安丘青云大桥主桥承台施工关键工序分析与控制

魏道凯

摘要：本文对安丘青云大桥主桥承台施工的关键控制工序进行了分析，介绍了深基坑开挖方案的选择依据，大体积混凝土防止裂缝发生的措施，为以后同类型的桥梁施工积累了经验和提供了借鉴。

Abstract： The key control procedures for the construction of the main bridge caps of Qingyun bridge in Anqiu are analyzed in this paper， The selection basis of the deep foundation pit excavation scheme is introduced ，Measures to prevent cracks in mass concrete， Accumulated experience for the construction of the same type of bridge in the future.

关键词：主桥承台；深基坑开挖；大体积混凝土；关键工序；分析与控制

Key words： cushion cap of main bridge；deep excavation construction；mass concrete；critical activity；analysis and control

中图分类号：U445.55+9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）25-0095-03

0 引言

斜拉桥由于造型美观，跨越能力大，在城市橋梁的建设中得到了广泛应用。斜拉桥主桥承台由于具有基坑开挖深，体积大的特点，在施工安全、施工质量方面风险因素多、施工难度大。安丘青云大桥主桥承台位于汶河中，开挖深度超过10m，混凝土方量3856m3（包括系梁）。承台施工工期计划为45天，时间紧、任务重。施工各方集思广益，为保证计划的完成，根据河道地质柱状图，大胆的提出了利用填土围堰进行放坡开挖施工基坑的方案。方案考虑充分，施工时在未发生任何安全事故的前提下，提前5天完成计划；对于大体积混凝土的开裂风险进行了分析、验算，提出和实行了可靠的防止混凝土开裂的措施，效果显著，承台混凝土施工后未出现任何裂缝。在此，浅谈一下该承台施工关键工序分析和控制过程。

1 工程概况

安丘青云大桥是青云大街跨越汶河的一座城市桥梁。主桥为双索面A形独塔混凝土斜拉桥。跨径布置为120m+120m。主桥索塔承台尺寸为18×18×5m，共2个，混凝土方量3240m3；系梁尺寸为22×8×3.5m，共1个，混凝土方量616m3；承台混凝土方量共计3856m3。承台和系梁均为实心结构。承台位于汶河中，实测水位42.800米，设计常水位43.230米，承台顶面标高39.886米，底面标高34.886米。由于河道不通航，为方便施工，桥位处进行了填土围堰，填土顶面标高45.713米。承台基坑开挖深度为10.8米，开挖土层自上而下依次为河道回填土层3米，粘土层3米，砂层1米，软岩3.8米。

2 承台基坑开挖方案分析与控制对策

2.1 方案比选

①基层开挖深度超过10米，且位于河道中，开挖过程中面临基坑坍塌的风险。为保证基坑开挖方案的安全可控，方案一是考虑采用钢板桩围堰。此方案的优点是根据钢板桩的力学参数、水和土的压力确定钢板桩施工方案。钢板桩的入床深度、横撑的设置根据施工工况进行验算和复核，方案受力明确，安全可控；缺点是在狭小的面积内进行开挖作业，施工干扰因素多，不利于大规模的开挖机械作业，进度慢。

②为便于多台挖掘机作业，保证施工进度。根据类似工程的施工经验，方案二是采用放坡开挖施工方案。此方案的优点是作业面空间大，机械数量多，开挖进度快。缺点是方案凭经验确定，施工中面临不可控因素多，不利于安全控制。

2.2 方案分析

①由于开挖基底为软岩，难以满足钢板桩的入床深度要求，方案一不可行。

②由于方案二是在施工经验的基础上确定的，存在安全风险。如采用方案二，必须最大程度的控制风险，施工前应制定完善的基坑开挖监控量测方案和关于深基坑施工易发事故类型的现场处置方案；开挖施工时应采用合理的基坑降水方案，随着基坑开挖的进行增设喷射混凝土、土钉支护等边坡加固措施，防止坍塌事故的发生。

2.3 施工时采取的控制对策

①基坑土方随挖随堆放在围堰外侧，减少了开挖时坑壁所受到的土压力，增加了回填土厚度，增强了坑壁稳定性。

②为防止砂层透水，浸泡坑壁造成坍塌事故，在基坑开挖边线外侧增设了一道一米宽的粘土墙，粘土墙的底标高在砂层以下。此方案很好的解决了坑壁渗水问题，效果明显，有效的防止了坍塌事故的发生。

③坑壁及时喷射了10厘米厚混凝土，防止了因降雨冲刷边坡而造成开挖事故的发生。

④基坑四周设置了四个集水井，及时抽出积水，防止浸泡坑壁。由于砂层采取了防渗措施，开挖过程中渗水量较少，抽水设备完全满足要求，施工时未发生明显的基坑积水现象。

⑤开挖过程中安排专人进行了对坑壁的稳定性进行了监控量测，将基坑开挖与坑壁防护的工作衔接作为安全控制的重点工作。

2.4 承台开挖关键控制环节总结

①基坑开挖施工方案应结合开挖现场的地质情况制定，应充分考虑到施工中可能会发生的各种风险因素，提前采取措施，避免事故的发生，超过5米的基坑开挖方案须经过专家会议论证。

②对于放坡开挖的基坑，必须采取可靠的防渗水、防雨水冲刷措施。

③本桥承台施工采用深基坑放坡开挖施工方案相比钢板桩施工方案降低了工程费用，加快了施工进度。同时由于措施得当，解决了施工过程中的风险因素，做到了施工过程安全可控。

3 承台混凝土裂缝风险分析及控制措施

3.1 承台裂缝种类风险分析

承台属于大体积混凝土，可能出现的裂缝是温差裂缝和表面干缩裂缝，温差裂缝与混凝土土水化热有关，干缩裂缝与养护有关。

3.2 温差裂缝风险分析与对策

①承台混凝土采用C40，用42.5号普硅水泥，水泥用量为340kg，水灰比为0.47。水泥水化热：Q=377J/kg；混凝土比热：C=0.96J/kg；混凝土质量密度：ρ=2400kg/m3。混凝土的弹性模量： ；标准状态下极限收缩值： 。

②因为混凝土一般在2-5天水化热温度达到最高。在2天龄期的情况下，在满足最大抗裂强度（0.75MPa）时，混凝土表面与混凝土中心的允许最大温差为： ℃。同理，在5天龄期的情况下，混凝土表面与混凝土中心的允许最大温差为26.1℃。由于实际混凝土最高温度值在2-5天龄期时出现，此时最容易出现内外温差超限情况，在实际施工时，为防止温差裂缝的出现，应按25℃温差值控制。

③混凝土内部水化热按公式 计算，结果为48.27℃，大于25℃，如不采取措施，必然出现温差裂缝。

④施工时气温为10℃，混凝土入模温度考虑10℃时，混凝土内部温度为10+48.27=58.27℃。混凝土表面的最低允许温度为： 。为防止温差裂缝的发生，施工方案可考虑采取内部降温和外部保温措施。

⑤如采用草袋进行外部保溫方案，材料厚度按公式 计算，结果为141.26mm，即14厘米，实施起来较为困难。本着施工方案应便于实施和可控性强的原则，采用内部降温措施，即采用冷却管降低混凝土内部水化热，同时在混凝土外侧铺设土工布和草袋，进行辅助外部保温。

3.3 干缩裂缝风险分析与对策

①混凝土出现干缩裂缝的原因是表面水分散失快，收缩大，表面收缩变形引起的拉应力超过混凝土的允许应力而使混凝土表面开裂。承台是大体积混凝土，在平面和侧面位置易出现干缩裂缝。

②对2天龄期后混凝土应力进行计算（此时还没有拆除模板），混凝土的抗拉强度的最大值为： ，抗拉强度最小值为 ，考虑1.15的安全系数，设计抗拉强度：

。同理，对3-7天龄期，混凝土抗拉设计强度计算值分别为0.74Mpa，0.87Mpa，0.96Mpa，1.03Mpa，1.09Mpa。由此判断，在混凝土龄期的前期，特别是1-5天时间内，由于养护不当，混凝土表面失水快，易造成干缩裂缝的出现。

③根据承台混凝土浇筑时的外界温度，模板在混凝土土浇筑完成后第3天拆除，如模板拆除后再对混凝土进行养生，有可能造成干缩裂缝的发生。制定的针对性方案为浇筑完成一天后松动模板拉杆（未拆除模板），开始从承台顶面洒水养生。模板拆除后，先在混凝土表面洒水，再用防水土工布包裹，然后覆盖一层草袋，养生时间为10天。

3.4 裂缝控制措施

①在混凝土配合比中掺加了粉煤灰、减水剂，在强度和和易性满足要求的前提下，降低了水泥用量，减少了水化热。

②因承台体积较大，混凝土浇筑时间较长，施工时在混凝土开始浇筑后冷却管即开始通水。为避免冷却管周围混凝土周围温差过大造成裂缝，在承台边上设置循环蓄水，蓄水池的水温与混凝土内部的温差控制在25℃以内，在进水口处设置阀门，调控水流量大小，以此调控混凝土内部的降温速度。

③在承台内设置4根测温孔，每孔5点。测温采用水银温度计，测温频率浇筑从当天1次/小时，逐渐减少到3天后的1次/3小时，通过记录分析，施工时通过调整循环水流量大小和循环水温度，控制混凝土内外温差始终在25℃以内。

④循环水连续降温了7天。在第7天时，承台中心温度基本恒定，与外界温差小于25℃时。在继续温度观测12小时后，撤除了冷却设备，对冷却管用水泥净浆进行了压浆封闭。

⑤施工时采用了混凝土分层振捣工艺，在满足分层间隔时间的前提下，尽量控制了混凝土的浇筑速度，有效促进了混凝土内部水化热的散失。

⑥在内部降温的同时，由于在低温季节施工，现场采用了草袋对混凝土外部进行保温，对于减少混凝土内外温差提供了可靠保障。

⑦注重混凝土前期的养生，及时松动模板拉杆进行透水养生，有效防止了干缩裂缝的发生。

⑧承台大体积混凝土从施工配合比、施工方面采取了可靠措施，未出现任何裂缝。

4 结束语

青云安丘大桥主桥承台由于基坑开挖深，浇筑混凝土方量大，施工中面临着基坑坍塌、混凝土开裂等安全和质量风险。在施工前通过可靠的风险分析、严谨的验算、完善的方案制定做好开工前的各项准备工作，在施工中注重对工程施工关键工序、关键环节的控制，有效的保证了施工安全和施工质量。为以后类似工程的施工管理工作积累了经验。

参考文献：

[1]王保山.桥梁深基坑承台施工技术[J].工程建设与设计 2018，04.

[2]刘哲，李桐，于艺林，陈峰，赵勇.东洲湘江大桥水中墩大体积承台施工技术[J].施工技术，2017，12.

[3]范非凡.大体积承台施工控制技术[J].交通世界，2017，12.