

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：水平交通廊道結構1、坡形交通廊道結構2、堤防3、地面館4、水下保護體5、河床6、樁基礎7、廊道底板01、廊道側墻02、廊道頂板02、給排水管溝04、管溝蓋板05、電梯機坑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、預制混凝土塊21、砂碎石補償墊層22、碾壓堆石體23、漿砌塊石24、砂碎石25、碎石墊層26。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，深水下交通廊道結構，包括水平交通廊道結構1和坡形交通廊道結構2；所述水平交通廊道結構1基礎布置在河床6上，一端與坡形交通廊道結構2相接，另一端與水下保護體5相接；所述坡形交通廊道結構2基礎布置在堤防3的斜坡上，坡度為30°，由樁基礎7支撐，一端與水平交通廊道結構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構1和坡形交通廊道結構2的主體結構正截面為現(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、廊道側墻02和廊道頂03板；所述廊道側墻02內表面左側設置有混凝土回填步梯07；所述廊道側墻02內表面右側設置有給排水管溝04；所述給排水管溝04的上方設置有管溝蓋板05；所述混凝土回填步梯07和排水管溝04中間設置有電梯機坑06；所述混凝土回填步梯07、電梯機坑06和給排水管溝04位于廊道底板01上。

如圖3所示，水平交通廊道結構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上并對稱布置于箱形截面16的兩側，且兩側漿砌塊石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，并對稱布置于箱形截面16的兩側；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的水平部位并對稱布置于箱形截面16的兩側。

如圖4所示，坡形交通廊道結構2包括：基巖面17、砂碎石補償墊層22、箱形截面16、砂碎石25、塊石24、漿砌碎石墊層26和預制混凝土塊21；所述砂碎石補償墊層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位于砂碎石補償墊層22的中間位置上；所述砂碎石25位于砂碎石補償墊層22上并對稱布置于箱形截面16的兩側，且兩側砂碎石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，水平交通廊道結構1和坡形交通廊道結構2的主體結構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，內拱半徑0.9m，廊道底板內側腋角為300×300mm。

對上述深水下交通廊道結構進行施工，按照圖3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)按照圖2，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01兩側的混凝土墊層15上進行護腳鎖定；4)鎖定護腳后，在廊道側墻02兩側進行碎砂石13回填并分層壓實，壓實系數(shù)0.94，邊坡1∶2(鉛直高度∶水平寬度)；5)回填壓實完后，在回填壓實的碎砂石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。

按照圖4所示，施工上述坡形交通廊道結構，其施工工序包括以下步驟：1)拆除堤面預制混凝土塊和碎石墊層，進行開挖，且末端開挖至基巖面17；2)開挖至基巖面17驗槽后，采用C30細石混凝土對碾壓堆石體23進行混凝土注漿加固，并澆筑砂碎石補償墊層22，注漿孔直徑為110mm，孔深為開挖基底面以下7m；3)按照圖2，在碎砂石補償墊層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及時護腳，并在廊道底板01兩側鋪設外擴凈寬0.7m，厚0.8m的墻趾墊層；4)護腳和墻趾墊層鋪設完后，在砂碎石補償墊層22兩側以上回填碎砂石25，并分層壓實，壓實系數(shù)0.94，邊坡1∶1.5(鉛直高度∶水平寬度)；5)回填壓實完后，在護腳側面澆筑500mm厚砂碎石墊層26，然后在頂面按堤防3堤面標準恢復200mm厚預制混凝土塊21護面。

其中，在水平廊道結構和坡形交通廊道結構的施工過程中，采用強度等級為C40，抗?jié)B等級為S12，抗凍等級為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)施工期和運行期的不同階段進行荷載組合，選用不同的安全系數(shù)進行計算。

內力計算時參與組合的作用有結構自重、土壓力、水壓力(設計高水位壓力、設計低水位壓力、設計平均水位壓力)、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交通廊道結構進行三維建模計算，計算工況如表2所示.

表2

根據(jù)各工況分項內力，按照荷載組合的要求，得到各控制斷面內力設計值的峰值，如表3所示。

表3

根據(jù)表3結果，對深水下交通廊道結構進行截面配筋驗算可知，廊道結構橫斷面最大配筋率為1.42％，結構整體安全。