山區特大橋大體積混凝土承臺的施工

楊培誠

（1.浙江溫州沈海高速公路有限公司，浙江 溫州 325038；2.武漢理工大學交通學院，湖北 武漢 430063）

0 引言

隨著國家對西部開發力度的加大，諸多高速公路需要跨越深谷大峽，相應的山區特大型橋梁劇增。山區的特定條件，給橋梁建設的技術方案及施工組織管理帶來很大的困難。主要問題有以下幾個方面：

1）山區地理交通不便，物資資源相對缺乏，橋梁施工所用的大宗原材料選擇上局限性較大，特別表現為混凝土原材料。

2）施工所用的原材料變化頻繁，施工技術方案必須根據所用的原材料變化而修定，這樣對施工技術方案要求更高，適應性必須更強。

3）施工組織管理難度大，特定的環境就必須要有更加嚴謹的施工組織管理，在橋梁大體積混凝土施工過程中，存在很多不確定因素，施工組織管理必須要有詳細的方案及預案[1]。

1 工程概況

赤石特大橋是廈蓉高速公路湖南段汝郴高速公路全線的控制性工程，為四塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，是目前同類型橋梁中世界排名第一的四塔斜拉橋。橋梁設計跨徑布置為 （4×40 m）連續 T 梁+（190 m+3×380 m+165 m）斜拉橋+（16（15）×40 m）連續T梁。我部負責主7、8號兩個索塔的施工任務，7號索塔承臺結構尺寸為41.1 m×32.3 m×6.5 m，混凝土用量約8629 m3，8號索塔承臺結構尺寸為43.6 m×29.9 m×6.5 m，混凝土用量約8474 m3，混凝土設計強度等級均為C40。7號承臺頂面高程與地面等高，8號承臺位于山腳陡坡處。8號墩承臺處于特殊的地理位置，不管是山體的邊坡防護還是承臺施工都具有很大的難度。

2 承臺基坑開挖及邊坡施工

2.1 7號承臺的基坑及邊坡施工

7號承臺基坑基底平面尺寸擬定為45.1 m×36.3 m（按承臺各邊加寬2 m）。采用大基坑開挖施工方案，基坑的邊坡穩定性采用條分法計算，土體的相關力學指標根據試驗數據試驗測得。根據地質條件，經過計算確定，邊坡采用1∶0.75放坡，開挖采用兩級放坡，兩級坡水平方向距離1 m。基坑開挖過程中形成一定邊坡后，利用挖機修整好邊坡，將面層壓實，保證整體穩定性滿足施工需求后，在面層鋪設土工格柵，并用錨筋固定，錨筋布置間距按照1 m×1 m滿布，土工格柵搭接部位必須保證在0.5 m左右，人工鋪設10 cm厚砂漿。由于山區的降水較為頻繁，為了保證承臺基坑內部干施工，基坑邊坡形成后，在基坑上邊緣做好排水溝及截水溝，避免雨水或其他水源流入基坑內部。邊坡開挖見圖1所示。

圖1 邊坡開挖示意圖

2.2 8號承臺的基坑及邊坡施工

8號墩位于山坡坡腳位置處，地勢條件極其復雜，承臺與山體坡腳的相對地理位置見圖2所示。

圖2 承臺與山體坡腳的相對地理位置圖（單位：m）

由圖2可知，靠山體側承臺頂面標高與山體頂面標高高差最大達18 m之多，背山體側承臺頂面標高與地面標高高差達9 m。在靠山體側承臺施工必須要對山體進行移除，該山體走勢陡峭，坡度約80°，山體開挖量極大，開挖后的山體防護也是施工控制的難點。在背山體側承臺施工必須對地面進行填高處理，填高后的基礎必須壓實穩定，保證在大體積的承臺混凝土澆筑過程中基礎的承載力能滿足承臺澆筑完成后最不利荷載組合狀態。針對以上存在的問題，采取的措施為：

1）靠山體側，需要對山體進行爆破施工，在橋梁的前進方向，考慮到承臺施工范圍，距離承臺邊后4 m范圍內前方山體全部爆破至承臺頂面標高，由于山體陡峭，爆破方量約為12000 m3，再加之爆破區域地處密集居民區，爆破安全風險大，只能采用小藥量爆破。

2）背山體側，設置擋土墻，墻背后回填材料考慮用爆破后的碎石，回填材料要有很好的透水性，保證擋土墻形成的施工平臺不受地下水系的影響。擋土墻的最大承載力主要考慮承臺澆筑過程的最不利荷載組合。

3）在爆破施工完成后，需要對山體進行防護，整個邊坡高約20 m，長度方向將近55 m，在實際施工中，邊坡爆破面有一半為較完整巖石層，一半為夾沙黏土層，穩定性極差，整個邊坡防護采用錨桿掛網噴射混凝土方案，保證邊坡在巖層破碎帶遇到雨雪天氣時不發生滑坡等。

3 承臺施工工藝及施工組織管理

3.1 承臺施工工藝流程

承臺施工主要包括以下內容：鋼筋工程、模板工程、混凝土工程。施工流程圖見圖3所示。

圖3 承臺施工流程圖

在承臺鋼筋施工中，由于所采用的主筋為φ36，鋼筋數量大，鋼筋安裝難度較大，承臺鋼筋連接均采用滾扎直螺紋套筒連接。承臺鋼筋綁扎順序尤為重要，先鋪設底層鋼筋，之后需要采用臨時支架安裝架立鋼筋。承臺模板采用大型定型模板，考慮到模板的通用性，模板利用后續施工中的塔柱模板，以節約成本。承臺混凝土配合比在施工中極其重要，大體積混凝土由于水化熱的問題，給施工帶來了很大的困難，解決水化熱的關鍵在于混凝土的配合比設計，施工中專門進行了針對性的大體積混凝土配合比設計并制定和實施了相應的溫度測試措施。

3.2 承臺施工組織管理

物資管理是山區大體積混凝土施工的關鍵之所在，由于山區地區交通條件不便，物資材料在大體積混凝土施工中用量大，存在材料進場難和檢測難等特點。赤石特大橋7、8號承臺單次澆筑混凝土量最大為5200 m3，根據試驗室提供的最優配合比及混凝土原材料備料情況見表1、表2所列。

表1 混凝土配合比設計

表2 混凝土原材料備料數量（7號承臺）

混凝土原材料備料：需考慮施工單位混凝土拌和站的生產能力和材料儲存場地大小，砂石料可在施工前備足，水泥需要在施工過程中補充。在監理單位對相關工序驗收后，混凝土澆筑之前，必須和相關的材料供應商協調（必要時簽訂相關協議），確保在特定的時間將材料運輸至現場，保證混凝土澆筑的連續性。由于水泥等原材需要過程中補充，這就給試驗工作帶來了一定的困難，增加了對原材料抽檢的難度，特別是水泥、外加劑的諸多性能指標需要在規定時間段內才能出具檢測結果的原材，試驗工作必須要有超前性。

原材料關系到結構物的質量，要保證混凝土施工質量，就必須要在相關原材料生產后立即對原材料按照檢測頻率進行檢測，檢測合格后運輸至施工現場。

供電也是大體積混凝土施工的重要保證。在施工前，施工單位要與當地的供電部門聯系，保證在施工過程中供電連續。同時，施工單位應該按照最大用電量備好備用發電機，以備停電時供電。

大體積混凝土施工周期較長，根據施工經驗，5000 m3混凝土澆筑一般用時大約40～50 h，在施工生產中，機械設備運行負荷較大，所有參與生產的機械設備都應該在施工前做好檢修工作，備好易損配件。

在人員組織方面，保證足夠的勞動力，連續作業人員實行三班倒，要求所有參與施工的人員對所在崗位操作熟練，特別是振搗工，必須配備經驗豐富的人員，保證大體積混凝土的外觀質量。同時在施工過程中做好后勤保障工作。

赤石特大橋7、8號承臺混凝土供料由2臺90 m3/h拌和站，7號承臺第1層混凝土澆筑歷時52 h，平均澆筑速度為88.5 m3/h。澆筑過程中設置3臺布料機，多點布設串筒下料，單次混凝土澆筑分層厚度約為50 cm，分層厚度需要嚴格控制，一方面有利于振搗，另一方面考慮混凝土的初凝時間，分層過厚會導致單層澆筑時間長，部分混凝土初凝。由于混凝土澆筑前，進行了詳細的施工技術交底和嚴密的施工組織管理，赤石特大橋7、8號承臺4次澆筑均順利完成。

4 承臺施工中的大體積混凝土溫控方法

4.1 大體積混凝土溫控計算方法

根據承臺施工所用的相關混凝土原材料，試驗室對混凝土原材料的熱力學性能做了大量試驗工作，根據相關試驗數據采用有限元軟件MIDAS/CIVIL對大體積混凝土溫度場及應力場進行仿真分析，分析結果見圖4所示。

圖4 溫度與時間過程線

由表4可知，最高溫度出現在混凝土澆筑完成的60～80 h，溫峰持續10 h左右開始下降，初期降溫速度較快，以后降溫速率逐漸減慢，至5～10 d后降溫平緩，溫度趨于穩定狀態。第1層混凝土內部最高溫度約67℃；第二層混凝土內部最高溫度約71℃。混凝土溫度中部最高，四周較低。應力場分析結果為7號承臺的最大拉應力1.73 MPa，最大壓應力4.39 MPa，均小于設計值。

4.2 大體積混凝土溫控指標及控制方法

根據仿真分析結果，混凝土溫度控制指標如下：

1）混凝土澆筑體在入模溫度基礎上的溫升值不宜大于50℃；

2）混凝土澆筑塊體的里表溫差（不含混凝土收縮的當量溫度）不宜大于25℃；

3）混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃/d；

4）混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃；

5）混凝土中心點最高溫度不宜大于70℃。

對承臺的降溫采取以下措施：

1）混凝土入模溫度，承臺施工時根據季節及大氣溫度，必須控制混凝土入模溫度，在夏季施工時，對混凝土拌制用的拌合用水進行加冰處理。

2）在承臺里面布設冷卻水管，根據承臺厚度分層布設，冷卻水管層距為1～2 m；層冷卻管間距為80～100 cm，冷卻管采用φ35的焊接鋼管，冷卻用水溫度根據混凝土內部進行控制，必須保證混凝土溫控指標。

3）升溫時段通水流量應使流速達到0.65 m/s以上，形成紊流；降溫時段可通過水閥控制減緩通水，使流速減半，水流平緩，以層流狀態冷卻混凝土。

4）保溫養護是大體積混凝土施工的關鍵環節，保證混凝土內外溫差不大于理論值。

4.3 大體積混凝土溫控檢測監控

在赤石特大橋承臺施工中，采用新的無線溫度檢測儀SZWT-MCU32型自動溫度測量系統。該儀器是用于澆筑混凝土內部溫度的即時現場檢測儀器，用單片微型計算機核心，大規模集成電路為外圍部件組成的高精度測控儀表。軟硬件采用多種抗干擾技術，具有現場存儲、定時打印、自動巡檢的功能，斷電數據不丟失和使用可靠性高等特點。監測點布置方式為：

1）監測點的布置范圍應以所選混凝土澆筑體平面圖對稱軸線的半條軸線為測試區，在測試區內監測點按平面分層布置，測點布置見圖5所示；

2）在測試區內，監測點的位置與數量可根據溫凝土澆筑體內溫度場分布情況及溫控的要求確定；

3）在每條測試軸線上，監測點位宜不少于4處，應根據結構的幾何尺寸布置；

4）沿混凝土澆筑體厚度方向，必須布置外面、底面和中間溫度測點，其余測點宜按測點間距不大于6 m布置；

圖5 溫度測點布置圖

5）保溫養護效果及環境溫度監測點數量應根據具體需要確定；

6）混凝土澆筑體的外表溫度，宜為混凝土外表以內50 mm處的溫度；

7）混凝土澆筑體底面的溫度，宜為混凝土澆筑體底面上50 mm處的溫度。溫度測試頻率按要求測試，保證測試的連續性。

5 混凝土施工期溫度場的溫度實際檢測結果

根據現場實際檢測結果，將兩次混凝土澆筑的溫度記錄匯總如表3。

表3 兩次澆筑混凝土最高溫升值匯總表

由以上監測結果可以看出，采用以上溫控措施，施工過程中最高溫度均小于仿真分析計算的結果。通過長期的觀察與測量，承臺四周表面混凝土光滑平整，未出現由于水化熱引起的溫度裂縫，用專業儀器觀察，只是在個別處出現微小的混凝土收縮裂縫，裂縫最大寬度不大于0.15 mm，完全符合相關設計規范的要求。

6 結語

在山區的大體積混凝土承臺施工，由于地理條件的特殊性，在承臺基坑開挖及前期的相關施工準備過程中，都要結合地形地貌采取相應的施工方案。如果遇到高填方或低挖方的情況，常需要爆破施工及相關臨時工程，安全控制是施工的重點，同時為了優化工期，合理科學的施工組織管理也是施工順利進行的重要保障。山區地區大體積混凝土施工，有力物資供應保障貫穿于整個施工過程，結合當地的交通狀態，優化物資備料方案，加強設備等其它方面的預控措施，是保證大體積混凝土施工順利的重要手段。大體積承臺溫度控制，是保證大體積混凝土質量（不開裂）的重要技術措施，嚴密的施工組織管理貫穿于整個大體積混凝土施工前后是保證承臺施工質量、安全、工期的根本措施。

[1]劉士林，梁智濤，侯金龍，等.斜拉橋[M].北京：人民交通出版社，2002：321-323.

[2]王磊，楊培誠.大體積混凝土水化熱施工期溫度場及應力場仿真分析[J].交通科技，2010（3）：96-98.