河道内不良地质条件下大体积混凝土承台施工关键技术

张祚伟

摘 要：本文以太原市十号线桥主桥主墩17-1#承台的工程实践为例，对汾河河道内不良地质条件下大体积混凝土承台施工，对钢板桩围堰施工、大体积混凝土施工等关键技术难度进行了优化整理，既是对这一类不良地质条件下大体积混凝土承台施工技术的总结，也是为以后同类型大体积混凝土承台施工提供了参考价值。

关键词：不良地质;大体积混凝土;承台;施工关键技术

一、工程概况

太原市十号线跨汾河桥梁为主跨L=204m下承式钢桁架拱桥。主桥基础承台（ZP16、ZP17承台）为上下游独立矩形承台，外轮廓尺寸为23.6×18.6m，高5.0m。承台位于汾河河道内，地表土层松软，不宜大面积放坡开挖，按照既定方案采用钢板桩围堰进行支护施工。钢板桩围堰结采用12m长拉森IV钢板桩，钢板桩围堰平面尺寸为26.4m×21.6m。承台底面设置0.5m厚封底砼。承台一次浇筑成型，混凝土方量为2194.8m3，属大体积混凝土，施工时采取有效监控措施，降低水化热和内外温差等。

二、大体积混凝土承台施工关键技术

（一）围堰钢板桩施工

1、钢板桩检验：钢板桩分材质和外观检验，以矫正钢板桩，减少打桩的困难。外观检验：包括表面缺陷、长度、宽度、高度、平直度和锁口形状等项内容。材质检验：对钢板桩的机械性能进行全面试验。构件的拉伸、弯曲、锁口强度试验和延伸率试验等项内容。

2、钢板桩吊装与堆放：装卸钢板桩宜采用两点起吊。吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，应注意保护锁口免受损伤。钢板桩堆放堆码高度不得超过1m，并便于运往打桩施工现场。

3、钢板桩插打：插打钢板桩做到“插桩正直，分散偏差，有偏即纠，调整合拢”。钢板桩施工前，先对钢板桩平面位置放样，在四个角点位置采用钢板桩定位，然后设置导向环，导向环由H588型钢组成。钢板桩插打前在锁口处涂抹沥青胶，以减少插打时的阻力，并增加防渗功能。钢板桩利用振动锤进行插打。

4、钢板桩拔除：采用振动锤拔桩，对封闭式钢板桩围堰，拔桩起点应离开角桩5根以上。拔桩的顺序与打桩时相反。

（二）基坑开挖

钢板桩围堰内基坑开挖主要采用长臂挖机施工，基坑首次开挖到设计内支撑下方即可，但基坑深度不能超过3m，开始安装围堰内支撑。开挖上面回填层以干挖方式为主，进入地下水位以下土层时，基坑四周分设汇水井，各汇水井位置1台抽水泵，抽排地下渗水，保证开挖时基坑内无积水。钢板桩围堰内清基工作采用长臂挖机进行，围堰内应大致平整、基底标高须符合施工设计要求后才可以进行封底混凝土施工。

（三）基坑监测

基坑开挖完成后应对钢板桩的平面位置、钢板桩的变形、内支撑和基底隆土进行监测。

1、桩身监测：观测点的布设：在围堰每边布置1～2个观测点，则每个围堰布置4～6个点。观测方法：利用鉛垂吊线法观测，观测钢板桩到垂线的距离，检查钢板桩是否有变形。

2、平面位置监测：观测点的布设：在围堰每边布置1个观测点，每个围堰布置4个点，同时如有土体或混凝土面层开裂还应观测裂纹发展。观测方法：在钢板桩上采用红油漆定点，用全站仪或GPS进行观测。内支撑观测：在每根内支撑轴线上拉线，采用尺量是否有变形。

（四）凿桩头

桩头在桩检完成后进行凿除。先采用机械凿岩至设计桩头30cm以上的位置，再采用人工环切法凿桩头。人工凿桩头时，为了防止凿除过程中桩头劈裂影响桩头质量，先在设计桩顶上约100mm处凿一圈深5cm的槽，然后用钢钎对桩头进行分块，再用风镐逐步凿除，以确保桩头混凝土的质量。桩头处理完毕，对承台范围内桩基进行竣工测量。

（五）混凝土垫层浇筑

底面基本整平厚，浇筑0.5m厚水下砼封底，作为垫层。垫层混凝土达到一定强度后，由测量放出承台边线，划出承台钢筋布置间距线，以便于钢筋绑扎的控制和检查。

（六）钢筋加工及安装

钢筋原材进场后，报检检验材料的等级、规格及产品的外观，检验无误后再检查其质量检验报告单和出厂质量合格证书。初步检查合格后再对钢筋进行抽样检查。钢筋加工前，应清理干净钢筋表面的油污、浮锈等。钢筋在车间按下料单进行下料和弯制成型后，再按出库单运至现场进行安装。钢筋运至现场存放，应编号，并用马凳进行规范存放。

（七）模板安装

模板采用18mm厚优质竹胶模板，沿竖向设置方木次楞，方木截面为10cm×10cm（惯性矩I=833.3cm4），材质选用杉木，抗弯强度设计值为11N/mm2，弹性模量E=9000N/mm2。模板选用优质色拉油做脱模剂。侧模板的固定采用φ20拉杆对拉，方木竖向布置，2[10型钢分配梁横向布置，根据验算结果，拉杆孔按60×60cm设置。钢板桩围堰以下部分，利用脚手架顶托顶紧钢板桩。模板安装完成后需对拉杆进行检查，确认螺栓已拧紧固定。混凝土浇筑前，需对模板内各角落残渣进行清理，并封堵好预留泄水孔。

（八）冷却水管及预埋件安装

1、冷却水管安装

①根据承台大体积混凝土要求及温控计算确定，承台埋设冷却水管，冷却水管按照设计温控要求及分层厚度布置，布置4层。冷却水管采用φ32×2mm钢管，管间连接采用直角钢管接头连接，并用密封胶密封，保证每一个接头完好不漏浆。②根据要求，每层冷却管分段布置，每段设1个进水口，1个出水口，进水口安装进水阀门，接水塔水管，出水口用软质胶管接至模板外。冷却水管利用既有承台钢筋网片进行焊接固定，焊接安装的位置要求准确、固定牢靠，以确保混凝土浇筑过程中不发生位移。③冷却水管每层安装高度可根据承台内钢筋布置作适当调整。④冷却水管安装需采取措施固定，以防止混凝土浇筑过程中堵管、漏水及振坏。⑤冷却管每层进出水口相互冲突时可适当进行调整。⑥冷却水管安装完成后，进行注水试验，保证冷却水管不漏水，混凝土施工时混凝土砂浆不漏进冷却水管内而造成水管堵塞。冷却水管的进出水口按要求布置后，统一对应进行标号，做好标识。⑦混凝土浇筑时要注意高度观察，到每层冷却水管覆盖的高度后开始通水。⑧承台混凝土内部温度测量采用埋设测温管测温的方法，钢筋安装完毕，根据温控方案的要求将测温管埋设至承台底部，顶面露出承台面10cm。混凝土施工时采用棉纱将管口塞住，防止水泥浆进入测温管将测温管堵塞。

2、预埋件安装

承台钢筋绑扎完成后进行钢管支架预埋件安装，钢管支架预埋件提前在加工完成，安装前由测量人员对钢管支架预埋件位置进行确定，预埋件安装完成后应保持水平，并低于混凝土浇筑面2cm。

（九）混凝土浇筑

承台混凝土浇筑采用3台天泵进行布料，混凝土下料时采用减速水带，防止混凝土下落时出现离析。混凝土拌合时，需严格按照已确定好的施工配合比配料，砂、石、水泥、水及外加剂等原材料需经过质量检验合格，方可使用。同时需确保混凝土搅拌时间。混凝土浇筑应分层一次性浇筑成型，每层浇筑厚度控制在30cm左右，每层间隔浇筑时间不得超过混凝土初凝时间。混凝土浇筑时，为降低已浇筑混凝土内温度，需控制混凝土入模温度在25℃以内，具体措施如下：利用冷水冲洗碎石，降低碎石温度;天泵的泵管采用湿土工布包裹进行防晒，防止混凝土升温;在拌合用水中加入适量的冰块，降低水温。

混凝土振捣采用插入式振捣棒，混凝土振捣时，要做到垂直插入、快插慢拔，振捣范围不大于振动棒作用半径的1.5倍，即0.5m左右。振捣时要交错进行、循序渐进，避免漏振或过振，每次振捣间隔时间控制在25s左右，以振捣的混凝土以不继续下沉、不冒气泡、表面泛光为宜。混凝土振捣时，离模板10cm间距为宜，严禁在拉杆上振捣。振捣每层间插入深度控制在10cm，必须确保下层混凝土在初凝前，再进行一次振捣，保证混凝土密实。

混凝土浇筑完成后，接着进行收浆抹面施工，在混凝土初凝后，用一层土工布和一层塑料薄膜进行覆盖，保证承台混凝土表面温度不至于变化过大，以减少承台混凝土内外温差。浇筑混凝土需按规范做强度和弹性模量试块，检查强度。混凝土浇筑时，填好混凝土的浇筑施工记录，主要记录混凝土原材料、浇筑配合比、坍落度、混凝土浇筑的方式方法、混凝土振捣人员换班记录等等。

（十）承台混凝土的养护和测温

承台混凝土浇筑完成后，应及时进行养护，以防止混凝土出现裂纹。承台养护既要降温又要防止外表温度下降过快使承台混凝土内外温差过大。承台混凝土养护的时间一般控制在7～14天。

大体积混凝土承台结构尺寸较大，在混凝土浇筑完成以后，承台内部混凝土的水化熱集聚而不易扩散，承台内外温差过大，而此时混凝土弹性模量很小，徐变较大，混凝土结构很容易引起相当大的拉应力，从而产生裂纹。按照相关规定，大体积混凝土内外温差及外表面与空气温差之间的差值应小于25°。为了确保大体积混凝土承台施工质量，具体措施如下：

（1）从原材料进行控制：采用水化热低的通用硅酸盐水泥，3d水化热不宜大于250kJ/kg，7d水化热不宜大于280kJ/kg，减少混凝土凝结中的水化热;应选择热膨胀系数小，极限抗拉伸强度高的骨料，降低混凝土水泥用量，减少水化热。具体措施为：选用低水化热、低碱的水泥，并控制水泥细度和C3S含量;采用级配良好的碎石，减小石粉、片状、针状的含量;采用优质中砂;加入粉煤灰代替一部分的水泥用量，从而减少加入的水泥量，减少了水化热;加入一定量的外加剂，即减水剂，可以延缓混凝土凝结时间，从而延缓混凝土内水化热。

（2）控制混凝土入模温度：覆盖混凝土砂石等原材，以防止暴晒，再利用加冰的冷却水进行混凝土的拌和，从而降低了混凝土的温度。

（3）设置冷却水管：按照设计要求布设冷却水管，冷却水管通水后，可有效的带出承台混凝土内部的水化热，达到降温的效果。冷却水管进出水流量的大小应根据监控温控计算确定。冷却水管进出水温度需按要求进行量测，并做好施工记录。

（4）控制混凝土浇筑层的厚度：混凝土浇筑每层控制在0.4m以内，混凝土浇筑应斜向分层、水平推进，充分发挥混凝土层薄面散热的作用。

（5）及时关注天气变化：天气发生突变，如降温等，应采取有效的保温措施。

（6）做好养护工作：混凝土表面应用土工布等材料覆，进行至少7天的保湿养护。

（7）做好温控记录：在承台混凝土中埋设测温管，每1小时量测一次承台混凝土内部温度，以便掌握内外温差数据，并做好记录。将记录好的数据及时反馈给温控单位，以便其及时确定调整进出水量和养护时间。

三、结束语

从围堰钢板桩施工、基坑开挖及监测、桩头处理及垫层施工、钢筋模板安装施工、大体积混凝土浇筑及养护施工，系统的论述了不良地质条件下大体积混凝土承台施工的关键技术，既是对太原市十号线桥不良地质条件下大体积混凝土承台施工的总结，也是为以后工程技术员进行类似工程施工奠定基础。

参考文献：

[1]刘洪泉.大体积混凝土施工探讨[J].中国高新技术企业，2010，（8）

[2]陈鹏飞.南京大胜关长江大桥北岸引桥合建区段N4#墩承台混凝土裂缝控制技术[J].中国科技纵横，2012，（9）