某大型斜拉橋主塔超大體積承臺施工工藝

【摘要】超大體積混凝土的澆筑質量控制和溫控是大型承臺施工的關鍵問題。本文詳細闡述了某主跨為920m的大型斜拉橋11號主塔超大體積承臺施工工藝，并對其進行了溫控分析。結果表明：大體積承臺的施工組織具有可行性，施工工藝滿足設計和施工要求；有限元分析亦表明，按照既定的施工工藝施工，大體積承臺內外溫差小于20℃，不會產生溫致裂縫。該主塔大體積承臺的施工工藝可為同類工程的施工提供參考。

【關鍵詞】斜拉橋；承臺；大體積混凝土；施工工藝

1、工程背景

某920m主跨特大跨長江斜拉橋，橋面總寬33.5m，主梁采用整箱鋼箱梁，中心梁高3.8m；主塔基礎采用群樁承臺式。其中Z11#南索塔采用收腿的倒Y型造型，塔高251.41m，整體式承臺。承臺頂面標高14.47m，底面標高6.47m，尺寸為50.0×33.0×8m，圓端半徑R=21.013m。承臺下按梅花型共布置42根鉆孔灌注樁，樁長87m，樁徑2.5m。

Z11#南塔承臺擬利用施工期第1個枯水期完成承臺施工，采用雙壁鋼圍堰作為圍水結構。主塔承臺尺寸巨大，混凝土分層進行澆筑（4m+4m），單次澆筑的最大方量為6000m3，澆筑時間約為48h。混凝土澆筑質量控制和超大體積混凝土的溫控是承臺施工的關鍵問題。11號主塔承臺施工流程設計如圖1所示。

2、圍堰的設計和施工

南塔鋼圍堰平面尺寸為：長50.2m、寬33.2m、高度29.5m，由安裝平臺、壁板系統、支撐系統、下放系統及定位系統等組成。設計圍堰壁板頂面標高為25.0m，封底混凝土厚度為4.5米，鋼圍堰設計材料均使用Q345鋼。

鋼圍堰采取在鋼結構加工廠進行加工，壁板系統按設計分塊段加工。鋼圍堰加工完成后，在加工場試拼，檢查合格后，按順序編號進行拆解，利用平板車運至施工現場。具體施工流程如下。（1）鉆孔平臺上部拆除：樁基施工完成后，采用80T龍門吊拆除鉆孔平臺上部結構，如面板、分配梁、貝雷桁架、樁頂分配梁及鋼管樁間平聯，但保留外圍鋼管樁及其之間的平聯。（2）鋼圍堰拼裝平臺搭設：鉆孔平臺拆除或轉換完成后，即在外圍鋼護筒與鋼管樁之間焊接承重梁，承重梁采用2I45b型鋼，其上布置I20型鋼分配梁，形成鋼圍堰拼裝平臺。在拼裝平臺的分配梁放出鋼圍堰外邊線控制點（與鋼圍堰外邊線一致），安裝限位架，鋪設木板形成操作平臺，在操作平臺四周設置欄桿或安全網。（3）鋼圍堰拼裝：安裝平臺轉換完成后利用門吊或履帶吊進行鋼圍堰的拼裝。壁板系統分節分塊進行拼裝。（4）鋼圍堰下放：在鋼圍堰外圍鋼護筒上設置上、下兩層限位導向裝置。下放前對鋼護筒的外圍周邊情況進行探測，確保無障礙物。鋼圍堰利用設置在鋼護筒頂面扁擔梁千斤頂進行沉放，通過千斤頂行程縮放緩慢、均勻地沉放鋼圍堰，著床以后進行吹砂繼續下沉至設計高程。

3、封底混凝土施工

封底混凝土施工是及時、有效形成承臺干施工環境的關鍵工序，要確保封底施工的成功，必須做好以下幾個主要方面的工作：（1）根據現場實際情況，選擇合理的澆筑工藝；（2）加強混凝土配合比設計，提高混凝土的性能；（3）對封底設備進行合理配置，加強設備的維修保養，提高設備的完好率，以確保混凝土的澆筑強度；（4）加強封底現場的組織管理，使封底有序進行。

封底施工的總體工藝為：鋼圍堰基底的清理、搭設封底平臺，安裝導管、中心集料斗及分料槽，按順序進行導管水下封口，補料，直至混凝土面達到標高。混凝土配合比的合理設計，是封底成功的重要因素之一，除采用雙摻技術提高混凝土的和易性、流動性以外，還對封底混凝土其它性能指標進行了規定。在封底混凝土澆筑過程中，根據具體情況，對混凝土配合比不斷地進行調整，嚴格控制混凝土的性能，使得混凝土的各項指標均滿足要求封底混凝土的質量要求：（1）混凝土強度不能小于設計強度；（2）混凝土初始坍落度20±2cm；（3）5小時后，混凝土坍落度≮15cm；（4）混凝土初凝時間≮40小時（最大混凝土澆注量按6750m3考慮，實際混凝土澆注能力180m3/h）；（5）混凝土滿足泵送要求。

封底混凝土澆筑的順序為：先低處后高處（先將低處混凝土灌高，避免高處導管灌注的混凝土往低處流，使導管底口脫空或埋在混凝土內的深度過小，造成導管進水），先周圍后中部，從下游側向上游側推進，確保混凝土面保持在大致相同的標高。混凝土灌注過程中導管隨混凝土面升高而豎向徐徐提升，為保證導管有一定埋深，一般不隨便提升導管，即使需要提管，每次提升的高度都嚴格控制在20cm之內，且采用手拉葫蘆進行提升。

4、鋼護筒割除及樁頭處理

鋼圍堰內水抽干后，測量放出樁頂高程，放出鋼護筒的切割線，鋼護筒割除過程中，同時人工清除封底混凝土表面浮渣和淤泥，對局部標高高于承臺底標高點進行鑿除，對于低于承臺低標高點澆筑找平層混凝土，使鋼筋綁扎場地平整。

樁頭處理采用鋼釬、風鎬鑿除樁頭至設計控制標高，鑿除的混凝土殘渣轉運至指定棄渣地點。樁頭處理過程中，注意不得損傷樁身混凝土和主筋，以保證樁基與承臺之間的連接。樁頭鑿除后，應對樁頭鋼筋進行清理、調整。

5、承臺鋼筋及冷卻水管施工

承臺鋼筋在車間加工成半成品，運至現場綁扎。承臺主筋采用采用等強度直螺紋接頭連接，其它鋼筋綁扎按規范進行焊接或搭接。由于鋼筋用量較大，鋼筋網格、層次較多，為保證設計鋼筋能正確放置和混凝土澆筑質量，采用勁性骨架架立各層鋼筋網片，做到上下層網格對齊，層間距正確，并確保鋼筋的保護層厚度。采用等強度直螺紋接頭連接技術進行連接，主要是利用套絲機對鋼筋端頭進行套絲，最后利用螺紋套筒將鋼筋連接接長。鋼筋的套絲及螺紋套筒的一端套接均在后場完成，螺紋套筒的另一端套接則利用管鉗在安裝現場完成，為保證鋼筋連接的順利進行，加工好的鋼筋在運輸及吊裝過程中加強了保護，尤其是鋼筋的外露螺紋及套筒的內螺紋。

根據承臺的溫控計算，承臺須埋設冷卻水管，冷卻水管布置具體見下圖。冷卻水管豎向及水平間距均按1.0m控制。冷卻水管采用導熱性好且有一定強度的鋼管制作，公稱直徑Φ48mm，冷卻水管安裝時，將其按設計位置固定在支架上，做到管道通暢，接頭可靠，不漏水、阻水。安裝冷卻水管完畢后，逐根做密水檢查。冷卻水管的出水口和進水口采取集中布置、統一管理，并標識清楚。水管由潛水泵供水。

6、承臺混凝土澆筑施工

采用“雙摻”技術改善砼的性能，同時摻加粉煤灰和礦粉。對于大體積砼，粉煤灰取代了部分水泥，使得砼的水化熱降低，可有效的防止溫度裂縫。粉煤灰采用磨細Ⅱ級粉煤灰，外加劑采用各種優質的高效緩凝減水劑。按照大體積混凝土及自防水混凝土的施工配合比設計，擬采用42.5號的普通低堿水泥，摻Ⅱ級粉煤灰及緩凝高效減水劑HLC-NAF2型，其緩凝效果為緩凝時間控制在40小時。

承臺混凝土分層進行澆筑（4m+4m），單次澆筑的最大方量為6000m3，澆筑時間約為48h，由后場混凝土拌和站集中供應，罐車運輸至現場，采用臥泵和汽車泵進行澆筑。混凝土分層澆筑、分層振搗，由周邊向中間推進，這樣可使混凝土表面產生的少量泌水匯總到中心，便于潛水泵集中抽出。混凝土分區布料、振搗，責任到人。混凝土澆筑期間，由專人檢查預埋鋼筋和其它預埋件的穩固情況，對松動、變形、移位等情況，及時將其復位并固定好。

承臺混凝土采用冷卻水管降溫和蓄水養生。每層混凝土澆筑開始后12h，即開始對其內部進行冷卻水管通水降溫養護，從下到上依次通水，利用冷卻水管出水口的水進行混凝土表面的蓄水養護，以控制混凝土表面溫度與外界溫度之間的差值。第一層混凝土的蓄水養護時間不少于10d，第二層混凝土的養護時間不少于7d。

7、溫控計算及溫控措施

運用三維有限元軟件MIDAS/FEA對11#墩承臺大體積混凝土，按照實際冷卻水管的布置、水流情況、以及各種不同的邊界情況、實際施工過程等因素進行了水化熱三維溫度場的仿真分析。計算模型如圖2所示。根據對稱性，取承臺1/2模型分析；考慮混凝土保溫，按側面鋼套箱、頂面覆蓋一層濕麻袋考慮；考慮冷卻水管降溫；考慮混凝土徐變。主墩承臺施工時間為11～12月份，外界平均氣溫取4.8℃，日氣溫變化幅值均為4℃ ；采用江水作為冷卻水，江水溫度亦為4℃ ；封底混凝土底面及側面初始溫度為4℃ ；承臺澆筑溫度為12.66℃。計算結果表明：承臺內部第一層混凝土峰值溫度為42.0℃，溫峰出現時間為澆筑后120h。承臺內部第二層混凝土峰值溫度為42.1℃，溫峰出現時間為澆筑后108h，內外溫差小于20℃。最大應力發生在336小時，分別為2.82Mpa和2.78MPa。混凝土內部各監控點的應力均小于允許應力，表明混凝土不會發生開裂，施工方案具有可行性。

結合現場施工環境，實際施工時應做好如下溫控措施：混凝土施工前，應進行計量標定，稱料，嚴格按確定的配合比拌制；混凝土入倉溫度不宜高于13.0℃；為將冷卻水與混凝土之間的溫差控制在20℃以內；通水溫度≥4℃為宜，但不可超過10℃；內部最高溫度不超過45℃，內、外溫差小于20℃；混凝土降溫速率不宜大于2℃/d；混凝土表面的養護水溫度與混凝土表面溫度之差不應大于15℃，養護用水采用自來水；混凝土內部均溫與環境溫度之差小于15℃方可拆模。

結語

本文詳細闡述了某主跨為920m的大型斜拉橋11號主塔超大體積承臺施工工藝，并對大體積混凝土進行了溫控分析。結果表明：大體積承臺的施工組織具有可行性，施工工藝滿足設計和施工要求；有限元分析亦表明，按照既定的施工工藝施工，大體積承臺內外溫差小于20℃，且不會產生溫致裂縫。該主塔大體積承臺的施工工藝可為同類工程施工提供參考。

參考文獻：

[1]邵旭東 主編.橋梁工程[M].人民交通出版社，2007.

[2]朱伯芳.水工混凝土的溫度應力與溫度控制[M].北京：水利水電出版社，1976：34-39.

[3]《公路橋涵施工技術規范》（JTG/TF50-2011）[S].中華人民共和國交通部，人民交通出版社，2011.

作者簡介：

左翼，男，1983年1月生，湖北人，本科，工程師，主要從事道路與橋梁施工管理工作。