山区特大桥大体积混凝土承台的施工

杨培诚

（1.浙江温州沈海高速公路有限公司，浙江 温州 325038；2.武汉理工大学交通学院，湖北 武汉 430063）

0 引言

随着国家对西部开发力度的加大，诸多高速公路需要跨越深谷大峡，相应的山区特大型桥梁剧增。山区的特定条件，给桥梁建设的技术方案及施工组织管理带来很大的困难。主要问题有以下几个方面：

1）山区地理交通不便，物资资源相对缺乏，桥梁施工所用的大宗原材料选择上局限性较大，特别表现为混凝土原材料。

2）施工所用的原材料变化频繁，施工技术方案必须根据所用的原材料变化而修定，这样对施工技术方案要求更高，适应性必须更强。

3）施工组织管理难度大，特定的环境就必须要有更加严谨的施工组织管理，在桥梁大体积混凝土施工过程中，存在很多不确定因素，施工组织管理必须要有详细的方案及预案[1]。

1 工程概况

赤石特大桥是厦蓉高速公路湖南段汝郴高速公路全线的控制性工程，为四塔双索面预应力混凝土斜拉桥，是目前同类型桥梁中世界排名第一的四塔斜拉桥。桥梁设计跨径布置为 （4×40 m）连续 T 梁+（190 m+3×380 m+165 m）斜拉桥+（16（15）×40 m）连续T梁。我部负责主7、8号两个索塔的施工任务，7号索塔承台结构尺寸为41.1 m×32.3 m×6.5 m，混凝土用量约8629 m3，8号索塔承台结构尺寸为43.6 m×29.9 m×6.5 m，混凝土用量约8474 m3，混凝土设计强度等级均为C40。7号承台顶面高程与地面等高，8号承台位于山脚陡坡处。8号墩承台处于特殊的地理位置，不管是山体的边坡防护还是承台施工都具有很大的难度。

2 承台基坑开挖及边坡施工

2.1 7号承台的基坑及边坡施工

7号承台基坑基底平面尺寸拟定为45.1 m×36.3 m（按承台各边加宽2 m）。采用大基坑开挖施工方案，基坑的边坡稳定性采用条分法计算，土体的相关力学指标根据试验数据试验测得。根据地质条件，经过计算确定，边坡采用1∶0.75放坡，开挖采用两级放坡，两级坡水平方向距离1 m。基坑开挖过程中形成一定边坡后，利用挖机修整好边坡，将面层压实，保证整体稳定性满足施工需求后，在面层铺设土工格栅，并用锚筋固定，锚筋布置间距按照1 m×1 m满布，土工格栅搭接部位必须保证在0.5 m左右，人工铺设10 cm厚砂浆。由于山区的降水较为频繁，为了保证承台基坑内部干施工，基坑边坡形成后，在基坑上边缘做好排水沟及截水沟，避免雨水或其他水源流入基坑内部。边坡开挖见图1所示。

图1 边坡开挖示意图

2.2 8号承台的基坑及边坡施工

8号墩位于山坡坡脚位置处，地势条件极其复杂，承台与山体坡脚的相对地理位置见图2所示。

图2 承台与山体坡脚的相对地理位置图（单位：m）

由图2可知，靠山体侧承台顶面标高与山体顶面标高高差最大达18 m之多，背山体侧承台顶面标高与地面标高高差达9 m。在靠山体侧承台施工必须要对山体进行移除，该山体走势陡峭，坡度约80°，山体开挖量极大，开挖后的山体防护也是施工控制的难点。在背山体侧承台施工必须对地面进行填高处理，填高后的基础必须压实稳定，保证在大体积的承台混凝土浇筑过程中基础的承载力能满足承台浇筑完成后最不利荷载组合状态。针对以上存在的问题，采取的措施为：

1）靠山体侧，需要对山体进行爆破施工，在桥梁的前进方向，考虑到承台施工范围，距离承台边后4 m范围内前方山体全部爆破至承台顶面标高，由于山体陡峭，爆破方量约为12000 m3，再加之爆破区域地处密集居民区，爆破安全风险大，只能采用小药量爆破。

2）背山体侧，设置挡土墙，墙背后回填材料考虑用爆破后的碎石，回填材料要有很好的透水性，保证挡土墙形成的施工平台不受地下水系的影响。挡土墙的最大承载力主要考虑承台浇筑过程的最不利荷载组合。

3）在爆破施工完成后，需要对山体进行防护，整个边坡高约20 m，长度方向将近55 m，在实际施工中，边坡爆破面有一半为较完整岩石层，一半为夹沙黏土层，稳定性极差，整个边坡防护采用锚杆挂网喷射混凝土方案，保证边坡在岩层破碎带遇到雨雪天气时不发生滑坡等。

3 承台施工工艺及施工组织管理

3.1 承台施工工艺流程

承台施工主要包括以下内容：钢筋工程、模板工程、混凝土工程。施工流程图见图3所示。

图3 承台施工流程图

在承台钢筋施工中，由于所采用的主筋为φ36，钢筋数量大，钢筋安装难度较大，承台钢筋连接均采用滚扎直螺纹套筒连接。承台钢筋绑扎顺序尤为重要，先铺设底层钢筋，之后需要采用临时支架安装架立钢筋。承台模板采用大型定型模板，考虑到模板的通用性，模板利用后续施工中的塔柱模板，以节约成本。承台混凝土配合比在施工中极其重要，大体积混凝土由于水化热的问题，给施工带来了很大的困难，解决水化热的关键在于混凝土的配合比设计，施工中专门进行了针对性的大体积混凝土配合比设计并制定和实施了相应的温度测试措施。

3.2 承台施工组织管理

物资管理是山区大体积混凝土施工的关键之所在，由于山区地区交通条件不便，物资材料在大体积混凝土施工中用量大，存在材料进场难和检测难等特点。赤石特大桥7、8号承台单次浇筑混凝土量最大为5200 m3，根据试验室提供的最优配合比及混凝土原材料备料情况见表1、表2所列。

表1 混凝土配合比设计

表2 混凝土原材料备料数量（7号承台）

混凝土原材料备料：需考虑施工单位混凝土拌和站的生产能力和材料储存场地大小，砂石料可在施工前备足，水泥需要在施工过程中补充。在监理单位对相关工序验收后，混凝土浇筑之前，必须和相关的材料供应商协调（必要时签订相关协议），确保在特定的时间将材料运输至现场，保证混凝土浇筑的连续性。由于水泥等原材需要过程中补充，这就给试验工作带来了一定的困难，增加了对原材料抽检的难度，特别是水泥、外加剂的诸多性能指标需要在规定时间段内才能出具检测结果的原材，试验工作必须要有超前性。

原材料关系到结构物的质量，要保证混凝土施工质量，就必须要在相关原材料生产后立即对原材料按照检测频率进行检测，检测合格后运输至施工现场。

供电也是大体积混凝土施工的重要保证。在施工前，施工单位要与当地的供电部门联系，保证在施工过程中供电连续。同时，施工单位应该按照最大用电量备好备用发电机，以备停电时供电。

大体积混凝土施工周期较长，根据施工经验，5000 m3混凝土浇筑一般用时大约40～50 h，在施工生产中，机械设备运行负荷较大，所有参与生产的机械设备都应该在施工前做好检修工作，备好易损配件。

在人员组织方面，保证足够的劳动力，连续作业人员实行三班倒，要求所有参与施工的人员对所在岗位操作熟练，特别是振捣工，必须配备经验丰富的人员，保证大体积混凝土的外观质量。同时在施工过程中做好后勤保障工作。

赤石特大桥7、8号承台混凝土供料由2台90 m3/h拌和站，7号承台第1层混凝土浇筑历时52 h，平均浇筑速度为88.5 m3/h。浇筑过程中设置3台布料机，多点布设串筒下料，单次混凝土浇筑分层厚度约为50 cm，分层厚度需要严格控制，一方面有利于振捣，另一方面考虑混凝土的初凝时间，分层过厚会导致单层浇筑时间长，部分混凝土初凝。由于混凝土浇筑前，进行了详细的施工技术交底和严密的施工组织管理，赤石特大桥7、8号承台4次浇筑均顺利完成。

4 承台施工中的大体积混凝土温控方法

4.1 大体积混凝土温控计算方法

根据承台施工所用的相关混凝土原材料，试验室对混凝土原材料的热力学性能做了大量试验工作，根据相关试验数据采用有限元软件MIDAS/CIVIL对大体积混凝土温度场及应力场进行仿真分析，分析结果见图4所示。

图4 温度与时间过程线

由表4可知，最高温度出现在混凝土浇筑完成的60～80 h，温峰持续10 h左右开始下降，初期降温速度较快，以后降温速率逐渐减慢，至5～10 d后降温平缓，温度趋于稳定状态。第1层混凝土内部最高温度约67℃；第二层混凝土内部最高温度约71℃。混凝土温度中部最高，四周较低。应力场分析结果为7号承台的最大拉应力1.73 MPa，最大压应力4.39 MPa，均小于设计值。

4.2 大体积混凝土温控指标及控制方法

根据仿真分析结果，混凝土温度控制指标如下：

1）混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于50℃；

2）混凝土浇筑块体的里表温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜大于25℃；

3）混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0℃/d；

4）混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃；

5）混凝土中心点最高温度不宜大于70℃。

对承台的降温采取以下措施：

1）混凝土入模温度，承台施工时根据季节及大气温度，必须控制混凝土入模温度，在夏季施工时，对混凝土拌制用的拌合用水进行加冰处理。

2）在承台里面布设冷却水管，根据承台厚度分层布设，冷却水管层距为1～2 m；层冷却管间距为80～100 cm，冷却管采用φ35的焊接钢管，冷却用水温度根据混凝土内部进行控制，必须保证混凝土温控指标。

3）升温时段通水流量应使流速达到0.65 m/s以上，形成紊流；降温时段可通过水阀控制减缓通水，使流速减半，水流平缓，以层流状态冷却混凝土。

4）保温养护是大体积混凝土施工的关键环节，保证混凝土内外温差不大于理论值。

4.3 大体积混凝土温控检测监控

在赤石特大桥承台施工中，采用新的无线温度检测仪SZWT-MCU32型自动温度测量系统。该仪器是用于浇筑混凝土内部温度的即时现场检测仪器，用单片微型计算机核心，大规模集成电路为外围部件组成的高精度测控仪表。软硬件采用多种抗干扰技术，具有现场存储、定时打印、自动巡检的功能，断电数据不丢失和使用可靠性高等特点。监测点布置方式为：

1）监测点的布置范围应以所选混凝土浇筑体平面图对称轴线的半条轴线为测试区，在测试区内监测点按平面分层布置，测点布置见图5所示；

2）在测试区内，监测点的位置与数量可根据温凝土浇筑体内温度场分布情况及温控的要求确定；

3）在每条测试轴线上，监测点位宜不少于4处，应根据结构的几何尺寸布置；

4）沿混凝土浇筑体厚度方向，必须布置外面、底面和中间温度测点，其余测点宜按测点间距不大于6 m布置；

图5 温度测点布置图

5）保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确定；

6）混凝土浇筑体的外表温度，宜为混凝土外表以内50 mm处的温度；

7）混凝土浇筑体底面的温度，宜为混凝土浇筑体底面上50 mm处的温度。温度测试频率按要求测试，保证测试的连续性。

5 混凝土施工期温度场的温度实际检测结果

根据现场实际检测结果，将两次混凝土浇筑的温度记录汇总如表3。

表3 两次浇筑混凝土最高温升值汇总表

由以上监测结果可以看出，采用以上温控措施，施工过程中最高温度均小于仿真分析计算的结果。通过长期的观察与测量，承台四周表面混凝土光滑平整，未出现由于水化热引起的温度裂缝，用专业仪器观察，只是在个别处出现微小的混凝土收缩裂缝，裂缝最大宽度不大于0.15 mm，完全符合相关设计规范的要求。

6 结语

在山区的大体积混凝土承台施工，由于地理条件的特殊性，在承台基坑开挖及前期的相关施工准备过程中，都要结合地形地貌采取相应的施工方案。如果遇到高填方或低挖方的情况，常需要爆破施工及相关临时工程，安全控制是施工的重点，同时为了优化工期，合理科学的施工组织管理也是施工顺利进行的重要保障。山区地区大体积混凝土施工，有力物资供应保障贯穿于整个施工过程，结合当地的交通状态，优化物资备料方案，加强设备等其它方面的预控措施，是保证大体积混凝土施工顺利的重要手段。大体积承台温度控制，是保证大体积混凝土质量（不开裂）的重要技术措施，严密的施工组织管理贯穿于整个大体积混凝土施工前后是保证承台施工质量、安全、工期的根本措施。

[1]刘士林，梁智涛，侯金龙，等.斜拉桥[M].北京：人民交通出版社，2002：321-323.

[2]王磊，杨培诚.大体积混凝土水化热施工期温度场及应力场仿真分析[J].交通科技，2010（3）：96-98.