海島臨水區(qū)域大體積承臺施工關(guān)鍵技術(shù)

陳松松，蔣樹勤

(1.廣西路橋工程集團(tuán)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(guī)劃》的實(shí)施，越來越多的橋梁建設(shè)涉及海域范圍，橋型以大跨度的懸索橋或斜拉橋?yàn)橹?，一般在通航口兩?cè)的海島或海岸的臨水區(qū)域設(shè)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(qū)域大體積承臺施工的關(guān)鍵技術(shù)，著重于半島半海處大型深基坑支護(hù)與開挖，以及大體積海工混凝土施工質(zhì)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(guī)劃建設(shè)的最大跨徑橋梁，是廣西壯族自治區(qū)重點(diǎn)工程，全線包括東引橋、主橋、西引橋及揚(yáng)帆立交，按雙向六車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。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(gè)25.6 m×25.6 m的矩形，承臺下部為群樁基礎(chǔ)，上部為塔柱結(jié)構(gòu)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(hù)與開挖

2.1 基坑支護(hù)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(biāo)高約為+4.5 m。而承臺底標(biāo)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(nèi)滲水，經(jīng)各方案比選，采用鋼板樁+內(nèi)支撐方式進(jìn)行基坑支護(hù)(見圖2)，方案如下：

(1)基坑支護(hù)采用鋼板樁，采用兩個(gè)承臺各自全圍支護(hù)的方式。鋼板樁支護(hù)內(nèi)邊緣距承臺設(shè)計(jì)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(hù)平面尺寸為28.6 m×28.6 m。

(2)鋼板樁頂標(biāo)高皆為+5 m，樁底標(biāo)高為-7 m，單個(gè)承臺支護(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)模型圖

2.2 插打鋼板樁

因主塔承臺施工范圍地質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化巖石，承載力特征值為500～600 kPa，采用普通柴油打樁機(jī)或液壓震動(dòng)錘難以打入鋼板樁。經(jīng)調(diào)研，可采用新設(shè)備靜壓植樁機(jī)進(jìn)行鋼板樁插打施工。靜壓植樁機(jī)采用的是通過夾住數(shù)根已經(jīng)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(jī)理”。采用螺旋鉆輔助壓入法，使用設(shè)有螺旋鉆的裝置進(jìn)行輔助施工，在砂礫、卵石或巖層等堅(jiān)硬地層中，利用“除芯理論”在壓入的同時(shí)通過螺旋鉆鉆掘來降低貫入阻力，從而實(shí)現(xiàn)壓入作業(yè)[1]。

2.3 基坑開挖

鋼板樁按設(shè)計(jì)平面插打完成形成封閉圍護(hù)后，采用長臂挖掘機(jī)、小型挖掘機(jī)和人工配合開挖基坑。開挖前在圍堰四周作出標(biāo)高點(diǎn)并計(jì)算開挖深度，開挖時(shí)指派專人用塔尺隨時(shí)量測開挖深度，吊放小型挖掘機(jī)進(jìn)行基坑土石方開挖，坑頂用長臂挖掘機(jī)取土，距離基坑底10～20 cm時(shí)改為人工清理?；拥讟?biāo)高根據(jù)設(shè)計(jì)底標(biāo)高和墊層厚度控制。

因承臺平面尺寸較大，若內(nèi)支撐采用對向頂撐會(huì)導(dǎo)致?lián)螚U長度太大，穩(wěn)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(shè)置內(nèi)支撐，這樣既減短了內(nèi)支撐長度、提高了其穩(wěn)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(nèi)支撐，開挖至相應(yīng)標(biāo)高后立刻施工下一道圍檁和內(nèi)支撐，未施工完成不可繼續(xù)開挖?；娱_挖完成后，破除樁頭，澆筑墊層混凝土，然后進(jìn)行索塔承臺結(jié)構(gòu)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(jìn)行大體積海工混凝土的溫度裂縫控制是關(guān)鍵，經(jīng)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(shè)計(jì)

海工混凝土設(shè)計(jì)，要求混凝土有高耐久性、高體積穩(wěn)定性、高抗氯離子滲透性以及良好的施工工作性能和力學(xué)性能。大體積混凝土設(shè)計(jì)，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(nèi)部溫度過高、內(nèi)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(shè)計(jì)需將兩者相結(jié)合。配合比設(shè)計(jì)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(shí)堆積體填充，水泥起膠結(jié)作用，形成密實(shí)堆積體，實(shí)現(xiàn)滿足力學(xué)性能和抗?jié)B性能要求下的低水泥用量混凝土設(shè)計(jì)，再摻加部分多功能防腐劑CPA，保證抗氯離子滲透系數(shù)滿足要求[2]。

3.2 水冷卻系統(tǒng)

水冷卻系統(tǒng)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(gè)循環(huán)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用在混凝土內(nèi)部布置的冷卻水管降低混凝土內(nèi)部溫度，并利用回水可調(diào)節(jié)水箱內(nèi)水的溫度，使冷卻管進(jìn)出水管溫差符合要求。

冷卻水管安裝時(shí)應(yīng)注意管道通暢，連接嚴(yán)密，并通過試通水檢驗(yàn)，檢查管道接頭等的嚴(yán)密性，防止在混凝土澆筑過程中出現(xiàn)管道漏水。安裝過程中，冷卻管道與承臺內(nèi)鋼筋相碰時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整冷卻管位置。冷卻管的進(jìn)出口位置及其長度可根據(jù)施工要求進(jìn)行調(diào)整，單管長度以≤150 m為宜。考慮承臺尺寸較大，冷卻管進(jìn)出口較多，在實(shí)際施工過程中采用對冷卻管進(jìn)出口設(shè)置集中控制裝置，由單個(gè)水泵抽水進(jìn)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(xiàn)場布置6個(gè)水罐支撐循環(huán)用水，設(shè)置水冷型螺桿機(jī)組對罐內(nèi)循環(huán)水進(jìn)行降溫。水冷型螺桿機(jī)組外接冷卻水塔，將攜帶廢熱的冷卻水在塔體內(nèi)部與空氣進(jìn)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(wěn)定，安裝方便，體積輕巧，為冷卻水及時(shí)連續(xù)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(yùn)輸過程中溫度控制、現(xiàn)場環(huán)境降溫等方法，將混凝土入模溫度控制在28 ℃以下：(1)提前計(jì)劃骨料進(jìn)場，對骨料進(jìn)行過篩清冼，去除石粉等雜質(zhì)，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(jìn)水泥，將水泥存放于倉庫，避免陽光對水泥的直射，對進(jìn)場水泥進(jìn)行自然冷卻；(3)夏季進(jìn)行大體積混凝土施工時(shí)，采用加冰等措施，對拌和用水進(jìn)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(shè)置水管噴頭，出料同時(shí)在罐車表面進(jìn)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(jī)進(jìn)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(qiáng)模內(nèi)的通風(fēng)，加速模內(nèi)熱量的散發(fā)，如在承臺四周設(shè)置風(fēng)扇等。

3.4 混凝土澆筑控制

(1)優(yōu)化混凝土的布料方式：混凝土采用整體式水平分層連續(xù)澆筑?；炷翝仓r(shí)，由四周往中心布料，布料過程中需始終保持構(gòu)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(qiáng)邊角處振搗，保證混凝土較好的勻質(zhì)性和密實(shí)性，以避免膠凝材料漿體發(fā)生過長距離流動(dòng)并堆積在構(gòu)件四周而產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力，增大混凝土側(cè)面和邊角開裂風(fēng)險(xiǎn)[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(xiàn)過大高差。

(3)優(yōu)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(shí)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(jīng)常對模板進(jìn)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(shí)，混凝土坍落度應(yīng)調(diào)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(dǎo)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(jìn)螺旋鉆靜壓植樁機(jī)，成功實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)風(fēng)化巖地質(zhì)條件下鋼板樁的插打；采用鋼板樁圍堰支護(hù)、在半島半海的特殊環(huán)境區(qū)域成功開挖承臺基坑，施工過程中基本無滲水，支護(hù)安全穩(wěn)定；采用優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)、入模溫度控制、冷卻管循環(huán)降溫、優(yōu)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(jiān)控?cái)?shù)據(jù)滿足要求，無溫度應(yīng)力裂縫，施工效果良好。

5 結(jié)語

龍門大橋東索塔承臺施工關(guān)鍵技術(shù)，克服了半島半海特殊環(huán)境下大型深基坑施工、高標(biāo)號大體積海工混凝土施工質(zhì)量控制等技術(shù)重難點(diǎn)，施工過程中未出現(xiàn)任何安全及質(zhì)量問題，獲得良好的質(zhì)量、安全、進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)效益，此思路為今后類似工程施工提供了一個(gè)可參考的依據(jù)。