泉州海灣大道下穿彎框架橋施工技術(shù)

陳文璟，羅英，張健

（1.泉州臺商投資區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，福建 泉州 362000；2.中建五局土木工程有限公司，湖南 長沙 410004 3.福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 福州 350108）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，對于交通基礎(chǔ)設(shè)施的要求也越來越高。密集的人口，擁擠的交通使得道路路線的規(guī)劃顯得尤為重要。框架橋擁有占用土地少、施工更加方便及更為經(jīng)濟等特點。相比于跨線橋，框架橋的橋長較短，且框架橋一般修筑于地下或是既有線路之下，使得其能夠更好地融入到周圍的環(huán)境中[1]。

目前很多學(xué)者都對框架橋的施工過程進行了相關(guān)研究。陳東杰[2]在某橫穿鐵路地道橋工程中,采用了較為經(jīng)濟的明挖現(xiàn)澆法施工,利用基坑內(nèi)加固的預(yù)留土堤,融合基坑盆式開挖的理念,成功解決了施工條件復(fù)雜情況下穿越鐵路地道橋的施工問題，既保證了施工期間的鐵路安全,又達到工程經(jīng)濟的目的。羅新文[3]等人在橫穿某鐵路框架橋建設(shè)中，為不中斷鐵路線營運，采取線路架空加固，原地現(xiàn)澆箱涵。施工中，采用組合便梁架空路線，嚴(yán)格控制支點樁截面尺寸、長度、標(biāo)高和承載力。章征華[4]等人對框架橋的現(xiàn)澆施工步驟進行了分析，認為涵身要分兩次澆筑，其中涵身底板以及墻身下部先一起澆筑，后上部和頂板鋼筋混凝土一并澆筑。下穿立交橋的框架橋施工時，由于框架連續(xù)、位于曲線上且斜交角度大，不具備采用便梁進行頂進的施工方法，張青松[5]采用了獨柱式高樁墩架設(shè)貝雷桁梁為主梁，工字梁橫挑梁、鋼軌、吊軌梁橋面架空線路進行現(xiàn)澆施工的方法。避免了由于縱挑橫抬頂進施工造成栽頭或抬頭,以及由于斜交角度大而造成的頂進左右偏差過大的問題。Wenyu JI[6]等人本文對某地道橋混凝土施工裂縫超出規(guī)范允許值的原因進行了理論研究。結(jié)果與實際情況吻合較好，表明裂縫主要由施工過程中混凝土的收縮和水化熱引起。馬書龍[7]在某地道橋施工中，發(fā)現(xiàn)流砂涌出和梁的支點下沉病害，采用上一層細砂中用輕型井點降水，下一層粉砂中用管井井點降水的組合降水方法解決復(fù)雜地層的降水問題。車寶[8]針對框架箱涵施工時的裂縫研究得出框架箱涵混凝土在澆筑后溫度隨時間變化趨勢與水化熱放熱趨勢基本一致。

框架橋的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)整體性好，剛度大，抗變形能力強，基底應(yīng)力小，適合于地基承載力低、不均勻沉降大的地質(zhì)條件[9]。框架橋和箱梁橋的結(jié)構(gòu)形式差不多，也有如單孔、雙孔等類型。本文將介紹一例雙孔框架橋，介紹其施工過程中遇到的問題以及采取的解決措施。

1 工程實例

1.1 工程概述

該框架橋為泉州臺商投資海灣大道（海江大道～繞城高速）工程的其中一座橋。該工程主路為雙向六車道地下通道，兩側(cè)輔路為地面道路，主路采用U型槽以及框架橋結(jié)構(gòu)，道路等級為城市主干路兼一級公路功能。整個路段共有三座框架橋，且皆為彎框架橋，框架橋總長499.2m。本文所介紹的框架橋為第一座框架橋，路設(shè)計線長91.513m。

1.2 主體結(jié)構(gòu)

該座框架橋為雙孔結(jié)構(gòu)，頂寬總寬度40.5m，框架橋底寬44.5m，框架橋高度h為10～12m。框架結(jié)構(gòu)頂板厚度為140cm，側(cè)墻及中墻厚度為140cm，底板厚度為180cm，底板外挑段長200cm。框架主體結(jié)構(gòu)采用C40補償收縮海工混凝土，抗?jié)B等級P8，底板墊層采用20cm厚的C20混凝土。框架橋截面設(shè)計圖如圖1。

2 工程地質(zhì)及地下水埋藏

2.1 工程地質(zhì)

擬建場地位于泉州市臺商投資區(qū)，場地地貌屬賓海相沖蝕和堆積作用的海岸階地地貌，地勢較為平坦開闊，局部地勢起伏較大。場地地勢總體上東高西低，場地標(biāo)高在 3.06m～12.34m 之間。根據(jù)初步勘察成果，結(jié)合原位測試與室內(nèi)土工試驗成果，在本次勘探深度范圍內(nèi)，揭露巖土層自上而下分為10個大層。

2.2 地下水埋藏

勘察期間按規(guī)范要求在鉆孔內(nèi)量測初見水位和穩(wěn)定水位，測量初見水位埋深為 1.00～3.50m，初見水位標(biāo)高為5.50～2.10m，穩(wěn)定水位埋深為 0.20～27.80m，穩(wěn) 定 水 位 標(biāo) 高 為 0.83～3.19m。地下水水位主要受大氣降水、泉州灣漲落潮、沿線溝的補給及排泄等影響呈季節(jié)性變化，地下水位變幅為1～5m。場地地下水按埋藏條件及性質(zhì)可分為上層滯水、孔隙潛水～承壓水及風(fēng)化巖孔隙裂隙水。上層滯水主要賦存于填土的孔隙中，主要來自大氣降水、地表排水、溝、溪流補給，并通過蒸發(fā)及地下側(cè)向徑流等方式排泄，屬弱～中透水層，水量較少，呈季節(jié)性變化。

3 施工技術(shù)

3.1 框架橋抗浮驗算

地下建筑設(shè)計中最重要的核心問題就是抗浮設(shè)計,其關(guān)鍵是以抗浮設(shè)計水位的確定和抗拔樁的合理設(shè)計方法為主[10]。在框架橋的設(shè)計中，考慮到地下水對框架橋底板的浮力作用，需要進行抗浮驗算。根據(jù)《地基規(guī)范》第5.4.3條：建筑物基礎(chǔ)存在浮力作用時應(yīng)進行抗浮穩(wěn)定性驗算[11]。應(yīng)符合下列公式要求：

式中：Gk—建筑物自重及承重之和（kN）

Nw，k—浮力作用值（kN）

Lw—抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，一般情況下可取1.05。

結(jié)構(gòu)自重及壓力經(jīng)過驗算，滿足抗浮要求，所以不需要設(shè)置抗浮樁。

3.2 基坑開挖

基坑開挖前，需要根據(jù)提供的控制點，定出本工程基坑軸線，按設(shè)計圖紙定出基坑開挖邊線以及坡腳線，并撒灰線作為標(biāo)記；需多級開挖的基坑需在上一級基坑開挖完畢后用同樣的方法放出下一級基坑的開挖邊線及坡腳線。基坑開挖不允許擾動原狀土，要求在離基底20～30cm時使用小型機具或人工開挖到設(shè)計標(biāo)高。基坑開挖從上到下分層、分段、分塊進行。遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則。開挖過程中隨時注意檢查土體的強度和穩(wěn)定性。挖出的土方需及時外運，不得堆在基坑四周。

基坑開挖需要進行支護結(jié)構(gòu)設(shè)計，框架橋采取圍護樁、錨索、鋼支撐、冠梁以及放坡等支護結(jié)構(gòu)。根據(jù)土質(zhì)的不同情況，采取不同支護結(jié)構(gòu)的結(jié)合共同支護。邊坡預(yù)留50～100mm厚的土體，由修坡人員用鏟修整坡面，為確保噴射混凝土面層的平整，掛小線測量邊坡坡度，以保證坡腳不侵結(jié)構(gòu)。

3.3 基坑水處理

3.3.1 基坑降水

由場地的水文地質(zhì)勘測可知，地下水位勘察范圍內(nèi)所有鉆孔均遇見地下水，穩(wěn)定水位埋深為0.20～27.80m。地下水水位主要受大氣降水、泉州灣漲落潮、沿線溝的補給及排泄等影響，并呈季節(jié)性變化，水位變幅為1～5m。考慮到該框架橋結(jié)構(gòu)的側(cè)墻高度為10～12m，因此，在挖基坑時，需要對地下水位進行降水，以防止地下水滲透進基坑對基坑進行腐蝕破壞，也為了減小地下水對底板的水浮力以方便澆筑底板。本項目采取的是坑外管井降水與坑內(nèi)集水明排降水。在坑外使用管井降水便于管井井點的布置，可根據(jù)不同的地下水位布置管井，且施工方便、排水量大，能更快地起到降水效果。

3.3.2 結(jié)構(gòu)外部防水

澆筑完基底墊層后進行底板外部防水施工，底板懸挑邊緣防水卷材采用120mm厚的磚墻進行保護，磚墻砌至超過底板頂300mm高度，并使用1:2.5水泥砂漿找平，找平層20mm厚，并在墊層和找平層轉(zhuǎn)角處設(shè)置50mm×50mm砂漿倒角。底板厚度部分磚墻為永久性磚墻，超出底板高度300mm磚墻為臨時性磚墻。在墊層上鋪設(shè)2層4mm厚的APP塑性體改性瀝青防水卷材，然后澆筑50mm厚細石混凝土保護層，待混凝土強度達到要求時再澆筑底板混凝土。在進行防水卷材鋪貼時，對于施工縫、變形縫及陰、陽角部分要先進行附加層施工，多敷設(shè)一層APP防水卷材。底板外部防水剖面圖見圖2。其他防水構(gòu)造見圖3。

圖2 底板外部防水橫剖面圖

圖3 底板防水構(gòu)造

3.4 框架結(jié)構(gòu)施工

3.4.1 底板施工

①底板模板拼裝

該框架橋為下穿式通道，邊墻高度不一，因此底板縱向存在一定的坡度，在澆筑底板混凝土?xí)r將出現(xiàn)混凝土向下坡累計現(xiàn)象。因此，對于模板設(shè)計和混凝土澆筑方法都是一個挑戰(zhàn)。為解決這個問題，模板采用大塊鋼模板，保證有足夠剛度和強度的基礎(chǔ)上減少模板拼縫，提高混凝土抗?jié)B性能。模板縫用雙面橡膠密封條密封，在結(jié)構(gòu)內(nèi)外架設(shè)鋼管架輔以斜撐和剪刀撐加強模板體系的穩(wěn)定性。鋼模板在現(xiàn)場拼接成長度44m，高度1.2～2.2m不等，采用25mm精扎螺紋鋼與底板內(nèi)分布鋼筋焊接對拉，外部設(shè)置斜撐。框架橋縱向施工縫位于底板澆筑至底板之上30cm腋角頂處，此部分模板采用垂直與水平支撐定位。

②底板混凝土澆筑

框架橋底板混凝土澆筑至底板以上30cm側(cè)墻，縱向20m一段分段施工并采用跳槽法施工，縱向每10m左右設(shè)置一道后澆帶，后澆帶寬0.8m。底板混凝土屬于大體積混凝土，應(yīng)在澆筑前布置冷卻水管。對于≤1.5m厚的底板，布設(shè)一層冷卻水管，＞1.5m厚的底板，布設(shè)兩層冷卻水管，最外排冷卻水管與混凝土邊緣距離1m，冷卻水管間距2m，進水孔和出水孔伸出底板面40cm，每層冷卻水管平面成“弓”字形直線布設(shè)，冷卻水管固定在鋼支架上。

灌注過程中，不得在同一處連續(xù)布料。混凝土分層厚度不大于300mm。混凝土的自由傾落高度不得大于2m，以防止對模板沖擊過大以及產(chǎn)生離析現(xiàn)象。混凝土入倉后，采用小型插入式振搗器搗固，振動棒插入的間距為400mm左右，振搗時間一般為15～30s,并且在20～30min后對其進行復(fù)振。底板和側(cè)墻的混凝土表面，適時用抹子磨平搓毛兩遍以上，以防止產(chǎn)生收縮。底板混凝土澆筑見圖4。

圖4 底板混凝土澆筑示意圖

3.4.2 側(cè)墻、中墻及頂板施工

①側(cè)墻及中墻模板拼裝

側(cè)墻及中墻模板采用鋼模板拼裝而成，外背雙拼鋼管，每50cm設(shè)1排，鋼管通過Φ10mm對拉螺栓、蝴蝶卡將方木與鋼模連接成整體。外側(cè)每1×1m設(shè)置鋼管斜撐，保證柱體澆筑時穩(wěn)固，不發(fā)生側(cè)斜現(xiàn)象。側(cè)墻及中墻模板施工方法詳見圖5。

圖5 側(cè)墻及中墻模板示意圖

②頂板模板拼裝

框架橋頂板橫向?qū)挾群艽螅_到40.5m寬，模板和頂板的重量過重，在自重作用下會發(fā)生較大的下?lián)献冃危虼讼虏坎捎脻M堂支架支撐。考慮到底板存在坡度，為保證滿堂支架的安全架設(shè)，在底板澆筑時預(yù)埋斜撐抗滑鋼筋，支架必須設(shè)置縱、橫向掃地桿，底板水平部位橫向掃地桿采用盤扣支架固定在距支點上皮不大于20cm處的立桿上，縱向掃地桿采用盤扣支架固定在緊靠橫向掃地桿下方的立桿上。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[12](GB50009-2001)第6.1.2條：現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁、板，當(dāng)跨度大于4m時，模板應(yīng)起拱；當(dāng)設(shè)計無具體要求時，起拱高度宜為全跨長度的1/1000～3/1000。本橋的頂板跨度遠超4m，所以根據(jù)經(jīng)驗，設(shè)置了20mm的上拱度。頂板底模板采用厚竹膠板，采用鋼管+貝雷梁支架澆筑施工。

③側(cè)墻、中墻及頂板澆筑

框架橋側(cè)墻及頂板混凝土分兩次澆筑，第一次澆筑至框架橋頂板與側(cè)墻腋角底部，待側(cè)墻混凝土達到強度后，再拼裝頂板模板支架，澆筑頂板混凝土。在澆筑側(cè)墻混凝土?xí)r通過串筒澆筑，采用插入式振搗器，其移動間距不大于振搗器作用半徑的1.5倍，且插入下層混凝土內(nèi)的深度宜為5～10cm。振搗時不得碰撞模板、鋼筋和預(yù)埋構(gòu)件。每一振點的振搗持續(xù)時間宜為20～30s，以混凝土不再沉落、不出現(xiàn)氣泡、表面呈現(xiàn)浮漿為度。澆筑混凝土?xí)r應(yīng)經(jīng)常觀察模板、鋼筋、預(yù)留孔洞、預(yù)埋件和插筋等有無移動、變形或堵塞情況，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)立即停止?jié)补啵?yīng)在已澆筑的混凝土凝結(jié)前修整完好。

4 結(jié)束語

①地下水文條件對框架橋的施工影響較大，應(yīng)根據(jù)規(guī)范進行抗浮驗算。根據(jù)驗算，本項目建筑自重滿足，無需設(shè)置抗浮樁。

②在底板施工時，應(yīng)考慮到地下水對底板的腐蝕。可采取坑外管井降水、坑內(nèi)集水明排等來降低地下水位，同時也要做好底板防水構(gòu)造的設(shè)計。

③框架橋為下穿通道，底板具有坡度，為保證底板混凝土澆筑不出現(xiàn)累計現(xiàn)象，采取大塊鋼模板以增強模板強度、減少接縫，架設(shè)鋼管架輔以斜撐和剪刀撐加強模板體系的穩(wěn)定性。混凝土澆筑時采取分段跳槽法施工，縱向設(shè)置后澆帶，并鋪設(shè)冷水管。

④框架橋頂板橫向?qū)挾却螅０搴突炷磷灾卮螅┕r易出現(xiàn)下?lián)献冃危什捎脻M堂支架、鋼管+貝雷梁支架澆筑施工，且頂板在拼接支架時設(shè)置20mm的上拱度。

⑤框架橋在施工過程中，先進行底板的施工，待混凝土強度達到要求之后再進行腹板和中板的澆筑，最后再進行頂板的澆筑。