武漢鸚鵡洲長江大橋南錨碇結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

汪丹兵/ WANG Dan-bing

（中鐵大橋局武漢橋梁特種技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430205）

1 工程概況

武漢鸚鵡洲長江大橋為三塔四跨懸索橋，主纜跨徑布置為225m+2×850m+225m。南錨碇采用重力式錨碇基礎(chǔ)，圓形地下連續(xù)墻支護方案，地下連續(xù)墻外徑68.0m，墻厚1.5m，平均深31m（嵌入基巖深度平均為6.98m），底板厚6.0m，填芯厚5.5m，頂板厚14.5m，錨體高17.94m。南錨碇結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 南錨碇結(jié)構(gòu)布置圖

底板為圓形板狀鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂面面積2827.4m2，厚6m，采用C30 微膨脹混凝土，數(shù)量約1.9 萬m3。錨固系統(tǒng)采用型鋼錨固體系，采用雙股錨和單股錨相結(jié)合，錨桿均為焊接H 形鋼制桿件，錨桿上端伸出錨體混凝土外，與主纜絲股相連，下端與錨梁連接，錨梁則埋在錨體混凝土的后端。傳力方式是主纜通過錨桿將力傳給錨梁，再通過錨梁承壓將力傳給錨體。錨固系統(tǒng)錨梁、錨桿重量1 205t。

南錨碇臨近長江，透水層厚，入硬巖深度大，施工難度大；錨碇底板、填芯、頂板混凝土方量超大，屬于大體積混凝土施工，同時穿插安裝主纜錨固系統(tǒng)，施工組織困難。

2 總體施工方案

地連墻施工采用液壓銑槽機和沖擊鉆機配合進行成槽施工?；娱_挖采用分層分區(qū)垂直取土法，內(nèi)襯施工采用逆作法。由下至上施工底板、填芯、頂板、錨體。大體積混凝土施工采用全斷面、分層澆筑與斜面推進、分層澆筑相結(jié)合的方法，從基坑一側(cè)邊緣開始澆筑，逐層向基坑的另一側(cè)推進。混凝土由自建1 臺HZS180 型攪拌站供料，2 臺HBT-80C 型拖泵停放在攪拌站出料口直接進行水平運輸和垂直輸送，HGD-16 型布料機布料。主纜錨固系統(tǒng)工廠制作，隨填芯、頂板砼施工，逐步安裝錨固系統(tǒng)定位架、錨固系統(tǒng)錨梁、錨桿。

3 錨碇結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 地下連續(xù)墻施工

地連墻常見接頭及成槽設(shè)備的優(yōu)缺點如表1?？紤]成槽設(shè)備的適用性、技術(shù)性能和經(jīng)濟性要求，南錨連續(xù)墻施工精度及抗?jié)B性能要求高、厚度大、基巖較硬、入巖深度達6.98m，采用銑槽機、沖擊鉆機相結(jié)合用于成槽施工。同時，工程毗鄰長江大堤，地連墻穿越雜填土層、砂黏土層和巖層，墻體作為土體開挖的支護結(jié)構(gòu)，接頭受力及抗?jié)B要求相對較高，根據(jù)所選用的銑槽機進行成槽施工情況，槽段接頭形式采用銑接頭，不需增加施工設(shè)備，施工方法簡單快速、接頭受力及抗?jié)B效果好。

表1 地連墻常見接頭及成槽設(shè)備的優(yōu)缺點

地連墻劃分48 個槽段，Ⅰ、Ⅱ期槽段各24個，交錯布置，Ⅰ期槽段長6.405m，Ⅱ期槽段長2.8m。地連墻成槽采用沖銑結(jié)合法施工，采用6 臺CZ-6 型沖擊鉆機配合1 臺德國寶峨BC-32型液壓銑槽機進行成槽施工。對于覆蓋層的粉土、粉質(zhì)黏土等采用純銑法進行施工。進入較硬基巖后，采用“沖銑法”成槽工藝，先用普通沖擊鉆機沖孔，然后用液壓銑進行銑削修孔成槽，達到快速優(yōu)質(zhì)成槽。此工藝解決了液壓銑槽機銑削巖層較慢的技術(shù)難題，同時沖擊鉆機鉆孔資源多、成本低，與液壓銑槽機配合施工，加快了成槽速度，降低了施工成本。Ⅰ、Ⅱ期槽沖銑法沖擊鉆孔位布置見圖2。

圖2 沖銑法沖擊鉆孔位布置圖

槽段連接采用銑接法，即在Ⅱ期槽成槽施工時，銑掉兩側(cè)Ⅰ期槽端頭的部分混凝土形成鋸齒形搭接。環(huán)形Ⅰ、Ⅱ期槽孔在防滲墻軸線方向的搭接長度為25cm。

Ⅱ期槽施工需銑掉I期槽兩端的接頭混凝土，兩端砼強度較高，一旦形成偏斜將很難處理，所以開孔時銑頭的導向定位十分重要。開孔時銑輪宜采取大扭矩低轉(zhuǎn)速，銑削至一定深度，導向穩(wěn)定以后再加快銑削速度，避免因開孔過快形成偏斜給下面的施工增加難度。為了保證Ⅱ期槽開孔位置準確，導向穩(wěn)定，采用接頭板定位的施工工藝，即在I 期槽澆筑砼前，在孔口接頭位置下設(shè)長6m 的導向板，砼澆筑完畢一段時間（由混凝土初凝時間確定，由現(xiàn)場混凝土試驗確定）后將導向板拔出，預留出Ⅱ期槽孔的準確位置，起到良好的導向作用。

為確保在Ⅱ期槽施工過程中不會銑削到Ⅰ期槽段的鋼筋籠，Ⅰ期槽段的鋼筋籠到Ⅱ期槽的邊緣必須預留出足夠的空隙，并確保Ⅰ期槽段的鋼筋籠在吊放過程及澆筑混凝土時保持在正確的位置。工程采用在I 期槽鋼筋籠兩側(cè)每隔3m安裝長30cm，直徑315mm的PVC 管（壁厚δ=6.5mm)作為一個固定鋼筋籠位置裝置。PVC 管定位裝置在Ⅱ期槽施工時可以輕易地被雙輪銑切除，不會損傷槽段的完整性。

槽段的接縫處理：Ⅱ期槽清孔換漿結(jié)束前，采用特制鋼刷鉆頭自上而下分段刷洗Ⅰ期槽端頭的砼孔壁，防止槽段接頭處滯留沉渣或局部夾泥，避免接頭滲水。

3.2 底板大體積混凝土施工

底板超大體積混凝土施工，澆筑后水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱，使混凝土內(nèi)部溫度升高，與外界形成較大的溫差，從而產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，當溫度應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土就會產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)的耐久性問題。通常大體積混凝土采取內(nèi)部布設(shè)大量冷卻管，在內(nèi)部通循環(huán)水，冷卻降低混凝土內(nèi)部溫度方式。本工程采用微膨脹混凝土關(guān)鍵技術(shù)，利用微膨脹劑使混凝土在后期產(chǎn)生一定的膨脹，以補償收縮，提高大體積混凝土的抗裂性，通過配合比設(shè)計、溫控計算、溫控措施等技術(shù)，取消內(nèi)部布設(shè)冷卻管。

3.2.1 施工方案

底板分2 層澆筑，每層3m，第一次澆筑10 054m3，第二次澆筑8 482m3。底板頂面面積2 827m2，在澆筑層頂面均勻布設(shè)4 臺HGD-16型布料桿布料。混凝土澆筑時下落落差大于2m則采用串筒配合下料。布料桿采用穩(wěn)固的型鋼支架支撐?；由疃瘸^20m，拖泵泵管利用內(nèi)襯平臺，“Z”字型安裝至基坑底部，接到布料機上。

3.2.2 混凝土配合比設(shè)計

試拌和新拌混凝土性能的各項試驗以及試件的力學性能試驗，試驗結(jié)果如表2。

表2 底板微膨脹C30大體積混凝土試配結(jié)果

經(jīng)過水化熱試驗以及溫控計算，單摻粉煤灰40%水化熱過高，不能滿足要求，采取粉煤灰、礦粉“雙摻”技術(shù)，極大的降低混凝土水化熱，粉煤灰摻量35%，礦粉摻量為15%，復合摻合料占膠凝材料總量的50%，1 天、3 天、7 天水泥水化熱值分別為187kJ/kg、246kJ/kg、272kJ/kg，絕熱溫升29.3℃，滿足要求，確定配合比水泥∶粉煤灰∶礦粉∶砂∶石∶水∶膨脹劑∶外加劑=177∶124∶52∶722∶1128∶27∶3.8。

3.2.3 溫控計算

錨碇底板最大平面尺寸為?60m，澆筑高度為6.0m，取1/2 進行網(wǎng)格剖分計算?；炷翝仓?，在7 天左右達到峰值，約1 天后溫度開始下降，初期降溫速度較快，以后降溫速率逐漸減慢，至15～20 天后降溫平緩。由于混凝土分二次澆筑，下層混凝土的溫度隨著上層混凝土的澆筑會出現(xiàn)一定程度的反彈。

底板混凝土底部處于基礎(chǔ)約束區(qū)，拉應(yīng)力最大，且拉應(yīng)力隨齡期增長而增大，約14 天左右達到最大值3.07MPa。底板混凝土內(nèi)部主拉應(yīng)力均小于同強度等級混凝土劈裂抗拉強度，混凝土抗裂安全系數(shù)K≥1.2，在采取有效的溫控措施，嚴格控制施工質(zhì)量后，可以防止混凝土有害溫度裂縫的產(chǎn)生。

3.2.4 溫度監(jiān)測

底板第一層砼澆筑最高溫出現(xiàn)于澆筑后第5天達到最高溫54.9℃。第二層砼澆筑最高溫出現(xiàn)于澆筑后第7 天達到最高溫54.7℃。各測控點均出現(xiàn)升溫-降溫-穩(wěn)定的過程，其中通過實際溫控測量，與仿真計算結(jié)果有一定出入，最高溫高于仿真計算值，出現(xiàn)最高溫時間提前。測點溫升均未超入模溫度50℃，溫差未超25℃，底板表面未出現(xiàn)明顯裂紋。

3.2.5 溫控措施

1）控制混凝土入模溫度，混凝土在室外溫度較低時澆注。水泥使用前充分冷卻，確保水泥溫度≤40℃；搭設(shè)遮陽棚，堆高骨料、底層取料、用水噴淋粗骨料；氣溫超過25℃，采用拌和水加冰措施；混凝土輸送管外用草袋遮陽，并灑水降溫。

2）采取混凝土初凝前二次振搗有效減少混凝土因沉陷收縮產(chǎn)生的早期裂縫。

3）進行二次抹面防止混凝土在硬化過程中表面出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，在初凝以后、終凝之前，用泥刀壓光平整，使少量終凝前出現(xiàn)的失水沉降等塑性收縮裂紋得到消除。

4）混凝土分層施工時，各相鄰層混凝土灌注間隙時間控制在4～7 天，養(yǎng)生時防風、保溫、保濕、防止太陽直射，以減小冷縮、干縮對結(jié)構(gòu)造成損傷。

3.3 錨固系統(tǒng)安裝施工

錨固系統(tǒng)由后錨梁和前錨桿組成。錨桿分單束股錨桿和雙束股錨桿，每一根主纜對應(yīng)的錨體上一端共布置錨桿66 根，其中，單束錨桿18 根，雙束錨桿48 根。后錨梁采用“][”截面，由2 片分離的“[”形梁通過綴板、加勁肋等連接而成。上、下錨桿之間及錨桿與后錨梁之間的連接均采用高強螺栓進行連接。錨固系統(tǒng)采用定位架定位支撐。錨固系統(tǒng)作為懸索橋的關(guān)鍵受力結(jié)構(gòu)，安裝精度要求極高，需對錨固系統(tǒng)測量技術(shù)、定位架安裝、錨固系統(tǒng)錨梁吊裝定位、錨桿定位等進行研究，解決安裝精度難題。

3.3.1 錨固系統(tǒng)安裝定位測量技術(shù)

錨固系統(tǒng)定位測量主要內(nèi)容有錨桿定位架預埋件安裝、定位架安裝、后錨梁安裝、錨桿安裝測量等。施工前根據(jù)設(shè)計文件，認真計算各結(jié)構(gòu)控制點特別是后錨梁截面中心、錨桿中心的三維坐標，用全站儀進行坐標控制測量定位。

為了確保錨體以及系部結(jié)構(gòu)的幾何形狀平面位置以及高程滿足設(shè)計及規(guī)范要求，施工采用萊卡TS30 全站儀、精密水準儀。采用全站儀“三維坐標法”的測控方法，即將全站儀架設(shè)在測站上，應(yīng)用全站儀測量程序，一測站即可測得一點的平面位置，又可測得其高程來進行測量。同樣采用全站儀“三維坐標法”，在橋中線上測量一點，儀器架設(shè)在橋中心線上，后視3#主塔進行相對測量。

3.3.2 錨桿定位架安裝定位

錨桿定位架由前支架、連接桿、后支架3 部分組成。通過平行于錨體前錨面的4 個斷面上的橫向連接桿定位錨桿上下方向位置，通過橫桿上焊接角鋼位控制錨桿左右位置。錨梁倚靠在錨桿后支架上，下部通過支撐牛腿固定位置。定位架安裝采用現(xiàn)場汽車起重機分單元、桿件吊裝。主要采用1 臺70t 汽車起重機及現(xiàn)場2 臺塔機安裝，零星桿件安裝采用5t 倒鏈配合塔機安裝。定位支架安裝采用絕對控制法和相對控制法相結(jié)合的方法進行。

1）定位架預埋件安裝采用絕對定位控制，即采用全站儀控制預埋件的空間位置，主要控制橫、縱橋向位置偏差及高程偏差。

2）安裝定位架桁架時采用絕對定位控制，全站儀控制桁架的空間位置，保證桁架安裝滿足設(shè)計圖紙要求。

3）前、后支架橫梁連接桿最底部桿件和中間一根桿件采用絕對定位控制，使用全站儀控制橫梁連接桿的空間位置（主要是高程），再次校正前、后支架位置。

4）前、后支架橫梁連接桿大部分桿件采用相對定位控制，以絕對定位控制的橫梁連接桿為基準，采用直尺控制其余桿件的安裝。

5）安裝過程中想相互校正橫梁連接桿的空間位置，并在錨桿安裝前進行全部桿件位置及定位架位置的復核精確測量。

3.3.3 錨固系統(tǒng)安裝

錨固系統(tǒng)安裝根據(jù)錨梁、錨桿重量選擇起重設(shè)備，構(gòu)件微調(diào)采用倒鏈輔助進行。

1）錨梁定位控制安裝 錨梁較長、較重，同時安裝時錨梁軸線與水平面呈54°夾角，采取220t 汽車起重機和50t 汽車起重機雙機抬吊，空中翻轉(zhuǎn)至設(shè)計角度（或略大于設(shè)計角度），然后由主吊獨立吊裝至設(shè)計位置。全站儀對錨梁支撐牛腿頂面坐標進行精確空間位置定位，精度滿足設(shè)計要求后吊裝錨梁。錨梁就位后，橫向通過固定在定位架上的2 根5t 倒鏈調(diào)節(jié)，通過在定位架后支架設(shè)置鋼楔塊抄墊出錨梁空間偏角，測量控制錨梁上下口絕對空間坐標，并通過錨桿接頭坐標進行復核，復核結(jié)果滿足設(shè)計要求后鎖定錨梁。

2）錨桿定位控制 錨桿定位結(jié)合定位架一起進行，控制定位架支撐橫桿的高程初步定位錨桿，同時通過定位架平聯(lián)上設(shè)置移動圓鋼精確調(diào)整錨桿前端部高程，并在平聯(lián)上焊接定位角鋼，保證錨桿的空間位置，并復核測量錨梁錨桿接頭位置空間坐標滿足設(shè)計要求，錨桿安裝完成后進行絕對空間位置測量，滿足要求后鎖定。

3.3.4 高強螺栓施工控制

高強螺栓經(jīng)檢驗合格后使用，根據(jù)其扭矩系數(shù)校驗扭矩扳手，扳手班前校驗、班后復核，保證了高強螺栓的施工質(zhì)量。每個接頭施擰完成后，通過校驗扳手檢驗。

4 結(jié)語

鸚鵡洲長江大橋南錨碇地連墻施工所用沖銑法成槽施工技術(shù)，適用于墻體入巖深度較大、巖石強度較高的地連墻施工，銑接頭作為一種可靠的地連墻新型接頭方式，具有較好整體性和防水功能，解決了臨近長江施工基坑防滲難題。該施工方法施工工效高，適用范圍廣，對類似工程的施工具有一定指導意義。底板大體積混凝土采取微膨脹混凝土，粉煤灰、礦粉“雙摻”技術(shù)及溫控措施，有效降低了水泥用量，解決了砼裂縫問題，同時取消冷卻管設(shè)置。錨固系統(tǒng)通過采用錨固系統(tǒng)定位安裝技術(shù)，定位架、錨桿、錨梁安裝精度均滿足設(shè)計規(guī)范要求，優(yōu)質(zhì)、安全、高效地完成了錨固系統(tǒng)施工。南錨碇于2011 年5 月開始地連墻施工，2013 年1 月完成錨室側(cè)墻，基坑未發(fā)生明顯滲水，錨體外觀無明顯裂紋，做到了內(nèi)實外美，全橋于2017 年獲評國家優(yōu)質(zhì)工程，取得了顯著的社會效益。