山區(qū)特大橋大體積混凝土承臺的施工

楊培誠

（1.浙江溫州沈海高速公路有限公司，浙江 溫州 325038；2.武漢理工大學(xué)交通學(xué)院，湖北 武漢 430063）

0 引言

隨著國家對西部開發(fā)力度的加大，諸多高速公路需要跨越深谷大峽，相應(yīng)的山區(qū)特大型橋梁劇增。山區(qū)的特定條件，給橋梁建設(shè)的技術(shù)方案及施工組織管理帶來很大的困難。主要問題有以下幾個(gè)方面：

1）山區(qū)地理交通不便，物資資源相對缺乏，橋梁施工所用的大宗原材料選擇上局限性較大，特別表現(xiàn)為混凝土原材料。

2）施工所用的原材料變化頻繁，施工技術(shù)方案必須根據(jù)所用的原材料變化而修定，這樣對施工技術(shù)方案要求更高，適應(yīng)性必須更強(qiáng)。

3）施工組織管理難度大，特定的環(huán)境就必須要有更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織管理，在橋梁大體積混凝土施工過程中，存在很多不確定因素，施工組織管理必須要有詳細(xì)的方案及預(yù)案[1]。

1 工程概況

赤石特大橋是廈蓉高速公路湖南段汝郴高速公路全線的控制性工程，為四塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，是目前同類型橋梁中世界排名第一的四塔斜拉橋。橋梁設(shè)計(jì)跨徑布置為 （4×40 m）連續(xù) T 梁+（190 m+3×380 m+165 m）斜拉橋+（16（15）×40 m）連續(xù)T梁。我部負(fù)責(zé)主7、8號兩個(gè)索塔的施工任務(wù)，7號索塔承臺結(jié)構(gòu)尺寸為41.1 m×32.3 m×6.5 m，混凝土用量約8629 m3，8號索塔承臺結(jié)構(gòu)尺寸為43.6 m×29.9 m×6.5 m，混凝土用量約8474 m3，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級均為C40。7號承臺頂面高程與地面等高，8號承臺位于山腳陡坡處。8號墩承臺處于特殊的地理位置，不管是山體的邊坡防護(hù)還是承臺施工都具有很大的難度。

2 承臺基坑開挖及邊坡施工

2.1 7號承臺的基坑及邊坡施工

7號承臺基坑基底平面尺寸擬定為45.1 m×36.3 m（按承臺各邊加寬2 m）。采用大基坑開挖施工方案，基坑的邊坡穩(wěn)定性采用條分法計(jì)算，土體的相關(guān)力學(xué)指標(biāo)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)測得。根據(jù)地質(zhì)條件，經(jīng)過計(jì)算確定，邊坡采用1∶0.75放坡，開挖采用兩級放坡，兩級坡水平方向距離1 m。基坑開挖過程中形成一定邊坡后，利用挖機(jī)修整好邊坡，將面層壓實(shí)，保證整體穩(wěn)定性滿足施工需求后，在面層鋪設(shè)土工格柵，并用錨筋固定，錨筋布置間距按照1 m×1 m滿布，土工格柵搭接部位必須保證在0.5 m左右，人工鋪設(shè)10 cm厚砂漿。由于山區(qū)的降水較為頻繁，為了保證承臺基坑內(nèi)部干施工，基坑邊坡形成后，在基坑上邊緣做好排水溝及截水溝，避免雨水或其他水源流入基坑內(nèi)部。邊坡開挖見圖1所示。

圖1 邊坡開挖示意圖

2.2 8號承臺的基坑及邊坡施工

8號墩位于山坡坡腳位置處，地勢條件極其復(fù)雜，承臺與山體坡腳的相對地理位置見圖2所示。

圖2 承臺與山體坡腳的相對地理位置圖（單位：m）

由圖2可知，靠山體側(cè)承臺頂面標(biāo)高與山體頂面標(biāo)高高差最大達(dá)18 m之多，背山體側(cè)承臺頂面標(biāo)高與地面標(biāo)高高差達(dá)9 m。在靠山體側(cè)承臺施工必須要對山體進(jìn)行移除，該山體走勢陡峭，坡度約80°，山體開挖量極大，開挖后的山體防護(hù)也是施工控制的難點(diǎn)。在背山體側(cè)承臺施工必須對地面進(jìn)行填高處理，填高后的基礎(chǔ)必須壓實(shí)穩(wěn)定，保證在大體積的承臺混凝土澆筑過程中基礎(chǔ)的承載力能滿足承臺澆筑完成后最不利荷載組合狀態(tài)。針對以上存在的問題，采取的措施為：

1）靠山體側(cè)，需要對山體進(jìn)行爆破施工，在橋梁的前進(jìn)方向，考慮到承臺施工范圍，距離承臺邊后4 m范圍內(nèi)前方山體全部爆破至承臺頂面標(biāo)高，由于山體陡峭，爆破方量約為12000 m3，再加之爆破區(qū)域地處密集居民區(qū)，爆破安全風(fēng)險(xiǎn)大，只能采用小藥量爆破。

2）背山體側(cè)，設(shè)置擋土墻，墻背后回填材料考慮用爆破后的碎石，回填材料要有很好的透水性，保證擋土墻形成的施工平臺不受地下水系的影響。擋土墻的最大承載力主要考慮承臺澆筑過程的最不利荷載組合。

3）在爆破施工完成后，需要對山體進(jìn)行防護(hù)，整個(gè)邊坡高約20 m，長度方向?qū)⒔?5 m，在實(shí)際施工中，邊坡爆破面有一半為較完整巖石層，一半為夾沙黏土層，穩(wěn)定性極差，整個(gè)邊坡防護(hù)采用錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土方案，保證邊坡在巖層破碎帶遇到雨雪天氣時(shí)不發(fā)生滑坡等。

3 承臺施工工藝及施工組織管理

3.1 承臺施工工藝流程

承臺施工主要包括以下內(nèi)容：鋼筋工程、模板工程、混凝土工程。施工流程圖見圖3所示。

圖3 承臺施工流程圖

在承臺鋼筋施工中，由于所采用的主筋為φ36，鋼筋數(shù)量大，鋼筋安裝難度較大，承臺鋼筋連接均采用滾扎直螺紋套筒連接。承臺鋼筋綁扎順序尤為重要，先鋪設(shè)底層鋼筋，之后需要采用臨時(shí)支架安裝架立鋼筋。承臺模板采用大型定型模板，考慮到模板的通用性，模板利用后續(xù)施工中的塔柱模板，以節(jié)約成本。承臺混凝土配合比在施工中極其重要，大體積混凝土由于水化熱的問題，給施工帶來了很大的困難，解決水化熱的關(guān)鍵在于混凝土的配合比設(shè)計(jì)，施工中專門進(jìn)行了針對性的大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)并制定和實(shí)施了相應(yīng)的溫度測試措施。

3.2 承臺施工組織管理

物資管理是山區(qū)大體積混凝土施工的關(guān)鍵之所在，由于山區(qū)地區(qū)交通條件不便，物資材料在大體積混凝土施工中用量大，存在材料進(jìn)場難和檢測難等特點(diǎn)。赤石特大橋7、8號承臺單次澆筑混凝土量最大為5200 m3，根據(jù)試驗(yàn)室提供的最優(yōu)配合比及混凝土原材料備料情況見表1、表2所列。

表1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

表2 混凝土原材料備料數(shù)量（7號承臺）

混凝土原材料備料：需考慮施工單位混凝土拌和站的生產(chǎn)能力和材料儲存場地大小，砂石料可在施工前備足，水泥需要在施工過程中補(bǔ)充。在監(jiān)理單位對相關(guān)工序驗(yàn)收后，混凝土澆筑之前，必須和相關(guān)的材料供應(yīng)商協(xié)調(diào)（必要時(shí)簽訂相關(guān)協(xié)議），確保在特定的時(shí)間將材料運(yùn)輸至現(xiàn)場，保證混凝土澆筑的連續(xù)性。由于水泥等原材需要過程中補(bǔ)充，這就給試驗(yàn)工作帶來了一定的困難，增加了對原材料抽檢的難度，特別是水泥、外加劑的諸多性能指標(biāo)需要在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)才能出具檢測結(jié)果的原材，試驗(yàn)工作必須要有超前性。

原材料關(guān)系到結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量，要保證混凝土施工質(zhì)量，就必須要在相關(guān)原材料生產(chǎn)后立即對原材料按照檢測頻率進(jìn)行檢測，檢測合格后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場。

供電也是大體積混凝土施工的重要保證。在施工前，施工單位要與當(dāng)?shù)氐墓╇姴块T聯(lián)系，保證在施工過程中供電連續(xù)。同時(shí)，施工單位應(yīng)該按照最大用電量備好備用發(fā)電機(jī)，以備停電時(shí)供電。

大體積混凝土施工周期較長，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，5000 m3混凝土澆筑一般用時(shí)大約40～50 h，在施工生產(chǎn)中，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷較大，所有參與生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備都應(yīng)該在施工前做好檢修工作，備好易損配件。

在人員組織方面，保證足夠的勞動力，連續(xù)作業(yè)人員實(shí)行三班倒，要求所有參與施工的人員對所在崗位操作熟練，特別是振搗工，必須配備經(jīng)驗(yàn)豐富的人員，保證大體積混凝土的外觀質(zhì)量。同時(shí)在施工過程中做好后勤保障工作。

赤石特大橋7、8號承臺混凝土供料由2臺90 m3/h拌和站，7號承臺第1層混凝土澆筑歷時(shí)52 h，平均澆筑速度為88.5 m3/h。澆筑過程中設(shè)置3臺布料機(jī)，多點(diǎn)布設(shè)串筒下料，單次混凝土澆筑分層厚度約為50 cm，分層厚度需要嚴(yán)格控制，一方面有利于振搗，另一方面考慮混凝土的初凝時(shí)間，分層過厚會導(dǎo)致單層澆筑時(shí)間長，部分混凝土初凝。由于混凝土澆筑前，進(jìn)行了詳細(xì)的施工技術(shù)交底和嚴(yán)密的施工組織管理，赤石特大橋7、8號承臺4次澆筑均順利完成。

4 承臺施工中的大體積混凝土溫控方法

4.1 大體積混凝土溫控計(jì)算方法

根據(jù)承臺施工所用的相關(guān)混凝土原材料，試驗(yàn)室對混凝土原材料的熱力學(xué)性能做了大量試驗(yàn)工作，根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用有限元軟件MIDAS/CIVIL對大體積混凝土溫度場及應(yīng)力場進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果見圖4所示。

圖4 溫度與時(shí)間過程線

由表4可知，最高溫度出現(xiàn)在混凝土澆筑完成的60～80 h，溫峰持續(xù)10 h左右開始下降，初期降溫速度較快，以后降溫速率逐漸減慢，至5～10 d后降溫平緩，溫度趨于穩(wěn)定狀態(tài)。第1層混凝土內(nèi)部最高溫度約67℃；第二層混凝土內(nèi)部最高溫度約71℃?；炷翜囟戎胁孔罡?，四周較低。應(yīng)力場分析結(jié)果為7號承臺的最大拉應(yīng)力1.73 MPa，最大壓應(yīng)力4.39 MPa，均小于設(shè)計(jì)值。

4.2 大體積混凝土溫控指標(biāo)及控制方法

根據(jù)仿真分析結(jié)果，混凝土溫度控制指標(biāo)如下：

1）混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜大于50℃；

2）混凝土澆筑塊體的里表溫差（不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度）不宜大于25℃；

3）混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃/d；

4）混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃；

5）混凝土中心點(diǎn)最高溫度不宜大于70℃。

對承臺的降溫采取以下措施：

1）混凝土入模溫度，承臺施工時(shí)根據(jù)季節(jié)及大氣溫度，必須控制混凝土入模溫度，在夏季施工時(shí)，對混凝土拌制用的拌合用水進(jìn)行加冰處理。

2）在承臺里面布設(shè)冷卻水管，根據(jù)承臺厚度分層布設(shè)，冷卻水管層距為1～2 m；層冷卻管間距為80～100 cm，冷卻管采用φ35的焊接鋼管，冷卻用水溫度根據(jù)混凝土內(nèi)部進(jìn)行控制，必須保證混凝土溫控指標(biāo)。

3）升溫時(shí)段通水流量應(yīng)使流速達(dá)到0.65 m/s以上，形成紊流；降溫時(shí)段可通過水閥控制減緩?fù)ㄋ?，使流速減半，水流平緩，以層流狀態(tài)冷卻混凝土。

4）保溫養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證混凝土內(nèi)外溫差不大于理論值。

4.3 大體積混凝土溫控檢測監(jiān)控

在赤石特大橋承臺施工中，采用新的無線溫度檢測儀SZWT-MCU32型自動溫度測量系統(tǒng)。該儀器是用于澆筑混凝土內(nèi)部溫度的即時(shí)現(xiàn)場檢測儀器，用單片微型計(jì)算機(jī)核心，大規(guī)模集成電路為外圍部件組成的高精度測控儀表。軟硬件采用多種抗干擾技術(shù)，具有現(xiàn)場存儲、定時(shí)打印、自動巡檢的功能，斷電數(shù)據(jù)不丟失和使用可靠性高等特點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)布置方式為：

1）監(jiān)測點(diǎn)的布置范圍應(yīng)以所選混凝土澆筑體平面圖對稱軸線的半條軸線為測試區(qū)，在測試區(qū)內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)按平面分層布置，測點(diǎn)布置見圖5所示；

2）在測試區(qū)內(nèi)，監(jiān)測點(diǎn)的位置與數(shù)量可根據(jù)溫凝土澆筑體內(nèi)溫度場分布情況及溫控的要求確定；

3）在每條測試軸線上，監(jiān)測點(diǎn)位宜不少于4處，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何尺寸布置；

4）沿混凝土澆筑體厚度方向，必須布置外面、底面和中間溫度測點(diǎn)，其余測點(diǎn)宜按測點(diǎn)間距不大于6 m布置；

圖5 溫度測點(diǎn)布置圖

5）保溫養(yǎng)護(hù)效果及環(huán)境溫度監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量應(yīng)根據(jù)具體需要確定；

6）混凝土澆筑體的外表溫度，宜為混凝土外表以內(nèi)50 mm處的溫度；

7）混凝土澆筑體底面的溫度，宜為混凝土澆筑體底面上50 mm處的溫度。溫度測試頻率按要求測試，保證測試的連續(xù)性。

5 混凝土施工期溫度場的溫度實(shí)際檢測結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際檢測結(jié)果，將兩次混凝土澆筑的溫度記錄匯總?cè)绫?。

表3 兩次澆筑混凝土最高溫升值匯總表

由以上監(jiān)測結(jié)果可以看出，采用以上溫控措施，施工過程中最高溫度均小于仿真分析計(jì)算的結(jié)果。通過長期的觀察與測量，承臺四周表面混凝土光滑平整，未出現(xiàn)由于水化熱引起的溫度裂縫，用專業(yè)儀器觀察，只是在個(gè)別處出現(xiàn)微小的混凝土收縮裂縫，裂縫最大寬度不大于0.15 mm，完全符合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

6 結(jié)語

在山區(qū)的大體積混凝土承臺施工，由于地理?xiàng)l件的特殊性，在承臺基坑開挖及前期的相關(guān)施工準(zhǔn)備過程中，都要結(jié)合地形地貌采取相應(yīng)的施工方案。如果遇到高填方或低挖方的情況，常需要爆破施工及相關(guān)臨時(shí)工程，安全控制是施工的重點(diǎn)，同時(shí)為了優(yōu)化工期，合理科學(xué)的施工組織管理也是施工順利進(jìn)行的重要保障。山區(qū)地區(qū)大體積混凝土施工，有力物資供應(yīng)保障貫穿于整個(gè)施工過程，結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕煌顟B(tài)，優(yōu)化物資備料方案，加強(qiáng)設(shè)備等其它方面的預(yù)控措施，是保證大體積混凝土施工順利的重要手段。大體積承臺溫度控制，是保證大體積混凝土質(zhì)量（不開裂）的重要技術(shù)措施，嚴(yán)密的施工組織管理貫穿于整個(gè)大體積混凝土施工前后是保證承臺施工質(zhì)量、安全、工期的根本措施。

[1]劉士林，梁智濤，侯金龍，等.斜拉橋[M].北京：人民交通出版社，2002：321-323.

[2]王磊，楊培誠.大體積混凝土水化熱施工期溫度場及應(yīng)力場仿真分析[J].交通科技，2010（3）：96-98.