五峰山长江大桥4号墩承台施工关键技术

张家伦 黄旺明 中铁大桥局集团第四工程有限公司

1 工程概况

新建连镇铁路五峰山长江大桥为连淮扬镇铁路上一座跨越长江的公铁两用悬索桥，主桥跨径布置为（2×84+1 092+2×84）m，主缆跨径布置为（350+1 092+350）m，全长 1 428 m。桥型布置如图1所示。

图1 五峰山长江大桥桥型立面布置图（m）

4#墩位于镇江侧岸边，承台为圆哑铃型，由两个圆形承台和中间系梁组成，结构尺寸95.94×40×9.5 m。圆形承台直径40 m，厚9.5 m，中间系梁宽20 m，厚9.4 m，底面与圆形承台平齐。承台底标高-2.5 m，顶标高+7 m，采用C35砼浇筑成型，总方量2.72万方。承台结构如图2所示。

图2 4#墩主塔承台结构图（m）

2 围堰设计与施工

2.1 围堰设计

表1 围堰设计工况对比表

图3透水工况钢板桩围堰布置图（mm）

图4 不透水工况钢板桩围堰布置图（mm）

4#墩承台处地面标高为+6.5 m，基坑开挖采用拉森Ⅵ型钢板桩围堰支护，外型与承台保持一致，呈圆哑铃型，平面轮廓尺寸为100.22×44.28 m，中心线由承台边线外扩2.14 m形成，以满足承台施工作业空间要求。钢板桩单根长24 m，顶面高出地表0.5 m，底面伸入承台底以下14.5 m。

围堰按基底土层是否透水分两种工况进行设计，两种工况的区别如表1所示，对应围堰布置如图3、4所示。

钻孔桩施工期间对承台周边布孔进行补勘，以验证钢板桩插打范围内土层的透水性，各土层的透水性评价如表2所示。

表2 土层透水性评价表

经分析钢板桩底基本位于②-4软塑～可塑和③-1可塑～硬塑粉质粘土中，判定为微/不透水层，围堰施工按不透水工况进行组织。

因上、下游钻孔桩施工进度差约3.5个月，为便于施工组织，按上、下游分步开挖的方案对钢板桩围堰进行设计优化，为保证分步开挖圈梁及内支撑水平力的有效传递，在系梁中间增设临时钢板桩。临时钢板桩采用拉森Ⅳ型，单根长12 m，通长焊贴I32a型钢进行加强。优化后的钢板桩围堰布置如图5所示。

图5 钢板桩围堰优化后布置图（mm）

2.2 围堰施工

（1）钢板桩插打

钢板桩插打根据钻孔桩施工进度先插打下游侧，再插打上游侧。插打前在20 cm砼钻孔平台上放样出围堰中心线，然后切除中线两侧各40 cm范围内的砼地坪，挖机顺槽清理地表以下5 m～7 m范围内建筑垃圾和码头抛填防护用的片石（粒径30 m～50 cm）。安装可移动式导向架，采用YZ180液压振动锤配合75 t履带吊机在导向架的导向作用下一次将24 m钢板桩插打到位。导向架每插打8片钢板桩顺围堰中心线移动一次，导向架布置如图6所示。

图6 钢板桩插打导向架布置图

下游靠岸侧半圆周范围内钢板桩底位于硬塑性粉质粘土中（基底承载力300 KPa），板桩在振动锤作用下无法顺利插打到位，采用钻头直径为300 mm的长螺旋钻机进行引孔，孔位为沿钢板桩中心线每60 cm间距布置一个。为避免钻头破坏桩底持力层，引孔深度位于钢板桩底以上1 m，同时为避免基底土层由于钻孔而无法提供有效的被动土压力，引孔后在孔内灌砂处理。

（2）基坑开挖及垫层施工

下游侧钢板桩及临时钢板桩插打完成后进行基坑分区开挖，开挖顺序由下游圆弧顶端向系梁区推进，开挖过程中同步进行钢护筒割除。开挖总体分两次，第一次开挖至+1.5 m后安装下游侧圈梁及内支撑，继续向下开挖至设计标高，浇筑50 cm厚垫层砼，并沿垫层周圈留设排水沟和集水井。

上游开挖顺序和方法同下游，但在上游开挖至+1.5 m后，需将被系梁区临时钢板桩割断的圈梁及内支撑对接成整体后方可继续向下开挖。开挖至设计标高后，浇筑垫层，拔除系梁中间临时钢板桩。

3 大体积承台施工

3.1 承台温控设计

施工前根据砼原材料、浇筑工艺对承台理论配合比进行优化，并采用有限元对承台超大体积砼进行有限元仿真计算，试验确定的承台配合比如表3所示，承台分层浇筑方式如表4所示。

表3 承台砼理论配合比

表4 承台分层浇筑表

根据温控计算制定了承台在施工期不产生温度裂纹的标准为：承台砼最大水化热温升≤51.4℃；最大内表温差≤20℃；砼表面温度与气温之差≤20℃，砼表面养护水温度与砼表面温度之差≤15℃；允许砼最大降温速率≤2℃/d。

另在承台砼内共布设八层冷却水管，冷却水管采用Φ42×2.5 mm薄壁钢管，竖向层距1.0 m，水平间距0.9 m。

3.2 钢筋绑扎

钢筋在后场钢筋加工车间内预下料成型，平板车运输至墩位处人工绑扎，承台分三次浇筑，钢筋亦分三次进行绑扎。

3.3 模板制作及安装

模板在专业厂家内加工制造，预拼合格后运至现场安装。模板在高度上分成3+1.5+1.5 m三节，平面按每3 m弧长为一块。第一次4 m高砼施工时安装3+1.5 m高模板，第二次施工时将6 m高模板一次安装到位。模板安装前涂刷脱模剂，分块之间采用螺栓连接，连接完成后在模板背面和钢板桩围堰之间设钢管脚手架支撑以抵抗砼侧压力。

3.4 砼浇筑

为保证承台砼在初凝时间内浇筑完成,结合现场浇筑能力，对浇筑工艺进行提前规划。承台每层浇筑时在系梁中线位置分上、下游两个浇筑区，先将下游侧分区内浇筑完成后，汽车泵移位至上游侧继续进行上游分区内砼浇筑。每个浇筑区内采用斜向分层，由圆弧顶端向中间系梁推进的方法进行浇筑，分层厚度为30 cm。承台砼浇筑配备5台汽车泵、5台搅拌站、12台9 m3砼罐车。

承台第一次砼浇筑、养护完成后，抽除围堰和模板之间的养护水，吹砂回填至+0.9 m，浇筑50 cm厚C25素砼圈梁，砼强度达到50%后拆除钢圈梁和内支撑，进行承台第二、三次施工。

3.5 砼养护

砼覆盖冷却水管后，开通该部位的冷却水管进行通水降温。每次砼浇筑完成后，顶面采用冷却水管循环流出的温水进行蓄水养护，蓄水深度保持在20 cm以上，侧面在钢模和围堰内蓄水进行保温养护。

3.6 温控效果

承台在三次砼浇筑期间，砼入仓温度分别为（11.06～18.25）℃、（9.12～15.0）℃和（14.5～15.0）℃，三次断面平均最高温度为45.91℃、46.12℃、45.35℃。其余各项温控指标均满足温控设计和规范要求，未出现温度裂纹。

4 结束语

本文重点介绍了五峰山长江大桥南塔4#墩承台施工关键技术，包括围堰设计及施工、超大体积承台施工。围堰自2016年8月3日开始下游侧第1根钢板桩插打，于2016年12月24日顺利完成围堰施工。2017年1月16日开始承台第一次砼浇筑，于2017年3月17日完成承台施工。承台施工过程顺利，质量满足业主要求，关键技术的成功实施为超大体积承台施工提供了宝贵经验，为类似工程施工提供了一定借鉴作用。