五峰山長江大橋4號墩承臺施工關(guān)鍵技術(shù)

張家倫 黃旺明 中鐵大橋局集團(tuán)第四工程有限公司

1 工程概況

新建連鎮(zhèn)鐵路五峰山長江大橋?yàn)檫B淮揚(yáng)鎮(zhèn)鐵路上一座跨越長江的公鐵兩用懸索橋，主橋跨徑布置為（2×84+1 092+2×84）m，主纜跨徑布置為（350+1 092+350）m，全長 1 428 m。橋型布置如圖1所示。

圖1 五峰山長江大橋橋型立面布置圖（m）

4#墩位于鎮(zhèn)江側(cè)岸邊，承臺為圓啞鈴型，由兩個(gè)圓形承臺和中間系梁組成，結(jié)構(gòu)尺寸95.94×40×9.5 m。圓形承臺直徑40 m，厚9.5 m，中間系梁寬20 m，厚9.4 m，底面與圓形承臺平齊。承臺底標(biāo)高-2.5 m，頂標(biāo)高+7 m，采用C35砼澆筑成型，總方量2.72萬方。承臺結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 4#墩主塔承臺結(jié)構(gòu)圖（m）

2 圍堰設(shè)計(jì)與施工

2.1 圍堰設(shè)計(jì)

表1 圍堰設(shè)計(jì)工況對比表

圖3透水工況鋼板樁圍堰布置圖（mm）

圖4 不透水工況鋼板樁圍堰布置圖（mm）

4#墩承臺處地面標(biāo)高為+6.5 m，基坑開挖采用拉森Ⅵ型鋼板樁圍堰支護(hù)，外型與承臺保持一致，呈圓啞鈴型，平面輪廓尺寸為100.22×44.28 m，中心線由承臺邊線外擴(kuò)2.14 m形成，以滿足承臺施工作業(yè)空間要求。鋼板樁單根長24 m，頂面高出地表0.5 m，底面伸入承臺底以下14.5 m。

圍堰按基底土層是否透水分兩種工況進(jìn)行設(shè)計(jì)，兩種工況的區(qū)別如表1所示，對應(yīng)圍堰布置如圖3、4所示。

鉆孔樁施工期間對承臺周邊布孔進(jìn)行補(bǔ)勘，以驗(yàn)證鋼板樁插打范圍內(nèi)土層的透水性，各土層的透水性評價(jià)如表2所示。

表2 土層透水性評價(jià)表

經(jīng)分析鋼板樁底基本位于②-4軟塑～可塑和③-1可塑～硬塑粉質(zhì)粘土中，判定為微/不透水層，圍堰施工按不透水工況進(jìn)行組織。

因上、下游鉆孔樁施工進(jìn)度差約3.5個(gè)月，為便于施工組織，按上、下游分步開挖的方案對鋼板樁圍堰進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，為保證分步開挖圈梁及內(nèi)支撐水平力的有效傳遞，在系梁中間增設(shè)臨時(shí)鋼板樁。臨時(shí)鋼板樁采用拉森Ⅳ型，單根長12 m，通長焊貼I32a型鋼進(jìn)行加強(qiáng)。優(yōu)化后的鋼板樁圍堰布置如圖5所示。

圖5 鋼板樁圍堰優(yōu)化后布置圖（mm）

2.2 圍堰施工

（1）鋼板樁插打

鋼板樁插打根據(jù)鉆孔樁施工進(jìn)度先插打下游側(cè)，再插打上游側(cè)。插打前在20 cm砼鉆孔平臺上放樣出圍堰中心線，然后切除中線兩側(cè)各40 cm范圍內(nèi)的砼地坪，挖機(jī)順槽清理地表以下5 m～7 m范圍內(nèi)建筑垃圾和碼頭拋填防護(hù)用的片石（粒徑30 m～50 cm）。安裝可移動式導(dǎo)向架，采用YZ180液壓振動錘配合75 t履帶吊機(jī)在導(dǎo)向架的導(dǎo)向作用下一次將24 m鋼板樁插打到位。導(dǎo)向架每插打8片鋼板樁順圍堰中心線移動一次，導(dǎo)向架布置如圖6所示。

圖6 鋼板樁插打?qū)蚣懿贾脠D

下游靠岸側(cè)半圓周范圍內(nèi)鋼板樁底位于硬塑性粉質(zhì)粘土中（基底承載力300 KPa），板樁在振動錘作用下無法順利插打到位，采用鉆頭直徑為300 mm的長螺旋鉆機(jī)進(jìn)行引孔，孔位為沿鋼板樁中心線每60 cm間距布置一個(gè)。為避免鉆頭破壞樁底持力層，引孔深度位于鋼板樁底以上1 m，同時(shí)為避免基底土層由于鉆孔而無法提供有效的被動土壓力，引孔后在孔內(nèi)灌砂處理。

（2）基坑開挖及墊層施工

下游側(cè)鋼板樁及臨時(shí)鋼板樁插打完成后進(jìn)行基坑分區(qū)開挖，開挖順序由下游圓弧頂端向系梁區(qū)推進(jìn)，開挖過程中同步進(jìn)行鋼護(hù)筒割除。開挖總體分兩次，第一次開挖至+1.5 m后安裝下游側(cè)圈梁及內(nèi)支撐，繼續(xù)向下開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，澆筑50 cm厚墊層砼，并沿墊層周圈留設(shè)排水溝和集水井。

上游開挖順序和方法同下游，但在上游開挖至+1.5 m后，需將被系梁區(qū)臨時(shí)鋼板樁割斷的圈梁及內(nèi)支撐對接成整體后方可繼續(xù)向下開挖。開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，澆筑墊層，拔除系梁中間臨時(shí)鋼板樁。

3 大體積承臺施工

3.1 承臺溫控設(shè)計(jì)

施工前根據(jù)砼原材料、澆筑工藝對承臺理論配合比進(jìn)行優(yōu)化，并采用有限元對承臺超大體積砼進(jìn)行有限元仿真計(jì)算，試驗(yàn)確定的承臺配合比如表3所示，承臺分層澆筑方式如表4所示。

表3 承臺砼理論配合比

表4 承臺分層澆筑表

根據(jù)溫控計(jì)算制定了承臺在施工期不產(chǎn)生溫度裂紋的標(biāo)準(zhǔn)為：承臺砼最大水化熱溫升≤51.4℃；最大內(nèi)表溫差≤20℃；砼表面溫度與氣溫之差≤20℃，砼表面養(yǎng)護(hù)水溫度與砼表面溫度之差≤15℃；允許砼最大降溫速率≤2℃/d。

另在承臺砼內(nèi)共布設(shè)八層冷卻水管，冷卻水管采用Φ42×2.5 mm薄壁鋼管，豎向?qū)泳?.0 m，水平間距0.9 m。

3.2 鋼筋綁扎

鋼筋在后場鋼筋加工車間內(nèi)預(yù)下料成型，平板車運(yùn)輸至墩位處人工綁扎，承臺分三次澆筑，鋼筋亦分三次進(jìn)行綁扎。

3.3 模板制作及安裝

模板在專業(yè)廠家內(nèi)加工制造，預(yù)拼合格后運(yùn)至現(xiàn)場安裝。模板在高度上分成3+1.5+1.5 m三節(jié)，平面按每3 m弧長為一塊。第一次4 m高砼施工時(shí)安裝3+1.5 m高模板，第二次施工時(shí)將6 m高模板一次安裝到位。模板安裝前涂刷脫模劑，分塊之間采用螺栓連接，連接完成后在模板背面和鋼板樁圍堰之間設(shè)鋼管腳手架支撐以抵抗砼側(cè)壓力。

3.4 砼澆筑

為保證承臺砼在初凝時(shí)間內(nèi)澆筑完成,結(jié)合現(xiàn)場澆筑能力，對澆筑工藝進(jìn)行提前規(guī)劃。承臺每層澆筑時(shí)在系梁中線位置分上、下游兩個(gè)澆筑區(qū)，先將下游側(cè)分區(qū)內(nèi)澆筑完成后，汽車泵移位至上游側(cè)繼續(xù)進(jìn)行上游分區(qū)內(nèi)砼澆筑。每個(gè)澆筑區(qū)內(nèi)采用斜向分層，由圓弧頂端向中間系梁推進(jìn)的方法進(jìn)行澆筑，分層厚度為30 cm。承臺砼澆筑配備5臺汽車泵、5臺攪拌站、12臺9 m3砼罐車。

承臺第一次砼澆筑、養(yǎng)護(hù)完成后，抽除圍堰和模板之間的養(yǎng)護(hù)水，吹砂回填至+0.9 m，澆筑50 cm厚C25素砼圈梁，砼強(qiáng)度達(dá)到50%后拆除鋼圈梁和內(nèi)支撐，進(jìn)行承臺第二、三次施工。

3.5 砼養(yǎng)護(hù)

砼覆蓋冷卻水管后，開通該部位的冷卻水管進(jìn)行通水降溫。每次砼澆筑完成后，頂面采用冷卻水管循環(huán)流出的溫水進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水深度保持在20 cm以上，側(cè)面在鋼模和圍堰內(nèi)蓄水進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

3.6 溫控效果

承臺在三次砼澆筑期間，砼入倉溫度分別為（11.06～18.25）℃、（9.12～15.0）℃和（14.5～15.0）℃，三次斷面平均最高溫度為45.91℃、46.12℃、45.35℃。其余各項(xiàng)溫控指標(biāo)均滿足溫控設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，未出現(xiàn)溫度裂紋。

4 結(jié)束語

本文重點(diǎn)介紹了五峰山長江大橋南塔4#墩承臺施工關(guān)鍵技術(shù)，包括圍堰設(shè)計(jì)及施工、超大體積承臺施工。圍堰自2016年8月3日開始下游側(cè)第1根鋼板樁插打，于2016年12月24日順利完成圍堰施工。2017年1月16日開始承臺第一次砼澆筑，于2017年3月17日完成承臺施工。承臺施工過程順利，質(zhì)量滿足業(yè)主要求，關(guān)鍵技術(shù)的成功實(shí)施為超大體積承臺施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，為類似工程施工提供了一定借鑒作用。