海島臨水區域大體積承臺施工關鍵技術

陳松松，蔣樹勤

(1.廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200；2.廣西欣港交通投資有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

隨著《西部陸海新通道總體規劃》的實施，越來越多的橋梁建設涉及海域范圍，橋型以大跨度的懸索橋或斜拉橋為主，一般在通航口兩側的海島或海岸的臨水區域設置主塔，使主橋上跨通航孔。本文以廣西濱海公路龍門大橋東索塔承臺施工為工程背景，研究海島臨水區域大體積承臺施工的關鍵技術，著重于半島半海處大型深基坑支護與開挖，以及大體積海工混凝土施工質量控制的研究，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

廣西濱海公路龍門大橋是目前廣西規劃建設的最大跨徑橋梁，是廣西壯族自治區重點工程，全線包括東引橋、主橋、西引橋及揚帆立交，按雙向六車道一級公路標準建設。其中龍門大橋主橋長1 198 m，跨越茅尾海，采用門式混凝土索塔，塔高174 m。東索塔位于擦人墩島嶼西部臨海位置，索塔承臺高8 m，承臺平面為兩個25.6 m×25.6 m的矩形，承臺下部為群樁基礎，上部為塔柱結構和下橫梁。索塔承臺底面高程為-4.0 m，頂面高程為+4.0 m，采用C45混凝土澆筑。東索塔承臺立面圖如圖1所示。

圖1 東索塔承臺立面圖(cm)

2 承臺基坑支護與開挖

2.1 基坑支護方案

主塔承臺位于半島半海位置，海潮歷史最高水位為+3.98 m，采用筑島填筑方式在承臺范圍形成施工平臺，平臺標高約為+4.5 m。而承臺底標高為-4.0 m，需開挖的承臺基坑深度超過8.5 m。為保證基坑開挖過程中的安全及防止基坑內滲水，經各方案比選，采用鋼板樁+內支撐方式進行基坑支護(見圖2)，方案如下：

(1)基坑支護采用鋼板樁，采用兩個承臺各自全圍支護的方式。鋼板樁支護內邊緣距承臺設計邊線1.5 m布置，保證承臺模板安裝操作空間，即鋼板樁支護平面尺寸為28.6 m×28.6 m。

(2)鋼板樁頂標高皆為+5 m，樁底標高為-7 m，單個承臺支護用鋼板樁為194根，鋼板樁型號為Ⅳ級600 mm×210 mm×18 mm拉森鋼板樁，單根長12 m。

圖2 承臺基坑鋼板樁支護結構模型圖

2.2 插打鋼板樁

因主塔承臺施工范圍地質為強風化巖石，承載力特征值為500～600 kPa，采用普通柴油打樁機或液壓震動錘難以打入鋼板樁。經調研，可采用新設備靜壓植樁機進行鋼板樁插打施工。靜壓植樁機采用的是通過夾住數根已經壓入地面的樁(完成樁)，將其拔出阻力作為反力，利用靜載荷將下一根樁壓入地面的“壓入機理”。采用螺旋鉆輔助壓入法，使用設有螺旋鉆的裝置進行輔助施工，在砂礫、卵石或巖層等堅硬地層中，利用“除芯理論”在壓入的同時通過螺旋鉆鉆掘來降低貫入阻力，從而實現壓入作業[1]。

2.3 基坑開挖

鋼板樁按設計平面插打完成形成封閉圍護后，采用長臂挖掘機、小型挖掘機和人工配合開挖基坑。開挖前在圍堰四周作出標高點并計算開挖深度，開挖時指派專人用塔尺隨時量測開挖深度，吊放小型挖掘機進行基坑土石方開挖，坑頂用長臂挖掘機取土，距離基坑底10～20 cm時改為人工清理。基坑底標高根據設計底標高和墊層厚度控制。

因承臺平面尺寸較大，若內支撐采用對向頂撐會導致撐桿長度太大，穩定性差，且對土石方開挖影響較大，所以考慮采用臨邊斜角對撐設置內支撐，這樣既減短了內支撐長度、提高了其穩定性，且中心留出空間大，對土石方開挖影響較小。基坑開挖前施工第一道圍檁及內支撐，開挖至相應標高后立刻施工下一道圍檁和內支撐，未施工完成不可繼續開挖。基坑開挖完成后，破除樁頭，澆筑墊層混凝土，然后進行索塔承臺結構施工。

3 大體積海工混凝土施工

索塔承臺混凝土分兩次澆筑，每次澆筑厚度為4.0 m、澆筑方量為2 621 m3，為大體積海工混凝土施工。由于施工位置為海島，周圍無淡水可用，如何進行大體積海工混凝土的溫度裂縫控制是關鍵，經研究，主要控制措施如下。

3.1 大體積海工混凝土施工配合比設計

海工混凝土設計，要求混凝土有高耐久性、高體積穩定性、高抗氯離子滲透性以及良好的施工工作性能和力學性能。大體積混凝土設計，要求混凝土具有較低的水化熱、較小的絕熱升溫值，防止混凝土澆筑后內部溫度過高、內外溫差過大，引起混凝土開裂。

大體積海工混凝土施工配合比設計需將兩者相結合。配合比設計原理：粉煤灰填充砂之間的空隙，碎石空隙由粉煤灰和砂組成的密實堆積體填充，水泥起膠結作用，形成密實堆積體，實現滿足力學性能和抗滲性能要求下的低水泥用量混凝土設計，再摻加部分多功能防腐劑CPA，保證抗氯離子滲透系數滿足要求[2]。

3.2 水冷卻系統

水冷卻系統為大體積混凝土施工溫度控制常用方法，主要由水箱、水泵、冷卻水管、回水管組成，是一個循環的系統。該系統利用在混凝土內部布置的冷卻水管降低混凝土內部溫度，并利用回水可調節水箱內水的溫度，使冷卻管進出水管溫差符合要求。

冷卻水管安裝時應注意管道通暢，連接嚴密，并通過試通水檢驗，檢查管道接頭等的嚴密性，防止在混凝土澆筑過程中出現管道漏水。安裝過程中，冷卻管道與承臺內鋼筋相碰時，可適當調整冷卻管位置。冷卻管的進出口位置及其長度可根據施工要求進行調整，單管長度以≤150 m為宜。考慮承臺尺寸較大，冷卻管進出口較多，在實際施工過程中采用對冷卻管進出口設置集中控制裝置，由單個水泵抽水進行集中分流。具體布置如圖3所示。

圖3 冷卻管集中控制裝置示意圖

施工位置地處海島，現場布置6個水罐支撐循環用水，設置水冷型螺桿機組對罐內循環水進行降溫。水冷型螺桿機組外接冷卻水塔，將攜帶廢熱的冷卻水在塔體內部與空氣進行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散入大氣中。高壓水泵性能穩定，安裝方便，體積輕巧，為冷卻水及時連續地泵入冷卻水管中提供了保障。

3.3 混凝土入模溫度控制

采取原材料溫度控制、拌和水溫度控制、運輸過程中溫度控制、現場環境降溫等方法，將混凝土入模溫度控制在28 ℃以下：(1)提前計劃骨料進場，對骨料進行過篩清冼，去除石粉等雜質，采用在低溫的多料倉散攤靜置的方式降低骨料溫度；(2)提前購進水泥，將水泥存放于倉庫，避免陽光對水泥的直射，對進場水泥進行自然冷卻；(3)夏季進行大體積混凝土施工時，采用加冰等措施，對拌和用水進行降溫；(4)在罐車體上包裹保溫布，并在攪拌站出料口附近設置水管噴頭，出料同時在罐車表面進行澆水降溫；(5)澆筑前對承臺墊層頂部、鋼筋和模板用炮霧機進行噴霧降溫、濕潤處理，但不得有積水或附著水；(6)采取措施改善和加強模內的通風，加速模內熱量的散發，如在承臺四周設置風扇等。

3.4 混凝土澆筑控制

(1)優化混凝土的布料方式：混凝土采用整體式水平分層連續澆筑。混凝土澆筑時，由四周往中心布料，布料過程中需始終保持構件周邊混凝土高度略高，邊部采用天泵布料桿均勻布料且緊靠模板，加強邊角處振搗，保證混凝土較好的勻質性和密實性，以避免膠凝材料漿體發生過長距離流動并堆積在構件四周而產生較大溫度應力及收縮應力，增大混凝土側面和邊角開裂風險[3]。

(2)合理安排施工程序，控制混凝土在澆筑過程中均勻上升，避免混凝土拌和物堆積出現過大高差。

(3)優化分層澆筑厚度：分層澆筑厚度控制在30～50 cm，盡量縮短層間間隔時間，確保在下層混凝土能充分塑化之前完成上層混凝土的覆蓋澆筑，這不僅有利于減少下層混凝土的溫度回升，而且可以避免塑性收縮裂縫。

(4)澆筑過程中，經常對模板進行沖水降溫。

(5)混凝土浮漿控制：在保證可泵送的前提下盡量降低混凝土坍落度，尤其是澆筑至最后50～60 cm時，混凝土坍落度應調小20 mm，避免混凝土表面浮漿過厚引起的后期收縮不一致而導致混凝土開裂[4]。

4 施工效果

龍門大橋東索塔承臺施工，首次引進螺旋鉆靜壓植樁機，成功實現了強風化巖地質條件下鋼板樁的插打；采用鋼板樁圍堰支護、在半島半海的特殊環境區域成功開挖承臺基坑，施工過程中基本無滲水，支護安全穩定；采用優化混凝土配合比設計、入模溫度控制、冷卻管循環降溫、優化澆筑工藝等方式，成功完成了主塔承臺大體積混凝土施工，溫度監控數據滿足要求，無溫度應力裂縫，施工效果良好。

5 結語

龍門大橋東索塔承臺施工關鍵技術，克服了半島半海特殊環境下大型深基坑施工、高標號大體積海工混凝土施工質量控制等技術重難點，施工過程中未出現任何安全及質量問題，獲得良好的質量、安全、進度及經濟效益，此思路為今后類似工程施工提供了一個可參考的依據。