安丘青云大橋主橋承臺(tái)施工關(guān)鍵工序分析與控制

魏道凱

摘要：本文對(duì)安丘青云大橋主橋承臺(tái)施工的關(guān)鍵控制工序進(jìn)行了分析，介紹了深基坑開(kāi)挖方案的選擇依據(jù)，大體積混凝土防止裂縫發(fā)生的措施，為以后同類(lèi)型的橋梁施工積累了經(jīng)驗(yàn)和提供了借鑒。

Abstract： The key control procedures for the construction of the main bridge caps of Qingyun bridge in Anqiu are analyzed in this paper， The selection basis of the deep foundation pit excavation scheme is introduced ，Measures to prevent cracks in mass concrete， Accumulated experience for the construction of the same type of bridge in the future.

關(guān)鍵詞：主橋承臺(tái)；深基坑開(kāi)挖；大體積混凝土；關(guān)鍵工序；分析與控制

Key words： cushion cap of main bridge；deep excavation construction；mass concrete；critical activity；analysis and control

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.55+9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）25-0095-03

0 引言

斜拉橋由于造型美觀，跨越能力大，在城市橋梁的建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。斜拉橋主橋承臺(tái)由于具有基坑開(kāi)挖深，體積大的特點(diǎn)，在施工安全、施工質(zhì)量方面風(fēng)險(xiǎn)因素多、施工難度大。安丘青云大橋主橋承臺(tái)位于汶河中，開(kāi)挖深度超過(guò)10m，混凝土方量3856m3（包括系梁）。承臺(tái)施工工期計(jì)劃為45天，時(shí)間緊、任務(wù)重。施工各方集思廣益，為保證計(jì)劃的完成，根據(jù)河道地質(zhì)柱狀圖，大膽的提出了利用填土圍堰進(jìn)行放坡開(kāi)挖施工基坑的方案。方案考慮充分，施工時(shí)在未發(fā)生任何安全事故的前提下，提前5天完成計(jì)劃；對(duì)于大體積混凝土的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析、驗(yàn)算，提出和實(shí)行了可靠的防止混凝土開(kāi)裂的措施，效果顯著，承臺(tái)混凝土施工后未出現(xiàn)任何裂縫。在此，淺談一下該承臺(tái)施工關(guān)鍵工序分析和控制過(guò)程。

1 工程概況

安丘青云大橋是青云大街跨越汶河的一座城市橋梁。主橋?yàn)殡p索面A形獨(dú)塔混凝土斜拉橋。跨徑布置為120m+120m。主橋索塔承臺(tái)尺寸為18×18×5m，共2個(gè)，混凝土方量3240m3；系梁尺寸為22×8×3.5m，共1個(gè)，混凝土方量616m3；承臺(tái)混凝土方量共計(jì)3856m3。承臺(tái)和系梁均為實(shí)心結(jié)構(gòu)。承臺(tái)位于汶河中，實(shí)測(cè)水位42.800米，設(shè)計(jì)常水位43.230米，承臺(tái)頂面標(biāo)高39.886米，底面標(biāo)高34.886米。由于河道不通航，為方便施工，橋位處進(jìn)行了填土圍堰，填土頂面標(biāo)高45.713米。承臺(tái)基坑開(kāi)挖深度為10.8米，開(kāi)挖土層自上而下依次為河道回填土層3米，粘土層3米，砂層1米，軟巖3.8米。

2 承臺(tái)基坑開(kāi)挖方案分析與控制對(duì)策

2.1 方案比選

①基層開(kāi)挖深度超過(guò)10米，且位于河道中，開(kāi)挖過(guò)程中面臨基坑坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。為保證基坑開(kāi)挖方案的安全可控，方案一是考慮采用鋼板樁圍堰。此方案的優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)鋼板樁的力學(xué)參數(shù)、水和土的壓力確定鋼板樁施工方案。鋼板樁的入床深度、橫撐的設(shè)置根據(jù)施工工況進(jìn)行驗(yàn)算和復(fù)核，方案受力明確，安全可控；缺點(diǎn)是在狹小的面積內(nèi)進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)，施工干擾因素多，不利于大規(guī)模的開(kāi)挖機(jī)械作業(yè)，進(jìn)度慢。

②為便于多臺(tái)挖掘機(jī)作業(yè)，保證施工進(jìn)度。根據(jù)類(lèi)似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，方案二是采用放坡開(kāi)挖施工方案。此方案的優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)面空間大，機(jī)械數(shù)量多，開(kāi)挖進(jìn)度快。缺點(diǎn)是方案憑經(jīng)驗(yàn)確定，施工中面臨不可控因素多，不利于安全控制。

2.2 方案分析

①由于開(kāi)挖基底為軟巖，難以滿(mǎn)足鋼板樁的入床深度要求，方案一不可行。

②由于方案二是在施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定的，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。如采用方案二，必須最大程度的控制風(fēng)險(xiǎn)，施工前應(yīng)制定完善的基坑開(kāi)挖監(jiān)控量測(cè)方案和關(guān)于深基坑施工易發(fā)事故類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)處置方案；開(kāi)挖施工時(shí)應(yīng)采用合理的基坑降水方案，隨著基坑開(kāi)挖的進(jìn)行增設(shè)噴射混凝土、土釘支護(hù)等邊坡加固措施，防止坍塌事故的發(fā)生。

2.3 施工時(shí)采取的控制對(duì)策

①基坑土方隨挖隨堆放在圍堰外側(cè)，減少了開(kāi)挖時(shí)坑壁所受到的土壓力，增加了回填土厚度，增強(qiáng)了坑壁穩(wěn)定性。

②為防止砂層透水，浸泡坑壁造成坍塌事故，在基坑開(kāi)挖邊線(xiàn)外側(cè)增設(shè)了一道一米寬的粘土墻，粘土墻的底標(biāo)高在砂層以下。此方案很好的解決了坑壁滲水問(wèn)題，效果明顯，有效的防止了坍塌事故的發(fā)生。

③坑壁及時(shí)噴射了10厘米厚混凝土，防止了因降雨沖刷邊坡而造成開(kāi)挖事故的發(fā)生。

④基坑四周設(shè)置了四個(gè)集水井，及時(shí)抽出積水，防止浸泡坑壁。由于砂層采取了防滲措施，開(kāi)挖過(guò)程中滲水量較少，抽水設(shè)備完全滿(mǎn)足要求，施工時(shí)未發(fā)生明顯的基坑積水現(xiàn)象。

⑤開(kāi)挖過(guò)程中安排專(zhuān)人進(jìn)行了對(duì)坑壁的穩(wěn)定性進(jìn)行了監(jiān)控量測(cè)，將基坑開(kāi)挖與坑壁防護(hù)的工作銜接作為安全控制的重點(diǎn)工作。

2.4 承臺(tái)開(kāi)挖關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)總結(jié)

①基坑開(kāi)挖施工方案應(yīng)結(jié)合開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況制定，應(yīng)充分考慮到施工中可能會(huì)發(fā)生的各種風(fēng)險(xiǎn)因素，提前采取措施，避免事故的發(fā)生，超過(guò)5米的基坑開(kāi)挖方案須經(jīng)過(guò)專(zhuān)家會(huì)議論證。

②對(duì)于放坡開(kāi)挖的基坑，必須采取可靠的防滲水、防雨水沖刷措施。

③本橋承臺(tái)施工采用深基坑放坡開(kāi)挖施工方案相比鋼板樁施工方案降低了工程費(fèi)用，加快了施工進(jìn)度。同時(shí)由于措施得當(dāng)，解決了施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素，做到了施工過(guò)程安全可控。

3 承臺(tái)混凝土裂縫風(fēng)險(xiǎn)分析及控制措施

3.1 承臺(tái)裂縫種類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)分析

承臺(tái)屬于大體積混凝土，可能出現(xiàn)的裂縫是溫差裂縫和表面干縮裂縫，溫差裂縫與混凝土土水化熱有關(guān)，干縮裂縫與養(yǎng)護(hù)有關(guān)。

3.2 溫差裂縫風(fēng)險(xiǎn)分析與對(duì)策

①承臺(tái)混凝土采用C40，用42.5號(hào)普硅水泥，水泥用量為340kg，水灰比為0.47。水泥水化熱：Q=377J/kg；混凝土比熱：C=0.96J/kg；混凝土質(zhì)量密度：ρ=2400kg/m3。混凝土的彈性模量： ；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下極限收縮值： 。

②因?yàn)榛炷烈话阍?-5天水化熱溫度達(dá)到最高。在2天齡期的情況下，在滿(mǎn)足最大抗裂強(qiáng)度（0.75MPa）時(shí)，混凝土表面與混凝土中心的允許最大溫差為： ℃。同理，在5天齡期的情況下，混凝土表面與混凝土中心的允許最大溫差為26.1℃。由于實(shí)際混凝土最高溫度值在2-5天齡期時(shí)出現(xiàn)，此時(shí)最容易出現(xiàn)內(nèi)外溫差超限情況，在實(shí)際施工時(shí)，為防止溫差裂縫的出現(xiàn)，應(yīng)按25℃溫差值控制。

③混凝土內(nèi)部水化熱按公式 計(jì)算，結(jié)果為48.27℃，大于25℃，如不采取措施，必然出現(xiàn)溫差裂縫。

④施工時(shí)氣溫為10℃，混凝土入模溫度考慮10℃時(shí)，混凝土內(nèi)部溫度為10+48.27=58.27℃。混凝土表面的最低允許溫度為： 。為防止溫差裂縫的發(fā)生，施工方案可考慮采取內(nèi)部降溫和外部保溫措施。

⑤如采用草袋進(jìn)行外部保溫方案，材料厚度按公式 計(jì)算，結(jié)果為141.26mm，即14厘米，實(shí)施起來(lái)較為困難。本著施工方案應(yīng)便于實(shí)施和可控性強(qiáng)的原則，采用內(nèi)部降溫措施，即采用冷卻管降低混凝土內(nèi)部水化熱，同時(shí)在混凝土外側(cè)鋪設(shè)土工布和草袋，進(jìn)行輔助外部保溫。

3.3 干縮裂縫風(fēng)險(xiǎn)分析與對(duì)策

①混凝土出現(xiàn)干縮裂縫的原因是表面水分散失快，收縮大，表面收縮變形引起的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的允許應(yīng)力而使混凝土表面開(kāi)裂。承臺(tái)是大體積混凝土，在平面和側(cè)面位置易出現(xiàn)干縮裂縫。

②對(duì)2天齡期后混凝土應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算（此時(shí)還沒(méi)有拆除模板），混凝土的抗拉強(qiáng)度的最大值為： ，抗拉強(qiáng)度最小值為 ，考慮1.15的安全系數(shù)，設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度：

。同理，對(duì)3-7天齡期，混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算值分別為0.74Mpa，0.87Mpa，0.96Mpa，1.03Mpa，1.09Mpa。由此判斷，在混凝土齡期的前期，特別是1-5天時(shí)間內(nèi)，由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，混凝土表面失水快，易造成干縮裂縫的出現(xiàn)。

③根據(jù)承臺(tái)混凝土澆筑時(shí)的外界溫度，模板在混凝土土澆筑完成后第3天拆除，如模板拆除后再對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)生，有可能造成干縮裂縫的發(fā)生。制定的針對(duì)性方案為澆筑完成一天后松動(dòng)模板拉桿（未拆除模板），開(kāi)始從承臺(tái)頂面灑水養(yǎng)生。模板拆除后，先在混凝土表面灑水，再用防水土工布包裹，然后覆蓋一層草袋，養(yǎng)生時(shí)間為10天。

3.4 裂縫控制措施

①在混凝土配合比中摻加了粉煤灰、減水劑，在強(qiáng)度和和易性滿(mǎn)足要求的前提下，降低了水泥用量，減少了水化熱。

②因承臺(tái)體積較大，混凝土澆筑時(shí)間較長(zhǎng)，施工時(shí)在混凝土開(kāi)始澆筑后冷卻管即開(kāi)始通水。為避免冷卻管周?chē)炷林車(chē)鷾夭钸^(guò)大造成裂縫，在承臺(tái)邊上設(shè)置循環(huán)蓄水，蓄水池的水溫與混凝土內(nèi)部的溫差控制在25℃以?xún)?nèi)，在進(jìn)水口處設(shè)置閥門(mén)，調(diào)控水流量大小，以此調(diào)控混凝土內(nèi)部的降溫速度。

③在承臺(tái)內(nèi)設(shè)置4根測(cè)溫孔，每孔5點(diǎn)。測(cè)溫采用水銀溫度計(jì)，測(cè)溫頻率澆筑從當(dāng)天1次/小時(shí)，逐漸減少到3天后的1次/3小時(shí)，通過(guò)記錄分析，施工時(shí)通過(guò)調(diào)整循環(huán)水流量大小和循環(huán)水溫度，控制混凝土內(nèi)外溫差始終在25℃以?xún)?nèi)。

④循環(huán)水連續(xù)降溫了7天。在第7天時(shí)，承臺(tái)中心溫度基本恒定，與外界溫差小于25℃時(shí)。在繼續(xù)溫度觀測(cè)12小時(shí)后，撤除了冷卻設(shè)備，對(duì)冷卻管用水泥凈漿進(jìn)行了壓漿封閉。

⑤施工時(shí)采用了混凝土分層振搗工藝，在滿(mǎn)足分層間隔時(shí)間的前提下，盡量控制了混凝土的澆筑速度，有效促進(jìn)了混凝土內(nèi)部水化熱的散失。

⑥在內(nèi)部降溫的同時(shí)，由于在低溫季節(jié)施工，現(xiàn)場(chǎng)采用了草袋對(duì)混凝土外部進(jìn)行保溫，對(duì)于減少混凝土內(nèi)外溫差提供了可靠保障。

⑦注重混凝土前期的養(yǎng)生，及時(shí)松動(dòng)模板拉桿進(jìn)行透水養(yǎng)生，有效防止了干縮裂縫的發(fā)生。

⑧承臺(tái)大體積混凝土從施工配合比、施工方面采取了可靠措施，未出現(xiàn)任何裂縫。

4 結(jié)束語(yǔ)

青云安丘大橋主橋承臺(tái)由于基坑開(kāi)挖深，澆筑混凝土方量大，施工中面臨著基坑坍塌、混凝土開(kāi)裂等安全和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。在施工前通過(guò)可靠的風(fēng)險(xiǎn)分析、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尿?yàn)算、完善的方案制定做好開(kāi)工前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，在施工中注重對(duì)工程施工關(guān)鍵工序、關(guān)鍵環(huán)節(jié)的控制，有效的保證了施工安全和施工質(zhì)量。為以后類(lèi)似工程的施工管理工作積累了經(jīng)驗(yàn)。

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