鋼板樁圍堰法承臺大體積混凝土冬期施工技術*

劉 注，劉計東，龔鵬鑫

(中交路橋華東工程有限公司，上海 201210)

1 工程概況

龍潭過江通道工程線路起自儀征境內江北長江大堤，向南跨江，經南京龍潭，止于與338省道交叉處，路線全長約5km，跨江主橋采用主跨1 560m單跨鋼箱梁懸索橋。

北塔承臺為啞鈴形結構，平面尺寸為78.86m×40.5m，承臺厚度為6m。單個承臺平面尺寸為33.5m×40.5m，兩承臺之間采用11.86m×23.5m系梁相連，承臺總混凝土量16 219.3m3。承臺分幅分層共進行5次澆筑，單幅單層澆筑厚度為3m，系梁中間設置3m寬后澆帶，單次澆筑混凝土量為3 949.075m3，承臺結構如圖1所示。

圖1 承臺結構(單位：cm)

2 深基坑支護結構設計

2.1 深基坑支護結構方案比選

查閱類似承臺深基坑施工經驗，深基坑支護結構通常選用鋼板樁圍堰、鎖扣鋼管樁圍堰、鋼套箱圍堰(分為有底和無底)和雙壁鋼圍堰。根據本工程地質情況、環境條件、基坑深度、施工工期和工程成本等因素綜合考慮，項目選取了鋼板樁圍堰作為承臺基坑開挖的支護結構。

2.2 鋼板樁圍堰設計

鋼板樁型號采用拉森IV型，長度為9m，整體平面尺寸為81.86m(橫橋向)×43.5m(縱橋向)。鋼板樁與承臺尺寸邊線最小凈距為150cm，頂部標高為7.500m, 底部標高為-1.500m,入土深度1.5m。圍堰共設置2道腰梁支撐,第1道設置在4.500m位置處,第2道設置在0.500m處,腰梁采用雙拼HN600×200型鋼,如圖2所示。

圖2 鋼板樁圍堰平面布置(單位：cm)

2.3 鋼板樁圍堰外拉體系創新設計

鋼板樁圍堰插打方便、止水效果好，但整體剛度較小，穩定性差，需要設置合理的支撐結構。鋼板樁圍堰通常選用鋼管支撐和型鋼支撐2種結構形式，但上述2種結構形式用鋼量大，工期長，且影響后期基坑開挖和承臺施工，故不予采用。

項目結合現場實際情況，設計了一種精軋螺紋鋼外拉結構體系，如圖3所示。該外拉結構體系采用φ25精軋螺紋鋼以及2I25a型鋼與施工平臺鋼管樁進行固結，抵消鋼板樁所承受的土壓力和靜水壓力，避免了傳統圍堰內支撐給施工造成的影響。

圖3 鋼板樁圍堰外拉體系示意

2.4 圍堰整體驗算結果

圍堰結構采用 Midas Civil 有限元計算軟件建模分析計算，圍堰驗算時，其計算荷載包括靜水壓力和主動土壓力。

拉森鋼板樁圍堰采用先撐后挖的方式施工，基坑開挖至腰梁標高后，必須先進行腰梁安裝，安裝完成后方可繼續開挖，開挖至設計標高后，在干環境下澆筑墊層混凝土，形成干環境施工承臺。根據鋼板樁圍堰施工流程，圍堰受力工況如下。

1)工況1 左幅鋼板樁圍堰插打完成，安裝完第1道腰梁后開挖至標高0.300m處(還未安裝第2道腰梁)，計算鋼板樁圍堰強度、剛度及穩定性。

2)工況2 鋼板樁圍堰形成整體并安裝好第2道腰梁后開挖至基坑底-0.300m(未澆封底混凝土之前)，計算鋼板樁圍堰強度、剛度及穩定性。

選取拉森鋼板樁幾種最不利工況進行計算，分別對工況1，2進行分析，計算模型及邊界條件如圖4所示，計算結果如表1所示。

圖4 鋼板樁圍堰計算模型及邊界條件

表1 鋼板樁圍堰計算結果

2.5 鋼管樁驗算結果

根據鋼板樁牛腿反力加載在鋼管樁對應位置處，計算可得鋼管樁最大應力為99.6MPa<215MPa，最大水平形變量14.4mm<7 500/400=18.75mm，臨界荷載系數5.63>4，滿足要求。

3 大體積混凝土冬期施工溫度裂縫控制

3.1 大體積混凝土冬期施工保溫措施

本工程承臺施工采用鋼模板，且模板需要周轉使用，拆模時間短，故不適合木材、擠塑板、聚氨酯泡沫塑料和蓄水養護。由于棉被吸水率大，吸水后導熱系數會增大，故不適合單獨采用，需在外側覆蓋油布防水。由于橡塑保溫板成本較高，且承臺上表面白天有陽光照射，表面保溫可適當減弱，所以上表面可僅采用棉被保溫。綜合以上因素考慮，本工程承臺側面采用橡塑保溫板+棉被+油布保溫，承臺頂面采用棉被+2層油布保溫，如圖5所示。

圖5 承臺混凝土表面保溫方案

3.2 大體積混凝土溫度監測

根據GB/T 51028—2015《大體積混凝土溫度測控技術規范》進行混凝土內部溫度監測，溫控元件布置在承臺對稱軸線上，能準確反映承臺上表面溫度、下表面溫度、側表面溫度和中心溫度。

從左幅第1層承臺混凝土溫度監測數據可知，混凝土內部溫峰在澆筑完成后51h出現，溫峰為63.8℃，之后緩慢降溫。混凝土澆筑完成28h內，因上表面混凝土剛開始初凝，水化放熱晚，而承臺中心混凝土早已水化升溫，導致內表溫差超過規范容許值25℃，但此時混凝土處于升溫膨脹階段，且混凝土彈性模量較小，不會造成混凝土開裂。之后隨著上表面混凝土水化升溫，表面保溫措施良好，內表溫差均控制在25℃以內，混凝土溫度變化曲線如圖6所示。

4 結語

大體積混凝土承臺作為懸索橋和斜拉橋重要組成部分，施工方法較多。龍潭長江大橋采用精軋螺紋鋼外拉結構作為鋼板樁圍堰支護結構，減小了復雜內支撐對承臺基坑開挖、鋼筋綁扎和模板安裝的影響，提高了承臺施工效率，縮短了混凝土層間間歇時間，對混凝土溫度裂縫控制起到了積極作用。同時，通過采用合理的混凝土表面保溫方案，達到了混凝土防凍和控制混凝土內表溫差的目的，減小了冬期氣候條件對大體積混凝土施工的不利影響，保證了大體積混凝土施工質量，為今后類似大體積混凝土冬期施工提供了經驗。