近堤岸超大型承臺施工關(guān)鍵技術(shù)

鄭華凱 唐俊 李忠育

（1.江蘇省交通工程建設(shè)局，江蘇 南京 210004；2.中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

一、工程背景

龍?zhí)哆^江通道主橋為主跨1560 m 的雙塔單跨鋼箱梁懸索橋。南塔承臺設(shè)計采用啞鈴型，平面尺寸為78.95m×40.5m；兩個承臺之間采用系梁聯(lián)成整體，系梁與承臺等厚，均為6m，承臺采用C40混凝土，共16232m3；塔座平面尺寸為26m×21m，厚度4m，臺座采用C40混凝土，共3336m3；墊層混凝土厚0.5m，采用C30混凝土，共3610m3。

圖1 承臺總體布置圖（單位：cm）

承臺臨近長江大堤，南塔承臺基坑距離長江大堤坡腳最小直線距離為19.7m，深基坑支護防護要求高；承臺平面尺寸大（面積2416.33m2），厚度大（6m），溫控防裂要求高；基坑開挖深，挖土方量大，施工組織難度大。國內(nèi)目前工程實踐較少，有關(guān)技術(shù)亟待深入研究[1-5]。

二、施工工藝

（一）鋼板樁施工

承臺樁基施工前，先期設(shè)置大堤防護樁，并在長江大堤堤腳處設(shè)置高噴防滲墻，在沿岸線500m范圍內(nèi)的水下岸坡做水下拋石防護。承臺基坑采用鋼板樁圍堰支護，原地面標(biāo)高+6.5m，基坑底標(biāo)高-2.5m，基坑開挖深度9m，開挖土方約2.855萬m3。圍堰內(nèi)輪廓尺寸為82.79m×44.34m，采用兩層水平支撐體系。鋼板樁圍堰采用SP-Ⅳw型拉森鋼板樁，長18m。圍檁高程分別為+5m、+1m，頂層圍檁為2HN700mm×300mm，底層圍檁為4HN700mm×300mm。內(nèi)支撐分別采用φ1400mm×16mm、φ1000mm×12mm、φ800mm×10mm鋼管，聯(lián)系撐使用φ426mm×6mm鋼管，C30墊層混凝土厚度為0.5m。

樁基施工完成后立即插打江側(cè)及下游側(cè)鋼板樁，從下游靠岸側(cè)角點開始，從兩個方向往上游江側(cè)合攏，根據(jù)樁基完成先后順序調(diào)整插打起點。嚴(yán)格控制第一根鋼板樁的垂直度和平面位置。岸側(cè)及上游側(cè)在+6.5m土體開挖至+5.5m后，插板機位于基坑范圍外開始插打作業(yè)。

（二）基坑開挖

基坑分四次開挖，分別為+6.5m～+5.5m，+5.5m～+4m，+4m～+0m和+0m～-2.5m。岸側(cè)及上游側(cè)鋼板樁插打施工前，采用機械破除表層混凝土，開挖土層至+5.5m標(biāo)高，由渣土車轉(zhuǎn)運至指定棄土場。除圍堰平面位置內(nèi)區(qū)域開挖至+5.5m外，為防止圍堰上下游土體對圍堰產(chǎn)生不平衡土壓力，圍堰上游側(cè)外部區(qū)域需要降低土體標(biāo)高至+5.5m后卸荷，根據(jù)實際施工需要，上游側(cè)降低+5.5m標(biāo)高平臺，寬度為26m。挖掘機及渣土車由承臺系梁位置及上游側(cè)分別進入基坑范圍施工，分兩個開挖作業(yè)面，每個作業(yè)面配置2臺挖掘機和3臺渣土車。

在鋼板樁插打完成后開始+5.5m～+4m基坑土體開挖。此層開挖到+4m標(biāo)高后，及時施工第一層內(nèi)支撐。開挖分為上游、下游兩個作業(yè)面。先開挖離運輸通道較遠區(qū)域的土體，渣土車進入基坑裝土；后開挖施工通道處土體，其中上游側(cè)只開挖影響圍檁安裝的部分土體，系梁位置則全部開挖。

第一層內(nèi)支撐施工完畢后研究+4m～+0m基坑土體。首先需要回填上游側(cè)通道土體，放坡修建便道。開挖有效作業(yè)高度為4.5m（+4.5m～0m），使用常規(guī)挖機作業(yè)，需要全程專人監(jiān)督，嚴(yán)禁挖機碰撞第一層圍檁結(jié)構(gòu)。挖機由上游側(cè)開挖通道進入基坑內(nèi)作業(yè)，作業(yè)面內(nèi)4m高度分兩層階梯開挖，保證開挖安全。先開挖離運輸通道較遠區(qū)域土體，渣土車進入基坑裝土；剩余運輸通道區(qū)域土體開挖時，上游側(cè)渣土由坑內(nèi)挖機開挖接力轉(zhuǎn)運至基坑上游邊緣，長臂挖機在上游基坑外平臺裝載渣土。

底層支撐施工完畢后開始+0m～2.5m基坑土體開挖。開挖有效作業(yè)高度為3m（+0.5m～2.5m），需要全程專人現(xiàn)場管控，嚴(yán)禁挖機碰撞第二層支撐體系。

（三）基坑降排水

基坑頂面設(shè)置反坡排水，鋼板樁頂口高出四周地面0.5m，可阻擋四周流水進入基坑，在圍堰四周土體設(shè)置反坡防止積水浸泡。開挖過程中，在開挖作業(yè)面四周適當(dāng)位置開挖臨時排水溝及集水井，使用抽水設(shè)備外排基坑內(nèi)存積水至基坑外排水體系，經(jīng)沉淀后外排。墊層澆筑完成后，在基坑坑底兩側(cè)設(shè)置排水溝，排水溝斷面尺寸深0.1m、寬0.2m，排水溝邊緣距鋼板樁距離30cm，排水溝坡度不小于0.3%；4個角點位置各設(shè)置一個平面尺寸1m×1m、深1m的集水井，集水井底部鋪設(shè)碎石濾水層。用水泵將坑底積水排至基坑外，經(jīng)沉淀后外排。

布置9口降水井即可滿足要求，但考慮整體安全，在下游側(cè)增設(shè)1口備用井。如圖2所示，每口井出水量270m3/d，總涌水量2430m3/d，可以將水位降低至施工要求水位。

圖2 承臺深基坑降水管井布置圖（單位：cm）

按照《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程(JGJ120-2012)》要求，考慮淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土地層變形較大，Ψw取1.4，計算取降深范圍內(nèi)最不利淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的壓縮模量Esi為3.65MPa。根據(jù)土層沉降計算公式得到大堤位置、下游側(cè)道路和電力設(shè)備處的土層沉降值，如表1所示。

表1 環(huán)境敏感區(qū)各位置土層沉降

此次計算沉降大堤沉降為1.9mm，降水對大堤影響較小.沉降量與降深密切相關(guān)，施工過程中應(yīng)做好按需控制降水，滿足施工要求，避免降深過大。同時加強對長江大堤的監(jiān)控監(jiān)測。

（四）支撐體系施工

支撐體系分為頂層支撐體系和底層支撐體系。

頂層圍檁安裝時需要首先安裝支撐牛腿，圍檁結(jié)構(gòu)吊裝于支撐牛腿上拼接。根據(jù)牛腿設(shè)計的標(biāo)高和位置開挖，當(dāng)牛腿位置露出后，由測量人員測放牛腿標(biāo)高，焊接安裝牛腿，牛腿材料選用工56a型鋼，長0.9m。牛腿焊接牢靠，焊縫滿足設(shè)計要求。

頂層內(nèi)支撐設(shè)計在系梁位置采用Φ1400mm×16mm對撐鋼管，長度為42.55m；四角處采用Φ800mm×10mm斜撐鋼管，長度分為4.9 m、1 4 m 和2 3.6 m。其中Φ1400mm×16mm對撐鋼管分兩段安裝，為先安裝中間對撐，再安裝斜撐及其他聯(lián)系撐。在鋼護筒上焊接三腳架臨時支撐頂層內(nèi)支撐，內(nèi)支撐接頭處使用法蘭連接，最大吊重為13t，設(shè)置4個吊點。

底層牛腿施工安裝方式與頂層支撐相同。底層圍檁設(shè)計為四拼HN700mm×300mm，江岸側(cè)80.55m，上下游側(cè)43.5m。按雙拼吊裝，其中岸江側(cè)圍檁分塊加工為長度38m和42.55m，在牛腿上拼接；上下游側(cè)圍檁按雙拼整體吊裝，最大吊重18.8t，設(shè)置4個吊點，圍檁對接處按有關(guān)要求錯開一定距離。

底層內(nèi)支撐設(shè)計在系梁位置采用Φ1400mm×16mm對稱鋼管，長度為42.55m；四角處分別采用：Φ1000mm×10mm斜撐鋼管，長度為23.6m；Φ800mm×10mm斜撐鋼管，長度為4.9m、14m兩種規(guī)格。

（五）墊層混凝土施工、護筒割除及樁頭破除

基坑開挖至-2.5m后，及時修整基坑底，施工0.5m墊層混凝土。墊層混凝土采用泵送方式澆筑，泵車停放位置為岸側(cè)硬化場地。澆筑過程中，人員進入施工基坑實施振搗，保證混凝土澆筑質(zhì)量。

墊層澆筑完成后割除護筒，破除樁頭。樁頭采用環(huán)切法施工，測量放樣護筒割除標(biāo)高。第一條切割線可以略高于樁頭標(biāo)高，減少護筒損耗，不過高要求切割精度，切割后使用龍門吊調(diào)離護筒，在上游側(cè)平臺使用平板車裝運至后場堆放場地；第二條切割線嚴(yán)格遵循放樣標(biāo)高，保證樁頭嵌入承臺20cm，該節(jié)短護筒需要切割成塊從樁頭剝離，屬于損耗材料。

在切割線以上用風(fēng)鎬剝離混凝土，露出樁頂鋼筋，使鋼筋與混凝土徹底脫離。利用鋼釬處理樁頭，樁芯標(biāo)高不低于設(shè)計標(biāo)高，利用80t龍門吊垂直穩(wěn)定起吊樁頭。人工鑿除樁基鋼筋內(nèi)側(cè)多余混凝土，清除樁頭浮渣，調(diào)整樁頭鋼筋。

（六）承臺澆筑施工

承臺分兩次澆筑，第一次澆筑2m，第二次澆筑4m。承臺澆筑完成后再澆筑塔座，最后澆筑承臺后澆帶。

承臺每層模板高2m，模板之間使用M16螺栓連接，模板內(nèi)部加固使用拉桿焊接拉筋方式。承臺頂面與塔座接觸范圍內(nèi)，采用表層涂刷緩凝劑、高壓水沖毛工藝處理。塔座模板安裝完成后安裝塔柱底節(jié)模板，塔柱模板放置在墊塊之上，保證塔柱底節(jié)模板底口與塔座混凝土頂面標(biāo)高齊平。在塔座側(cè)模上增設(shè)混凝土透水模板布，確?；炷帘砻娑嘤嗟目諝夂退樌懦?，避免產(chǎn)生氣泡。

塔座（含1m塔柱）施工完畢后，施工后澆帶。使用人工加高壓水槍清洗方式清洗預(yù)留后澆帶。綁扎后澆帶未完成鋼筋，使用定型鋼模作為后澆帶端頭模板，后澆帶使用C40微膨脹混凝土，6m高后澆帶一次性澆筑成型。由于澆筑過高，使用PVC管串筒輔助澆筑。后澆帶混凝土養(yǎng)護方式為土工布覆蓋灑水保濕。

（七）圍堰體系轉(zhuǎn)換及拆除

第一層承臺施工完畢并拆除模板后，在承臺四周與圍堰夾壁內(nèi)回填1.4m砂土并壓實，在砂土上澆筑0.5m厚度C30夾壁混凝土。施工前應(yīng)在夾壁混凝土與鋼板樁接觸位置涂刷一層脫模油，方便后期拔樁施工。后澆帶位置使用混凝土預(yù)制板隔檔，防止砂土進入污染預(yù)留后澆帶。預(yù)留0.1m高度供第二層承臺模板定位安裝使用。夾壁混凝土及承臺混凝土達到強度后，拆除底層支撐，準(zhǔn)備施工第二層承臺。

第二層承臺澆筑完成，拆模養(yǎng)護達標(biāo)后及時通知有關(guān)人員驗收，合格后圍堰內(nèi)局部回填砂土至+4m并壓實，拆除影響塔座施工的內(nèi)支撐，準(zhǔn)備施工塔座。

在澆筑完承臺第一層混凝土并完成體系轉(zhuǎn)換后，使用80t龍門吊拆除底層圍檁；在澆筑完承臺第二層混凝土并完成體系轉(zhuǎn)換后，使用80t龍門吊拆除頂層圍檁；在完成承臺后澆帶施工并拆模后，回填承臺與圍堰剩余空隙空間并壓實，開展拔樁作業(yè)。

三、溫控計算

承臺施工分為兩種工況，如表2所示。

表2 承臺塔座大體積混凝土邊界條件

根據(jù)模擬結(jié)果，主塔大體積混凝土各澆筑層溫度場發(fā)展規(guī)律為：混凝土前期升溫較快，溫峰后降溫較快，后期降溫速率下降，約第3天達到溫度峰值；構(gòu)件中心溫度最高，表面溫度較低；內(nèi)表溫差變化趨勢與內(nèi)部溫度發(fā)展趨勢基本同步，中心部位溫峰出現(xiàn)時，內(nèi)表溫差達到最大，之后逐漸降低；下層混凝土溫度受上層新澆混凝土溫度影響。溫度計算結(jié)果如表3所示。

表3 承臺塔座大體積混凝土溫度計算結(jié)果

混凝土應(yīng)力場計算結(jié)果如表4所示。工況1承臺和塔座最小抗裂安全系數(shù)分別為1.41和1.38，安全系數(shù)保證率在85%以上；工況2承臺和塔座最小抗裂安全系數(shù)分別為1.38和1.32，安全系數(shù)保證率在80%以上，均滿足現(xiàn)場施工要求，配合智能溫控系統(tǒng)，能滿足抗裂要求。

表4 承臺塔座大體積混凝土應(yīng)力場計算結(jié)果

溫控措施包括：優(yōu)化混凝土配合比，選擇低水化熱水泥，摻加粉煤灰和外加劑，降低水泥用量；控制混凝土入倉溫度，如搭建遮陽棚、灑水、加冰、選擇較低溫度澆筑等；使用冷卻水管，利用水循環(huán)降低混凝土內(nèi)部溫度峰值；注意混凝土表面覆蓋蓄熱養(yǎng)護，提高混凝土表面溫度，降低溫度梯度。

四、結(jié)語

近堤岸施工尤其關(guān)注承臺對大堤沉降和周邊道路的影響。本文通過鋼板樁圍堰施工，分多層開挖，配合強支撐體系，顯著降低了環(huán)境擾動，取得了良好的社會效益。經(jīng)過工程實踐驗證，溫控計算值與實測值較為相符，混凝土抗裂效果顯著，可有效指導(dǎo)現(xiàn)場施工。該工程實踐為近堤岸大型工程積累了寶貴的技術(shù)經(jīng)驗。